作者FrozenRay (◎□■□■□■□)
看板Electronics
标题[问题] 请问关於PCB板的parasitic capacitance
时间Wed Jan 26 02:18:23 2011
大家好 以下有问题想请教版上的先进们
小弟最近想要作一套sensing circuit
以用来感测microfluid channel上 液体通过时电容值的变化
我的想法很简单 就是单纯用capacitive feedback amplifier
i.e. 将operational amplifier接成inverting架构
并把input以及feedback电阻 改成我的sensing以及reference capacitor
(两个capacitor都制作在microfluid channel上面)
其中OP的输入端为sensing capacitor 回授端为reference capacitor
如此input/output之间voltage的关系应为 Vo/Vi=-C(sense)/C(ref)
C(sense)=capacitance value of sensing capacitor (with fluid)
C(ref)=capacitance value of reference capacitor (without fluid)
经由阻抗分析仪量测结果 C(ref)=450fF
而C(sense)在通过纯水/油酸之後分别为840fF/910fF
同时我的operational amplifier为opa129
一开始我拿之前实验室留下来的电路板 拔掉一些element後将上述的capacitor焊上去
(实验室的电路板为塑胶材质 是之前学长用AutoCAD画好连线 请厂商将电线蚀刻完後
再自己把opa以及电阻电容等element焊上去)
然而 在opa输出得到的波型却是saturated的waveform
i.e. Vi=振幅为1V的square wave 但Vo却冲到opa的supply voltage
与hspice模拟结果相差甚远
(在hspice中我用verilog-a的behavior model模拟opa129)
我想原因不外乎是电路板上的parasitic capacitance
在此想请问各位先进 如果用Protel自行於Lab中蚀刻PCB
或是外包厂商代为制作 得到的PCB其parasitic capacitance大约为多少
有没有可能压到femto-farad左右？
同时能否请问各位先进 针对femto-farad等级的电容值量测有无类似经验？
(小弟我有问过CIC的工程师 他们的approach都是用IC完成感测电路
在IC上最小能感测到的电容值为31fF 而对於我欲使用PCB实现电路的想法
他们认为可行性很低 尤其是针对这麽小的电容
此外小弟的电路过於simple 应该也不可能透过CIC前瞻性晶片下线
教育性晶片应该也别想了 而且老板想要的是能够速成的solution
如果要透过IC的话应该会被老板打枪)
叙述有点冗长 甚感抱歉
小弟之前是做cell-based IC design 对PCB的特性毫无概念
还恳请板上先进们不吝指教
再次谢谢大家
--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 111.251.171.97
1F：推 jamtu:并联个一百颗？ 如果只是电容太小的话 01/26 15:59
2F：推 Maybetrue:PCB的寄生电容完全取决於你铺铜的方式以及板厚。 01/26 16:10
3F：→ Maybetrue:如果你期待PCB的杂散电容要小到fetmo级的话，也许可以 01/26 16:10
4F：→ Maybetrue:尝试加厚板子、加宽讯号线之间的距离。 01/26 16:11
5F：→ FrozenRay:给jamtu大: 我的电容是微流道两旁的平行板电容 01/26 17:09
6F：→ FrozenRay:且每个流道都是分开的 如果真的要藉由并联来加大电容 01/26 17:11
7F：→ FrozenRay:那麽我就必须同时在数十个流道灌入液体 01/26 17:12
8F：→ FrozenRay:但老板要看的是single流道的液体感测 01/26 17:14
9F：→ FrozenRay:给Maybetrue大: 请问在Protel中 01/26 17:15
10F：→ FrozenRay:可否估算出 在给定距离与宽度下 讯号线之间的等效电容? 01/26 17:16
11F：→ FrozenRay:再次谢谢各位先进的回应 <(_ _)> 01/26 17:17
12F：→ proach:可以算也算不准。除非花大钱，不然PCB生产时不会控制此变因 01/26 17:24
13F：推 Maybetrue:可以算= =...但是更惨的是proach说的，一般PCB不会控制 01/26 22:44
14F：→ Maybetrue:这个变因，所以你只能够抓一个最安全的范围去取距离。 01/26 22:44
15F：推 jamtu:不然就做个震荡器看看 我不知道可行度如何 01/27 01:59
16F：推 jamtu:震荡频率的改变对应的是电容值的改变 01/27 02:00
17F：推 jamtu:不过可能就需要一组reference来对照，以去掉寄生造成的影响 01/27 02:01
18F：→ FrozenRay:给jamtu大: 谢谢您的意见 但我老板最原始的想法 01/27 06:12
19F：→ FrozenRay:就是将微分器中的电容用我们的微流道电容取代 01/27 06:13
20F：→ FrozenRay:藉由输入固定频率的正弦波 由输出振幅判断电容变化 01/27 06:14
21F：→ FrozenRay:只是针对fF等级的电容 要提高sensitivity 01/27 06:15
22F：→ FrozenRay:就必须提高输入freq 以加大Vo/Vi=-wCR的值 01/27 06:16
23F：→ FrozenRay:但这个值受限於opa129的slew-rate: 2.5V/us 01/27 06:17
24F：→ FrozenRay:同时我一样把微分器&感测电容作在电路板上 01/27 06:17
25F：→ FrozenRay:则电路被parasitic degrade的效应更明显 01/27 06:18
26F：→ FrozenRay:如果用oscillator或许也会有和微分器相同的问题... 01/27 06:18
27F：→ FrozenRay:唉 今天才向老板提出 能否加大微流道电容的dimension 01/27 06:19
28F：→ FrozenRay:结果被老板否决 老板只允许我在电路上花心思 01/27 06:21
29F：推 jamtu:如果坚持直接做可能只能从differential的角度来消寄生了 01/27 10:51
30F：推 jamtu:超难想的，你加油@@ 01/27 10:51
31F：推 jamtu:想办法制造出一个 (Csense + Cpar) - (Cref + Cpar) 01/27 10:52
32F：→ Williamette:我其实看不太懂你的方法 你挂电容又不是switched-cap 01/28 00:59
33F：→ Williamette:这东西真的能用吗? 那你common-mode怎麽定的 01/28 01:00
34F：→ Williamette:而且op-amp是接成differential还single-ended?? 01/28 01:00
36F：→ FrozenRay:上图是我的电路架构 其中R1=0, R2=inf. 01/28 20:47
37F：→ FrozenRay:C1与C2为我的微流道电容 C1=C(sense) C2=C(ref) 01/28 20:49
38F：→ FrozenRay:如果V+接地 那麽V-为virtual-gnd 01/28 20:50
39F：→ FrozenRay:小弟是觉得这个case应该没有common-mode的biasing问题 01/28 20:51
40F：→ FrozenRay:同时C1，C2与OPA129都是焊接在电路板上 01/28 20:52
42F：→ FrozenRay:这几天想到 如果用上图的架构 01/28 21:26
43F：→ FrozenRay:将opa与C(feedback)以SMD元件制作在电路板上 01/28 21:27
44F：推 Williamette:怎麽会没有biasing的问题 V-是floating啊!! 01/28 21:29
45F：→ FrozenRay:然後将Cs与Cref以我的微流道电容取代 01/28 21:29
46F：推 Williamette:一般用电容接inverting 都是接成switched cap 01/28 21:33
47F：→ Williamette:再不然 至少V-要定期reset ideally这里是virtual gnd 01/28 21:34
48F：→ Williamette:但实际上这里会有leakage 所以马上就会漏光啦 01/28 21:35
49F：→ FrozenRay:给Williamette大:所以说加入回受电阻R2是必要的? 01/28 21:36
50F：→ FrozenRay:了解 我用的是behavior_model 难怪这个effect看不出来 01/28 21:37
51F：→ FrozenRay:再次谢谢您得提醒 01/28 21:37
53F：→ rickhsu:只是上面的dummyswitch效果不怎麽样..要用别招. 01/28 23:07
54F：→ rickhsu:另外你要作的类似这个吧 01/28 23:18