本文要点

• 理解什么是寄生电容。
• 了解寄生电容如何影响电子电路。
• 探索消除寄生电容的方法。

看到“寄生”这个词，一般人可能会想到生物学上的定义——寄生虫：一种生活在宿主体内或附着于宿主体上的生物体，依赖宿主为其提供营养物质。从这个意义上说，寄生虫可能会为宿主带来麻烦，也可能会对宿主造成严重的健康问题。

当然，PCB 设计工程师可能知道另一种“寄生”——寄生电容。虽然不必担心电路内部有生物意义上的寄生虫，但了解如何消除寄生电容，有助于提高信号的完整性和 PCB 设计的性能。

什么是寄生电容？

寄生电容是一种现象，即电路中的元件表现得像电容，但其实并不是物理上的电容器。重温一下电容器的基本知识，就可以轻松理解寄生电容的概念。

电容器由两个被绝缘材料隔开的导电元件组成。当这两个导体被微分电位驱动时，电荷会在它们之间积累。积聚的电荷用电容公式 C = q/V 表示。

物理电容器是根据上述原理设计的，目的是在电路中有意创造出电荷储存。然而，电容也可能存在于电路中的元件之间，只要这些元件在所需的距离范围内，它们之间就会形成电荷。

在电路中形成的意外电容被称为寄生电容。寄生电容可以产生于两个导体、两个焊盘、一个导体和一个相邻的接地平面之间，或任何两个符合标准可以形成电荷的元件之间。当一个电路的各个部分彼此很靠近，并且有两个不同的电压水平时，最容易出现寄生电容。

导体之间的寄生电容是一种面积和距离之间的关系。

上图显示了电路中的两个导体之间如何形成电容。当导体所在的位置具有不同的电位水平时，所积累的电荷可通过以下公式确定：

C=（Ɛ×a）/d，其中 Ɛ 是导体之间绝缘体的介电常数。

寄生电容对电路有何影响？

寄生电容很可能存在于电路中，但对于低频设计，它不太可能造成任何重大问题。然而，在高速设计中，寄生电容可能会造成严重的影响。

随着频率的增加，电容器的行为会发生变化，最终会造成短路。当高速信号通过其中一个元件时，寄生电容也会造成短路。

在高频率下，寄生电容会导致短路。

在放大器的设计中，在输入和输出之间形成的寄生电容会导致不必要的反馈。在高频运行时，通常的开路会变得具有导电性，并导致放大器电路中出现不期望发生的振荡或寄生振荡。

寄生电容会对两个相邻的导体造成不良影响。当其中一个导体携带高频信号时，会给另一个导体带来串扰。更高的寄生电容会导致更高的 EMI 噪音。

寄生电容不仅会产生干扰，而且还会影响信号本身的完整性。例如，寄生电容可以产生于导体和接地平面之间。在高频率下，它们之间会导致短路现象，并会改变导体上的信号。

如何去除寄生电容？

鉴于许多 PCB 设计中的电路密度不断增加，要彻底去除寄生电容是不可能的。但是，可以通过应用以下策略来减少寄生电容的影响。

移除内层接地平面有助于减少寄生电容。

增加导体之间的间隙

如果可能的话，可以在设计中允许走线之间具有更大的间隙。电容与导体之间的距离成反比。较大的间隙将减少寄生电容和交叉耦合等影响。

适当地使用接地平面

虽然推荐使用内层接地平面以减少杂散电感、EMI 和散热，但请记住，内层接地平面也可能增加寄生电容。在用接地平面覆盖整个内层之前，要权衡其中的利弊。

减少过孔数量

过孔在设计紧凑型 PCB 时很有帮助，但过多的过孔会引入大量寄生电容。尽量减少过孔的数量，并尽量避免在高速线路上使用过孔。

使用有效的 PCB 软件

借助合适的 PCB 软件，减少设计中的寄生电容将变得更加容易。通过使用 inspectAR^™工具，利用增强现实（AR）技术以交互性的方式评估和改进 PCB，轻松准确地进行 PCB 检查、调试、返工和组装。

上图显示了 inspectAR 软件中 AR 叠层制造的 PCBA物理板的交互。利用AR技术，工程师或制造技术人员可以在制造过程中的任何时候将单个器件、走线、子电路或整个电路板与设计规格进行比较，并随时查看技术手册、添加留言、注释。

inspectAR 专业版软件现在支持14天免费试用，快来下载吧！

如果想在自己的电路板上进行尝试，只需要花费几分钟时间就能在智能手机上启动并运行inspectAR平台；如果有来自 Arduino、SparkFun、LimeSDR 和 BeagleBone 等平台的电路板，还会有许多免费项目可供下载使用。

识别下图二维码申请 inspectAR 专业版免费试用

（文章来源公众号：AR辅助PCB调试与纠错）