作者FrozenRay (◎□■□■□■□)
看板Electronics
標題[問題] 請問關於PCB板的parasitic capacitance
時間Wed Jan 26 02:18:23 2011
大家好 以下有問題想請教版上的先進們
小弟最近想要作一套sensing circuit
以用來感測microfluid channel上 液體通過時電容值的變化
我的想法很簡單 就是單純用capacitive feedback amplifier
i.e. 將operational amplifier接成inverting架構
並把input以及feedback電阻 改成我的sensing以及reference capacitor
(兩個capacitor都製作在microfluid channel上面)
其中OP的輸入端為sensing capacitor 回授端為reference capacitor
如此input/output之間voltage的關係應為 Vo/Vi=-C(sense)/C(ref)
C(sense)=capacitance value of sensing capacitor (with fluid)
C(ref)=capacitance value of reference capacitor (without fluid)
經由阻抗分析儀量測結果 C(ref)=450fF
而C(sense)在通過純水/油酸之後分別為840fF/910fF
同時我的operational amplifier為opa129
一開始我拿之前實驗室留下來的電路板 拔掉一些element後將上述的capacitor焊上去
(實驗室的電路板為塑膠材質 是之前學長用AutoCAD畫好連線 請廠商將電線蝕刻完後
再自己把opa以及電阻電容等element焊上去)
然而 在opa輸出得到的波型卻是saturated的waveform
i.e. Vi=振幅為1V的square wave 但Vo卻衝到opa的supply voltage
與hspice模擬結果相差甚遠
(在hspice中我用verilog-a的behavior model模擬opa129)
我想原因不外乎是電路板上的parasitic capacitance
在此想請問各位先進 如果用Protel自行於Lab中蝕刻PCB
或是外包廠商代為製作 得到的PCB其parasitic capacitance大約為多少
有沒有可能壓到femto-farad左右？
同時能否請問各位先進 針對femto-farad等級的電容值量測有無類似經驗？
(小弟我有問過CIC的工程師 他們的approach都是用IC完成感測電路
在IC上最小能感測到的電容值為31fF 而對於我欲使用PCB實現電路的想法
他們認為可行性很低 尤其是針對這麼小的電容
此外小弟的電路過於simple 應該也不可能透過CIC前瞻性晶片下線
教育性晶片應該也別想了 而且老闆想要的是能夠速成的solution
如果要透過IC的話應該會被老闆打槍)
敘述有點冗長 甚感抱歉
小弟之前是做cell-based IC design 對PCB的特性毫無概念
還懇請板上先進們不吝指教
再次謝謝大家
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◆ From: 111.251.171.97
1F：推 jamtu:並聯個一百顆？ 如果只是電容太小的話 01/26 15:59
2F：推 Maybetrue:PCB的寄生電容完全取決於你鋪銅的方式以及板厚。 01/26 16:10
3F：→ Maybetrue:如果你期待PCB的雜散電容要小到fetmo級的話，也許可以 01/26 16:10
4F：→ Maybetrue:嘗試加厚板子、加寬訊號線之間的距離。 01/26 16:11
5F：→ FrozenRay:給jamtu大: 我的電容是微流道兩旁的平行板電容 01/26 17:09
6F：→ FrozenRay:且每個流道都是分開的 如果真的要藉由並聯來加大電容 01/26 17:11
7F：→ FrozenRay:那麼我就必須同時在數十個流道灌入液體 01/26 17:12
8F：→ FrozenRay:但老闆要看的是single流道的液體感測 01/26 17:14
9F：→ FrozenRay:給Maybetrue大: 請問在Protel中 01/26 17:15
10F：→ FrozenRay:可否估算出 在給定距離與寬度下 訊號線之間的等效電容? 01/26 17:16
11F：→ FrozenRay:再次謝謝各位先進的回應 <(_ _)> 01/26 17:17
12F：→ proach:可以算也算不準。除非花大錢，不然PCB生產時不會控制此變因 01/26 17:24
13F：推 Maybetrue:可以算= =...但是更慘的是proach說的，一般PCB不會控制 01/26 22:44
14F：→ Maybetrue:這個變因，所以你只能夠抓一個最安全的範圍去取距離。 01/26 22:44
15F：推 jamtu:不然就做個震盪器看看 我不知道可行度如何 01/27 01:59
16F：推 jamtu:震盪頻率的改變對應的是電容值的改變 01/27 02:00
17F：推 jamtu:不過可能就需要一組reference來對照，以去掉寄生造成的影響 01/27 02:01
18F：→ FrozenRay:給jamtu大: 謝謝您的意見 但我老闆最原始的想法 01/27 06:12
19F：→ FrozenRay:就是將微分器中的電容用我們的微流道電容取代 01/27 06:13
20F：→ FrozenRay:藉由輸入固定頻率的正弦波 由輸出振幅判斷電容變化 01/27 06:14
21F：→ FrozenRay:只是針對fF等級的電容 要提高sensitivity 01/27 06:15
22F：→ FrozenRay:就必須提高輸入freq 以加大Vo/Vi=-wCR的值 01/27 06:16
23F：→ FrozenRay:但這個值受限於opa129的slew-rate: 2.5V/us 01/27 06:17
24F：→ FrozenRay:同時我一樣把微分器&感測電容作在電路板上 01/27 06:17
25F：→ FrozenRay:則電路被parasitic degrade的效應更明顯 01/27 06:18
26F：→ FrozenRay:如果用oscillator或許也會有和微分器相同的問題... 01/27 06:18
27F：→ FrozenRay:唉 今天才向老闆提出 能否加大微流道電容的dimension 01/27 06:19
28F：→ FrozenRay:結果被老闆否決 老闆只允許我在電路上花心思 01/27 06:21
29F：推 jamtu:如果堅持直接做可能只能從differential的角度來消寄生了 01/27 10:51
30F：推 jamtu:超難想的，你加油@@ 01/27 10:51
31F：推 jamtu:想辦法製造出一個 (Csense + Cpar) - (Cref + Cpar) 01/27 10:52
32F：→ Williamette:我其實看不太懂你的方法 你掛電容又不是switched-cap 01/28 00:59
33F：→ Williamette:這東西真的能用嗎? 那你common-mode怎麼定的 01/28 01:00
34F：→ Williamette:而且op-amp是接成differential還single-ended?? 01/28 01:00
36F：→ FrozenRay:上圖是我的電路架構 其中R1=0, R2=inf. 01/28 20:47
37F：→ FrozenRay:C1與C2為我的微流道電容 C1=C(sense) C2=C(ref) 01/28 20:49
38F：→ FrozenRay:如果V+接地 那麼V-為virtual-gnd 01/28 20:50
39F：→ FrozenRay:小弟是覺得這個case應該沒有common-mode的biasing問題 01/28 20:51
40F：→ FrozenRay:同時C1，C2與OPA129都是焊接在電路板上 01/28 20:52
42F：→ FrozenRay:這幾天想到 如果用上圖的架構 01/28 21:26
43F：→ FrozenRay:將opa與C(feedback)以SMD元件製作在電路板上 01/28 21:27
44F：推 Williamette:怎麼會沒有biasing的問題 V-是floating啊!! 01/28 21:29
45F：→ FrozenRay:然後將Cs與Cref以我的微流道電容取代 01/28 21:29
46F：推 Williamette:一般用電容接inverting 都是接成switched cap 01/28 21:33
47F：→ Williamette:再不然 至少V-要定期reset ideally這裡是virtual gnd 01/28 21:34
48F：→ Williamette:但實際上這裡會有leakage 所以馬上就會漏光啦 01/28 21:35
49F：→ FrozenRay:給Williamette大:所以說加入回受電阻R2是必要的? 01/28 21:36
50F：→ FrozenRay:了解 我用的是behavior_model 難怪這個effect看不出來 01/28 21:37
51F：→ FrozenRay:再次謝謝您得提醒 01/28 21:37
53F：→ rickhsu:只是上面的dummyswitch效果不怎麼樣..要用別招. 01/28 23:07
54F：→ rickhsu:另外你要作的類似這個吧 01/28 23:18