Extraction des parasites

L'extraction des parasites est un processus clé dans la conception électronique. Il s'agit d'identifier et de quantifier les composants électriques non intentionnels et non idéaux qui se trouvent naturellement dans les conceptions de circuits en raison de leur configuration physique et de leur interaction avec leur environnement. Ces composants indésirables, appelés parasites, comprennent généralement la capacité, la résistance et l'inductance parasites. Le processus implique une analyse détaillée souvent réalisée par des outils logiciels sophistiqués capables de modéliser et de simuler les comportements électromagnétiques d'un circuit intégré. Ces outils prédisent comment les parasites peuvent avoir un impact sur les performances des circuits, y compris leurs effets sur l'intégrité du signal, la synchronisation, la consommation d'énergie et la fonctionnalité globale.

Produits connexes : Calibre xRC, Calibre xACT Parasitic Extraction, Calibre xL Extraction, Calibre xACT 3D Parasitic Extraction

Éléments de circuit

Cette section présente les éléments de base des circuits avec un exemple de leur fonctionnalité et de leurs applications. Les éléments de base des circuits sont les suivants :

Capacité électrique :

La capacité électrique est l'aptitude d'un système à stocker une charge électrique lorsqu'une différence de potentiel existe entre deux conducteurs dans le système. Dans les circuits pratiques, cette propriété est présentée par un composant appelé condensateur. Les condensateurs sont constitués de deux ou plusieurs plaques conductrices séparées par un matériau isolant ou diélectrique.

• Fonctionnalité : les condensateurs stockent l'énergie électrique directement sous forme de champ électrostatique entre les plaques. Ils libèrent de l'énergie en déchargeant la charge stockée lorsque le circuit l'exige.
• Applications : couramment utilisés comme unités de stockage d'énergie, ils fonctionnent également dans les applications de filtrage où ils lissent les fluctuations de tension, dans le réglage des circuits résonants et dans la gestion du flux d'énergie dans les appareils électroniques.

Inductance :

L'inductance est une propriété d'un conducteur électrique par laquelle une modification du courant qui le traverse induit une force électromotrice (tension) à la fois dans le conducteur lui-même (auto-inductance) et dans tous les conducteurs voisins (inductance mutuelle). Les inductances sont les composants de circuit qui manifestent une inductance, se composant typiquement d'un enroulement de fil conducteur.

• Fonctionnalité : les inductances s'opposent aux variations du courant qui les traverse. Elles stockent de l'énergie sous forme de champ magnétique lorsque le courant les traverse.
• Applications : ces inductances sont utilisées dans les filtres, les transformateurs et la régulation de l'alimentation pour gérer les fluctuations des tensions.

Résistance :

La résistance est une propriété d'un matériau qui entrave la circulation du courant électrique. Il s'agit d'un attribut inhérent aux matériaux qui les amène à s'opposer au flux d'électrons. Les résistances sont les composants utilisés dans les circuits pour fournir une résistance spécifique.

• Fonctionnalité : les résistances convertissent l'énergie électrique en chaleur lorsque le courant les traverse. Elles régulent le flux de charges électriques ou ajustent les niveaux de signaux, entre autres utilisations.
• Applications : les résistances sont largement utilisées pour limiter le courant, diviser les tensions et tirer vers le haut/bas les nœuds dans les circuits.

La connexion générale dans les circuits peut être résumée en deux catégories, à savoir :

Connexion en série : une connexion en série est une connexion dans laquelle les composants sont connectés bout à bout, de sorte qu'ils transportent le même courant, mais la tension aux bornes peut différer. La résistance totale dans une série est égale à la somme des résistances individuelles.

Connexion parallèle : une connexion en parallèle est une connexion dans laquelle les composants sont connectés aux deux mêmes points, transportant potentiellement des courants différents mais soumis à la même tension. En parallèle, les résistances et les inductances diminuent tandis que les capacités augmentent à mesure que davantage de composants sont ajoutés.

La compréhension et la manipulation de ces propriétés élémentaires permettent aux ingénieurs de concevoir des circuits avec les comportements souhaités, d'obtenir des réponses spécifiques et de garantir la stabilité et l'efficacité dans les applications électroniques. Cela constitue la base fondamentale à partir de laquelle des systèmes électroniques complexes sont développés.

Éléments parasites

Les éléments parasites se manifestent comme des composants non intentionnels qui émergent en raison des attributs physiques inhérents à la construction des circuits intégrés. On peut notamment citer :

Capacité parasite : cela se produit lorsque des conducteurs adjacents créent par inadvertance un effet capacitif, stockant l'énergie électrique involontairement.

Inductance parasite : ce phénomène survient lorsque les boucles de circuit fonctionnent involontairement comme des électroaimants, influençant le flux de courant du circuit.

Résistance parasite : cela se produit lorsque des parties du circuit intégré introduisent une résistance indésirable au flux électrique, analogue au frottement entravant le mouvement.

De gauche à droite : représentations de la capacité parasite, de l'inductance parasite et de la résistance parasite.

Outils d'extraction des parasites basés sur des règles

Les outils d'extraction des parasites basés sur des règles utilisent des règles et des algorithmes prédéfinis basés sur des propriétés géométriques et électriques pour estimer les effets parasites. Ces outils fonctionnent en appliquant des paramètres géométriques simples (par exemple, la largeur, l'espacement) et des informations de connectivité pour estimer rapidement les parasites. Les règles sont dérivées de données empiriques et de principes électriques de base. Le principal avantage est la vitesse. Ces outils nécessitent moins de puissance de calcul et peuvent traiter rapidement de grands circuits intégrés, ce qui les rend idéaux pour les vérifications préliminaires et les conceptions moins complexes. Les outils basés sur des règles manquent généralement de précision pour les conceptions de semi-conducteurs à haute fréquence ou très avancées, où les comportements non idéaux sont plus critiques. Meilleure solution pour les premières étapes de la conception ou les applications moins critiques où la priorité est donnée à grande vitesse et à des coûts de calcul plus faibles, mais avec une précision plus faible.

Exemples d'outils : Calibre xRC et Calibre xACT de Siemens.

Outils d'extraction des parasites par solveur de champ

Les outils solveurs de champ sont basés sur le calcul des équations de Maxwell pour simuler les champs électromagnétiques et en déduire des valeurs parasites précises. Ces solveurs prennent en compte la structure 3D de la disposition et ses propriétés des matériaux. En général, ils utilisent des méthodes numériques telles que la méthode des éléments finis (FEM), la méthode des éléments de frontière (BEM) ou la méthode des différences finies (FDM) pour obtenir des estimations parasites hautement précises. Ces outils offrent une grande précision, particulièrement significative dans les conceptions à haute fréquence et les géométries complexes où les effets parasites ne sont pas négligeables. Cependant, cela se fait au prix d'un coût de calcul élevé, et les temps d'exécution plus longs constituent des limitations majeures, pouvant créer un goulot d'étranglement dans certains processus de conception. Essentiel pour les applications avancées (telles que les conceptions RF, analogiques et à signaux mixtes), où la précision et les effets parasites détaillés sont cruciaux, bien qu'à un coût de calcul plus élevé.

Exemples d'outils : Calibre xL et Calibre xACT 3D de Siemens.