集总元件的基础知识

在产品设计中，研发选择了许多无源设备，其中最常用的三个部分：电阻、电容器和电感器。与分布元件（传输线）相比，集总元件（电阻、电容器、电感器）是基于空间点进行分析的，信号完整性中的互连模型是基于集总元件和分布元件进行描述的。
在硬件工程师看来，他们关注其电气参数：电阻（额定功率、负载特性、温度系数等）、电容器（额定电压、耐压值、频率特性等）、电感器（额定电流、质量因数等）。我们更关注其对信号链路、额外寄生参数（寄生电阻、寄生电容、寄生电感）的影响，即模拟中的参数提取。同时注意相应协议中的相关损失标准(电能变热能，电磁能变热能等。

01电阻
电流阻碍导体的大小。
电阻（Resistor，通常用“R表示）是一种物理量，电阻是导体本身的一种性质。不同的导体通常有不同的电阻，因为导体的电阻随着长度、截面大小、温度和导体成分的不同而变化。因此，电阻没有固定值。电阻单元为欧姆，符号为？
体电阻率：
与物理尺寸物理尺寸(长度、宽度等)不同。
体电阻率是一种不同材料和体电阻率的材料特性。

体电阻率和电导率相互倒数。

两个基本公式：
电阻作用是分压和分流，是基于欧姆定律：

设置总元件的电阻，将布局设计中的布线(铜)两点之间视为电阻，假设布线横截面恒定，类似公式：

02电容
两个导体，中间夹一层绝缘介质(包括空气)，在一定电压下给定自由电荷。
电容（Capacitance，通常用“C表示)表示容纳电荷的物理量。电容量的大小与几何结构和周围介质的材料属性有关。
电容器的基本公式：

需要注意的是，电压值增加，异性相吸规则，电荷也会增加，所以比值一般保持不变。
我们更关注电容公式，如下：

在实际版本设计中，对电容功能的充放电关注较少。更重要的是：PCB与平行电容器一样，信号流过铜线，电流的变化，特别是交流信号，由于频率不同，与信号完整性相关的串扰。

需要注意的是，由于中间的绝缘介质，与传导电流不同，导致了位移电流的概念。

除了电源储能、信号滤波等功能。解决电源轨道坍塌的方法是在电源和地面之间增加更多的去耦电容器，以减少PDN阻抗，以确保电源压降的需要。

03电感
流过单位安培电流时，导体周围的磁线匝数。
当电流通过线圈时，磁场感应在线圈中形成，感应磁场产生感应电流来抵抗通过线圈的电流。
电感（Inductor，通常用“L表示)，闭合电路的属性，即周围环形磁线圈。

电感电流发生变化，电感两端产生电压，也称为感应电势（EMF），电压产生的感应电流会阻碍原电流的变化。

我们需要避免电流变化产生的感应电压，它产生大多数电磁干扰源（串扰、地弹等）。
自感和互感
导体流过单位电流，产生自己的磁线圈匝数，这是一种自我感觉。
磁线圈匝数产生在其他导体周围，是互感。

04实际应用
在实际过程中，总部件本身不需要太多的关注，更多的关注寄生电阻、寄生电容、寄生电感等。
设备的引脚，或焊锡丝的影响(体电阻率:铜为1.58，锡是10.1)布局设计中引起的阻抗突变更多的是对焊盘的优化。

焊盘面积大于布线面积，电容大，阻抗小。
在焊盘下挖空，距离变大，电容变小，阻抗变大。
抑制阻抗突变，减少反射，尽量保证阻抗匹配。
在版图设计中，8Gbps上述速率的信号过孔是增加焊盘到铜皮的间距，以改变寄生电容器的大小，并尽可能保持过孔寄生电感，以控制过孔阻抗。

当然，过孔残桩也是需要考虑的主要因素，这里就不展开了。

还将提出版图设计中的设计指导HSD(高速信号差分线)尽量远离电感，每个产品的距离会有不同的要求。许多产品是15mils起。
特别是开关电源的输入，输出电感区域，是禁布区域。

许多设计规则考虑其信号完整性。设计规则是为了避免这些风险。规则的优化和判断是信号完整性工程师的责任。因此，信号完整性工程不仅是模拟工程师，也是产品PCB优化板级信号质量的工程师。