本文要點

了解電容性耦合的基本原理。

了解電容性耦合的利與弊。

了解關于減少電容性耦合的技巧。

如果教室里有兩個愛說話的小朋友怎么辦？當然是讓他們的座位離得盡量遠一些，這樣才能保證課堂秩序和教學效率。

這一原則同樣適用于 PCB 中的嘈雜走線，本文將探討電容性耦合的基礎知識，并學習如何有效地減少電容性耦合以避免串擾。

什么是電容性耦合

如果熟悉電容器的工作原理，那么電容性耦合很容易理解。讓我們簡單復習一下相關知識：

電容器由兩個被絕緣體隔開的導電終端組成。當其中一個終端達到比另一個更高的電壓電位時，電荷就會在終端之間積累。當電壓從終端移除時，電容器以電流的形式釋放電荷。

電容性耦合是指兩個由絕緣體隔開的導體之間的電能轉移。

由于具有這樣的行為特征，電容器隔斷直流 (DC)，但成為交流(AC) 的低阻抗路徑。在 PCB 中，存在各種元件可以形成一個虛擬電容器，并允許電能在其間轉移。

電容性耦合，也被稱為靜電耦合，是能量在被絕緣體隔開的導電元件之間移動的方式。例如，如果兩條銅走線擺放得很近，電容性耦合將導致一條走線上的電能轉移到另一條走線上。

接下來，我們將仔細分析這種電能轉移的利與弊——具體取決于設計目標。

電容性耦合的利與弊

往好的方面看，一個愛說話的孩子可能成長為未來的領袖、辯論家或是律師。同樣，電容性耦合有利也有弊，這取決于具體的情況。

電容性耦合經常導致電子器件中出現串擾。

應用于電子領域，電容性耦合原理讓很多現代設備得以誕生，如觸控面板和電容感應按鈕。這些設備會檢測電容并將測量到的電容變化轉化為用戶輸入。

然而，由不良電容或寄生電容導致的電容性耦合會破壞電路的性能。電容性耦合會導致串擾，即一個導體的信號被耦合到相鄰的導體。

例如，如果 SPI（serial peripheral interface，即串行外設接口）數據靠近一個模擬信號，后者會接收到 SPI 傳輸的微弱脈沖。相互間的電容性耦合也可能發生在兩條傳輸高速信號的線路之間，損害兩個信號的完整性。這樣一來，兩個信號的接收端會出現很高的錯誤率。

如何減少電容性耦合

電容性耦合的影響會在 PCB 運行時顯現。此時已經為時已晚，沒有辦法減輕它的影響了。因此，要減少電容性耦合，必須在設計階段入手。

縮短走線以減少電容性耦合。

要減少 PCB layout 中的電容性耦合，有三種行之有效的方法：

1?

增加走線之間的距離

眾所周知， PCB 上的空間非常寶貴。不過，對比教室的例子，如果可能的話，還是要盡量增加相鄰走線之間的距離，特別是那些傳輸高速信號的線路。由于電容大小與終端之間的距離成反比，因此增加走線之間的距離有助于減少電容性耦合。

2?

屏蔽

如果沒有太多空間，可以考慮用接地的銅條來屏蔽兩邊的高頻線。接地銅條起到屏蔽作用，防止電荷耦合到其他走線。

3?

縮短走線長度

長走線會增加導體的面積，從而增加了電容性耦合。因此，要盡可能地縮短高頻走線的長度。

此外，借助PCB 設計軟件，也可以輕松地減少電容性耦合。inspectAR 軟件利用增強現實技術（AR）以交互性的方式評估并改進 PCB 設計過程，輕松準確地實現 PCB 檢查、調試、返工和組裝。

上圖顯示了inspectAR 軟件中 AR 疊層制造的 PCBA物理板的交互。利用AR技術，工程師或制造技術人員可以在制造過程中的任何時候將單個器件、走線、子電路或整個電路板與設計規格進行比較，并隨時查看技術手冊、添加留言、注釋。

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