ENSCON 電路模擬實驗室
Circuit simulation lab · ngspice in your browser

填你的電路參數,
看哪裡會先出問題。

二十四個計算器:突波(IEC 61000-4-5)、ESD(IEC 61000-4-2)、跨電源域倒灌檢查(讀你的 netlist)、I2C/SMBus 上拉、LDO 負載暫態、TDR/傳輸線、阻抗、串音、差動對 skew、過孔殘段、插入損失預算(PCIe/USB3/USB4)、晶振負載電容、電源阻抗 PDN、磁珠+電容濾波、輸出電壓公差、湧入電流、DC-DC 降壓、上電時序+控制線、Level shifter 倒灌。照 datasheet 填元件值,真的 SPICE 引擎在你的瀏覽器裡即時重算,每個模型都附上跟原廠與規範數據的誤差。資料不離開你的電腦。

316 項對照規範與原廠數據
24 種可以用的計算器
0位元組離開你的電腦
預設元件的即時結果預先算好的結果
4 kV 突波 × 乙太網路 Bob Smith(SIDACtor VS 530 V+75 Ω+1000 pF)
SIDACtor 峰值電流34.3 A原廠額定 400 A,用掉 9%撐得住75 Ω 終端電阻吸收能量2962 mJ要對照電阻的脈衝額定要看規格
8 kV ESD × TVS(膝點 9.3 V,直接並在 IC 腳位)
IC 內部二極體峰值電流19.1 AHBM 2 kV 等級約 1.33 A超過IC 腳位 5 ns 後最高電壓19.3 VIC 絕對最大 3.6 V超過
點任一列進到那個計算器,換成你的元件值,數字會即時重算
00 · TOOLS

能模擬什麼

每一個工具都能填你自己的元件值、即時重算,並列出跟原廠或規範數據的誤差。標「製作中」的還不能用,我們不把沒做完的東西放上來充數。

可以用突波保護計算器IEC 61000-4-5 組合波打進乙太網路 Bob Smith 終端:每顆元件的峰值電流、能量、對 datasheet 額定的餘裕8 項對照 · 最大誤差 7.8% 可以用Level shifter 倒灌檢查雙 N-MOS 四種電源狀態 × 一顆/兩顆:各點電壓、倒灌電流、接收端落在哪個邏輯區與命令列 ngspice 一致 可以用ESD 保護計算器IEC 61000-4-2 接觸放電打進 TVS:IC 腳位電壓、TVS 與 IC 內部二極體各扛多少電流、串電阻的效果產生器對 TI SLVA233A · TVS 對 TI 量測圖 可以用跨電源域倒灌檢查器貼上或選取你的 netlist:找出 S5 上拉接 S0 晶片這類跨電源域的點,點一筆就直接模擬倒灌電流KiCad .net/.xml、CSV · 示範電路 3/3 抓到 可以用上電時序最多 4 條電源軌、PG 串接:每條到達門檻與 PG 的時間、湧入電流對解析解 3 項 · 差 ≤1.3% 可以用TDR/傳輸線三段線+負載:阻抗對距離、負載端過衝、S 參數(可下載 .s2p)、眼圖反射解析 ≤0.002% · 有損 ≤0.054% · S 參數讀寫 · 眼圖 可以用阻抗計算器微帶線/帶狀線、單線/差動、含銅厚:阻抗、εeff、延遲;輸入目標阻抗反推線寬2D 電場數值解 · 對 Polar 商用場解 ≤1.1% · 對實測微帶線 −0.01%(εr 由同組量測反推) 可以用串音(兩條平行線)微帶線或帶狀線,線寬、間距、板厚、平行長度、上升時間:近端與遠端串音,間距要拉多開才夠對解析式 5 項 · 差 ≤0.12% · 公式對 2D 場解 ≤0.13% 可以用差動對對內 skew兩條長度差 → 時間差、共模雜訊、眼高,對照 USB/PCIe/DP/HDMI 的限制(附原廠文件頁碼)對解析 4 項 · 差 ≤0.005% 可以用過孔殘段(via stub)殘段長度 → 共振頻率、在你的資料速率下損失多少、眼圖;要不要背鑽ngspice 對解析 5 項 · 差 ≤0.021% 可以用IBIS 驅動器讀原廠 .ibs 檔(檔案只在你的瀏覽器裡讀),接串聯電阻、傳輸線、負載,看負載端過衝與延遲對電晶體級驅動器:延遲 24 項 ≤2.6%、眼圖 6 項 ≤4.7% · 另 4 項自檢 可以用插入損失預算疊構+板材 Df+銅箔粗糙度+長度+過孔 → Nyquist 損耗,分項看哪個吃最多,對照 PCIe/USB 預算對 Pozar 公式與公開實測 5 項 · 差 ≤3.9% 可以用湧入電流負載開關 CT/上升時間 → 湧入電流與能量;直接接大電容的峰值(R、L、C);保險絲 I²t 夠不夠對 TI、Vishay 算例與 TI 實測 7 項 · 差 ≤12.4% 可以用走線載流與溫升電流+允許溫升+銅厚 → 最小線寬(或反算可過電流);IPC-2221 與依 IPC-2152 數據的擬合式並列,附電阻、壓降、發熱對公開論文的 IPC-2152 數字 2 項 · 差 ≤17.3% 可以用走線熔斷電流故障電流+時間 → 最小線寬,或線寬+電流 → 幾秒熔斷;Onderdonk 公式,附論文熱模擬的實際倍數對銅物性推導與論文例題 2 項 · 差 ≤0.82% 可以用開關節點 RC 緩衝器量到的振鈴頻率+加一顆電容後的新頻率 → 寄生電容、電感、建議的緩衝電阻與電容、電阻功耗對 ROHM 實測例題 4 項 · 差 ≤0.30% 可以用輸出電壓公差VREF 精度、回授電阻公差、溫漂、偏壓電流 → 最壞情況、±3σ、蒙地卡羅超規比例,列出每一項佔多少對封閉式、RSS 與 TI 算例 8 項 · 差 ≤0.84% 可以用磁珠濾波磁珠+電容會不會在某個頻率放大雜訊、放大多少;三種阻尼比較;IC 往回看的電源阻抗解析式對 ngspice 與二階封閉解 4 項 · 差 ≤0.11%;ADI 公開量測讀圖對照:峰值頻率 -14%、峰高多 12.1 dB(源阻抗當 0 時;源阻抗約 2 Ω 可解釋,此值由量測反推、不計分) 可以用晶振負載電容外掛電容 C1、C2 → 負載電容、頻率偏移 ppm、起振增益餘裕、驅動功率,並給剛好對上規格的電容值對原廠算例 6 項 · 差 ≤1.6% 可以用電源阻抗(PDN)目標阻抗、去耦電容組合的阻抗曲線、哪一段超標;電容參數照原廠資料填,也能貼原廠 SPICE 模型ngspice 對解析 3 項 · 原廠模型對實測 ≤3.5% · 三參數模型的誤差照實列出 可以用DC-DC 降壓漣波電流與電壓、電感峰值電流、損耗與效率、晶片接面溫度與散熱ngspice 對 TI 公式 3 項 · 差 ≤0.30% · 效率對 TI 實測 可以用迴路穩定度峰值電流模式降壓的交越頻率、相位裕度、增益裕度,照 TI 步驟算 R4/C4/Cc對 TI 算例與實測 24 項 · 相位裕度實測差 ≤8.4° 可以用LDO 負載暫態負載突然抽電流時的下衝、過衝、穩態偏移;功耗、接面溫度、最大電流、散熱器要多大以 TI TPS7A20 量測圖為基準 · 驗證 3 點 −9.5%~−11.5% 可以用開汲極上拉計算器I2C/SMBus/WAKE#:上拉電阻範圍、實跑上升波形、雜訊餘裕對 TI SLVA689 例題與分壓解析 4/4 · SMBus 3.1
10 · PROOF

先證明模擬器算得準,再拿它判斷你的電路

突波產生器模型的每一個輸出,都拿去跟國際規範的標稱值、和 ST 原廠應用筆記的實測表格比。這張表不是寫死的:引擎載入後,會在你的裝置上把整張表重算一遍。超過 10% 的項目照實標紅,旁邊寫原因。

32.1%
全部數值對照中的最大誤差(其餘都更小;含標紅的那一項)
顯示的是預先算好的結果;引擎載入後會在你的裝置上重算
每一列是一個「考題」:我們算出是模擬器的答案,對照值是規範或原廠公布的標準答案,誤差是差幾 %。差 2% 大約是量 1 公尺差 2 公分。綠色=差不到 3%,黃色=3–10%。
IEC 61000-4-5 COMBINATION WAVE開路電壓與短路電流
開路電壓 1.19 / 51.6 µs短路電流 7.75 / 21.6 µs0–80 µs|ngspice 實算,峰值歸一化
開路電壓 1.19 / 51.6 µs(標稱 1.2/50)短路電流 7.75 / 21.6 µs(標稱 8/20)
同一台突波產生器的兩種量法:不接負載時量到的電壓,把輸出短路時流出的電流。國際規範 IEC 61000-4-5 規定前者要是「1.2/50 微秒」、後者要是「8/20 微秒」的形狀,圈起來的數字是我們算出來的。
項目我們算出對照值誤差出處
阻抗計算器 vs 主流板廠線上計算器:16 種 4 層疊構、50 Ω 單端微帶線、不含綠漆(同一個梯形幾何)
H 3.0079 mil(0.0764 mm)、底寬 5.03/頂寬 4.53 mil49.74 Ω49.6653 Ω+0.15%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 3.9134 mil(0.0994 mm)、底寬 6.72/頂寬 6.22 mil49.80 Ω49.6995 Ω+0.20%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 4.5827 mil(0.1164 mm)、底寬 7.84/頂寬 7.34 mil50.26 Ω50.1791 Ω+0.17%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 6.315 mil(0.1604 mm)、底寬 11.20/頂寬 10.70 mil49.99 Ω49.8845 Ω+0.21%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 7.8898 mil(0.2004 mm)、底寬 14.29/頂寬 13.79 mil49.82 Ω49.7205 Ω+0.20%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 8.126 mil(0.2064 mm)、底寬 14.85/頂寬 14.35 mil49.62 Ω49.521 Ω+0.20%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 8.2835 mil(0.2104 mm)、底寬 14.85/頂寬 14.35 mil50.19 Ω50.0845 Ω+0.20%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 9.4646 mil(0.2404 mm)、底寬 17.09/頂寬 16.59 mil50.19 Ω50.0907 Ω+0.20%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 9.622 mil(0.2444 mm)、底寬 17.65/頂寬 17.15 mil49.77 Ω49.674 Ω+0.20%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 11.5906 mil(0.2944 mm)、底寬 21.57/頂寬 21.07 mil49.62 Ω49.5234 Ω+0.19%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 13.1654 mil(0.3344 mm)、底寬 23.82/頂寬 23.32 mil50.59 Ω50.4838 Ω+0.22%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 16.8661 mil(0.4284 mm)、底寬 31.66/頂寬 31.16 mil49.80 Ω49.7096 Ω+0.19%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 18.0472 mil(0.4584 mm)、底寬 33.91/頂寬 33.41 mil49.85 Ω49.7489 Ω+0.20%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 20.1732 mil(0.5124 mm)、底寬 37.27/頂寬 36.77 mil50.44 Ω50.3345 Ω+0.21%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 21.748 mil(0.5524 mm)、底寬 40.63/頂寬 40.13 mil50.19 Ω50.0784 Ω+0.22%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 25.4488 mil(0.6464 mm)、底寬 47.36/頂寬 46.86 mil50.43 Ω50.3203 Ω+0.22%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
同上、含綠漆:板廠是板面 1/走線上 0.6 mil+梯形,本站以 1 mil 均勻綠漆+平均線寬的矩形近似
H 3.0079 mil(0.0764 mm)、平均線寬 3.97 mil50.67 Ω50.4731 Ω+0.39%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 3.9134 mil(0.0994 mm)、平均線寬 5.69 mil50.09 Ω50.003 Ω+0.18%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 4.5827 mil(0.1164 mm)、平均線寬 6.89 mil50.11 Ω50.0384 Ω+0.15%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 6.315 mil(0.1604 mm)、平均線寬 9.98 mil50.38 Ω50.3187 Ω+0.13%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 7.8898 mil(0.2004 mm)、平均線寬 13.04 mil50.08 Ω50.0094 Ω+0.14%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 8.126 mil(0.2064 mm)、平均線寬 13.32 mil50.39 Ω50.3254 Ω+0.14%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 8.2835 mil(0.2104 mm)、平均線寬 13.87 mil49.90 Ω49.8365 Ω+0.13%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 9.4646 mil(0.2404 mm)、平均線寬 16.10 mil49.76 Ω49.8561 Ω-0.18%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 9.622 mil(0.2444 mm)、平均線寬 16.10 mil50.24 Ω50.338 Ω-0.19%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 11.5906 mil(0.2944 mm)、平均線寬 20.00 mil50.00 Ω50.0605 Ω-0.12%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 13.1654 mil(0.3344 mm)、平均線寬 23.34 mil49.61 Ω49.6306 Ω-0.03%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 16.8661 mil(0.4284 mm)、平均線寬 30.02 mil50.07 Ω50.0689 Ω-0.01%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 18.0472 mil(0.4584 mm)、平均線寬 32.24 mil50.10 Ω50.0913 Ω+0.02%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 20.1732 mil(0.5124 mm)、平均線寬 36.70 mil49.82 Ω49.8025 Ω+0.03%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 21.748 mil(0.5524 mm)、平均線寬 38.92 mil50.41 Ω50.386 Ω+0.05%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
H 25.4488 mil(0.6464 mm)、平均線寬 46.71 mil49.96 Ω49.9169 Ω+0.09%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-12 取值;綠漆 εr 3.8)
同上、6 層板內層偏置帶狀線:17 種疊構、50 Ω 單端(L3 訊號、參考 L2/L4,同一個梯形幾何)
線到下參考層 2.9528 mil、到上參考層 44.1244 mil、底寬 3.91/頂寬 3.41 mil49.91 Ω49.7674 Ω+0.28%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 3.937 mil、到上參考層 9.1638 mil、底寬 4.47/頂寬 3.97 mil49.88 Ω49.7392 Ω+0.27%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 3.937 mil、到上參考層 30.8173 mil、底寬 5.17/頂寬 4.67 mil50.27 Ω50.1131 Ω+0.31%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 3.937 mil、到上參考層 44.1244 mil、底寬 5.31/頂寬 4.81 mil49.96 Ω49.7978 Ω+0.33%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 5.1181 mil、到上參考層 36.7228 mil、底寬 7.00/頂寬 6.50 mil49.72 Ω49.5544 Ω+0.32%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 7.874 mil、到上參考層 7.9039 mil、底寬 6.72/頂寬 6.22 mil50.36 Ω50.1924 Ω+0.33%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 9.8425 mil、到上參考層 21.4472 mil、底寬 11.48/頂寬 10.98 mil50.51 Ω50.3532 Ω+0.32%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 11.811 mil、到上參考層 14.4000 mil、底寬 11.48/頂寬 10.98 mil50.16 Ω49.9981 Ω+0.32%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 11.811 mil、到上參考層 16.4079 mil、底寬 12.04/頂寬 11.54 mil50.37 Ω50.2086 Ω+0.33%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 13.7795 mil、到上參考層 6.0142 mil、底寬 7.00/頂寬 6.50 mil50.34 Ω50.1732 Ω+0.32%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 15.748 mil、到上參考層 6.0142 mil、底寬 7.28/頂寬 6.78 mil50.18 Ω50.0211 Ω+0.32%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 15.748 mil、到上參考層 7.9827 mil、底寬 9.24/頂寬 8.74 mil49.87 Ω49.7111 Ω+0.31%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 15.748 mil、到上參考層 16.5654 mil、底寬 14.29/頂寬 13.79 mil50.50 Ω50.3402 Ω+0.33%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 19.685 mil、到上參考層 6.0142 mil、底寬 7.56/頂寬 7.06 mil50.35 Ω50.1953 Ω+0.30%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 21.6535 mil、到上參考層 4.2819 mil、底寬 5.59/頂寬 5.09 mil50.27 Ω50.1135 Ω+0.31%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 21.6535 mil、到上參考層 7.9827 mil、底寬 9.80/頂寬 9.30 mil50.45 Ω50.2865 Ω+0.32%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
線到下參考層 23.622 mil、到上參考層 3.6126 mil、底寬 4.75/頂寬 4.25 mil50.30 Ω50.1739 Ω+0.24%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3/4.2、銅 0.6 mil)
同上、外層差動微帶:16 種疊構、100 Ω、間距 6 mil、不含綠漆(同一個梯形幾何)——本站高 0.18~0.24%(2026-10-13 修正梯形斜邊的網格切法後)
H 3.0079 mil(0.0764 mm)、底寬 4.02/頂寬 3.52 mil、間距 6 mil100.02 Ω99.8407 Ω+0.18%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 3.9134 mil(0.0994 mm)、底寬 5.03/頂寬 4.53 mil、間距 6 mil100.44 Ω100.221 Ω+0.22%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 4.5827 mil(0.1164 mm)、底寬 5.77/頂寬 5.27 mil、間距 6 mil100.20 Ω99.9579 Ω+0.24%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 6.315 mil(0.1604 mm)、底寬 7.33/頂寬 6.83 mil、間距 6 mil100.36 Ω100.1421 Ω+0.22%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 7.8898 mil(0.2004 mm)、底寬 8.61/頂寬 8.11 mil、間距 6 mil100.01 Ω99.7747 Ω+0.23%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 8.126 mil(0.2064 mm)、底寬 8.75/頂寬 8.25 mil、間距 6 mil100.08 Ω99.8766 Ω+0.21%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 8.2835 mil(0.2104 mm)、底寬 8.89/頂寬 8.39 mil、間距 6 mil99.94 Ω99.7228 Ω+0.22%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 9.4646 mil(0.2404 mm)、底寬 9.46/頂寬 8.96 mil、間距 6 mil100.70 Ω100.4769 Ω+0.23%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 9.622 mil(0.2444 mm)、底寬 9.74/頂寬 9.24 mil、間距 6 mil99.96 Ω99.7222 Ω+0.24%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 11.5906 mil(0.2944 mm)、底寬 10.59/頂寬 10.09 mil、間距 6 mil100.67 Ω100.4281 Ω+0.24%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 13.1654 mil(0.3344 mm)、底寬 11.44/頂寬 10.94 mil、間距 6 mil100.19 Ω99.9607 Ω+0.23%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 16.8661 mil(0.4284 mm)、底寬 12.58/頂寬 12.08 mil、間距 6 mil100.68 Ω100.4389 Ω+0.24%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 18.0472 mil(0.4584 mm)、底寬 13.15/頂寬 12.65 mil、間距 6 mil100.09 Ω99.8618 Ω+0.23%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 20.1732 mil(0.5124 mm)、底寬 13.71/頂寬 13.21 mil、間距 6 mil100.02 Ω99.7926 Ω+0.23%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 21.748 mil(0.5524 mm)、底寬 14.00/頂寬 13.50 mil、間距 6 mil100.16 Ω99.9214 Ω+0.24%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
H 25.4488 mil(0.6464 mm)、底寬 14.85/頂寬 14.35 mil、間距 6 mil99.78 Ω99.5526 Ω+0.23%JLCPCB 線上阻抗計算器(2026-10-13 取值;εr 4.3、銅 1.6 mil)
IEC 61000-4-5 組合波(開路電壓)
電壓波前時間1.19 µs1.2 µs-0.49%IEC 61000-4-5 標稱 1.2/50 µs;定義 1.67×(t90−t30)
電壓持續時間51.63 µs50 µs+3.26%IEC 61000-4-5 標稱 1.2/50 µs;第 3 版定義 50%→50%
IEC 61000-4-5 組合波(短路電流)
電流波前時間7.75 µs8 µs-3.09%IEC 61000-4-5 標稱 8/20 µs;定義 1.25×(t90−t10)
電流持續時間21.55 µs20 µs+7.75%IEC 61000-4-5 標稱 8/20 µs;第 3 版定義 1.18×(50%→50%)
等效輸出阻抗 Vpk/Ipk1.96 Ω2 Ω-2.17%IEC 61000-4-5:開路峰值電壓/短路峰值電流=2 Ω
4 kV 打進不同負載的峰值電流
總阻抗 42 Ω(外加 40 Ω)96.0 A96 A-0.02%ST AN4275(DocID024389 Rev 1)Table 2
總阻抗 12 Ω(外加 10 Ω)340.9 A334 A+2.06%ST AN4275(DocID024389 Rev 1)Table 2
總阻抗 2 Ω(短路)2044.3 A2000 A+2.22%ST AN4275(DocID024389 Rev 1)Table 2
IEC 61000-4-2 ESD 產生器(打進 2 Ω 校正靶)
第一峰電流(8 kV)30.4 A不列原值1~3%TI SLVA233A Table 2(p.3)
上升時間 10–90%0.85 ns不列原值<0.5%對照 TI SLVA233A Table 2 的範圍(取範圍中間值比)
30 ns 電流(8 kV)13.8 A不列原值>3%TI SLVA233A Table 2(p.3)
超過容許範圍:這個等效電路要同時壓住第一峰、上升時間與 30/60 ns,30 ns 這點偏低;我們沒有為了變綠去硬調。二手資料寫規範容許 ±30%,原文未取得
60 ns 電流(8 kV)7.4 A不列原值>3%TI SLVA233A Table 2(p.3)
TVS 模型 vs TI TPD1E10B06 量測圖(參數取自另一張圖 5-3,這裡是獨立驗證)
鉗位尖峰(+8 kV)77.61 V不列原值1~3%TI TPD1E10B06 圖 5-1 目測(尖峰高度受量測與走線電感影響)
鉗位電壓 @30 ns15.38 V不列原值>3%TI TPD1E10B06 圖 5-1 目測
鉗位電壓 @60 ns12.63 V不列原值1~3%TI TPD1E10B06 圖 5-1 目測
鉗位電壓 @100 ns10.87 V不列原值>3%TI TPD1E10B06 圖 5-1 目測
鉗位電壓 @200 ns9.61 V不列原值>3%TI TPD1E10B06 圖 5-1 目測
TVS 模型 vs datasheet 規格上限(8/20 µs)
1 A 鉗位電壓9.73 V不列原值在上限內對照 TI TPD1E10B06 資料表 §5.6 的鉗位電壓上限
5 A 鉗位電壓11.43 V不列原值在上限內對照 TI TPD1E10B06 資料表 §5.6 的鉗位電壓上限
開汲極上拉計算器 vs TI SLVA689 例題與分壓解析
Rp(max)(Fast mode、200 pF、3.3 V)1.77 kΩ不列原值<0.5%TI SLVA689 §4 例題式 (7)(p.4)
Rp(min)(3.3 V、3 mA)966.67 Ω不列原值<0.5%TI SLVA689 §4 例題式 (8)(p.4)
以 Rp(max) 實跑 ngspice 量到的上升時間300.00 ns不列原值<0.5%應等於 Fast mode 的上升時間上限(I2C 規格,TI SLVA689 Table 1 轉載);這格是用模擬去驗式 (5)
填 Rds(on) 60 Ω、Rp 1.5 kΩ、3.3 V:ngspice 量到的低電位0.13 V0.12692 V+0.00%解析:分壓 3.3×60÷(1500+60)
LDO 負載暫態 vs TI TPS7A20 量測圖(另外 3 個點用來擬合,這 3 個沒有)
200 ns 加載下衝(1→290 mA)80.68 mV不列原值>3%TI TPS7A20 圖 5-53(p.16)目測;這張圖沒拿來擬合
1 µs 卸載過衝(290→1 mA)14.93 mV不列原值>3%TI TPS7A20 圖 5-52(p.16)目測;這張圖沒拿來擬合
過衝後的下降斜率1.00 mV/µs不列原值>3%TI TPS7A20 圖 5-52 目測;模型裡=1 mA ÷ 1 µF
TDR/傳輸線 vs 獨立的反射解析算法與有損線解析解
TDR 讀到第 2 段阻抗(設定 70 Ω)70.00 Ω70 Ω-0.00%解析:第 1 次反射前,讀值就是該段特性阻抗
33 Ω 驅動打進 50 Ω 的入射階梯0.60 V0.6024096385542169 V-0.00%解析:Z0÷(Rs+Z0)
負載端(開路)第一次到達電壓1.17 V1.1713 V-0.00%獨立反射(lattice)算法,跟 ngspice 完全不同的算法
負載端在 4.1 倍單程延遲時的電壓(已經過多次反射)0.95 V0.9549 V-0.00%獨立反射(lattice)算法
有損線(30 Ω 總電阻)負載端波前0.37 V0.3704 V+0.05%解析:0.5×e^(−Rℓ/2Z0),R×ℓ=100 Ω/m×0.3 m
有損線負載端直流值0.38 V0.3846 V+0.00%解析:50÷(50+30+50)
上電時序 vs 解析解
第 3 條軌的 PG 時間(三條串接)7.57 ms7.55 ms+0.26%解析:延遲+門檻×軟啟動+PG 延遲,一路加下去
第 2 條軌的湧入電流峰值2.1 A2.1525 A-0.23%解析:C×V÷tss+V÷R
第 3 條軌的湧入電流峰值9.2 A9.282 A-1.34%解析:C×V÷tss+V÷R
串音(ngspice 實跑:偶/奇模各一段無損傳輸線)vs 解析式
近端串音平台÷入射(100 mm、間距 0.30 mm=2 倍線寬、四端接單線阻抗)2.53 %2.525 %+0.06%解析:Kb=(Ze−Zo)/(2(Ze+Zo)),Ze、Zo 用同一組 2D 場解值;這格驗的是偶奇模分解的 ngspice 線路
遠端串音峰值÷入射(同上條件,上升 100 ps)-15.96 %-15.972 %-0.07%解析一階近似:長度×(√εo−√εe)/(2c×tr);耦合越強、這個近似越不準
線長加倍,遠端串音的倍數2.00 ×2 ×-0.00%理論:遠端串音和耦合長度成正比(沒飽和前)
帶狀線:近端串音平台÷入射3.48 %3.4778 %+0.12%解析 Kb,Ze、Zo 用 Cohn 帶狀線精確解
帶狀線:遠端串音峰值÷入射1.32×10-6 %0 %一致理論:同一種介質裡偶奇模一樣快,遠端串音=0
差動對 skew(ngspice 兩條傳輸線)vs 解析式
共模尖峰÷差動擺幅(δ 20 ps、上升 0–100% 66.7 ps)7.50 %7.5 %-0.00%解析:(1/4)×δ÷tr;ngspice 兩條傳輸線實跑
差動 20–80% 上升時間(δ 50 ps,跟上升時間差不多大)63.33 ps63.333 ps+0.00%解析:兩個斜坡相加後的精確交點(δ 小時上升時間不變,δ 大到跟上升時間相當才變慢)
|Sdd21| 在 5 GHz(δ 20 ps)-0.44 dB-0.43587 dB-0.00 dB解析:20log|cos(πfδ)|;ngspice 交流分析(兩條線分別驅動,換成混模)
|Scd21| 在 5 GHz(δ 20 ps)-10.20 dB-10.2 dB-0.00 dB解析:20log|sin(πfδ)|
過孔殘段(ngspice 交流分析)vs 解析式
殘段 2.5 mm(εr 3.8):ngspice 量到的缺口頻率15.38 GHz15.379 GHz-0.00%解析:f0=c÷(4×L×√εr)
同一個過孔:Nyquist 8 GHz(16 Gbps)的 |S21|-1.75 dB-1.7509 dB-0.00 dB解析:ABCD 矩陣(通過段+開路殘段的並聯導納)
同一個過孔:缺口最深處 |S21|-70.76 dB-70.744 dB-0.01 dB解析:同上(無損時理論上是 −∞,這裡看兩邊在掃頻點上的值一致)
殘段末端加 0.3 pF 焊盤電容:缺口頻率9.36 GHz9.3614 GHz+0.00%解析:殘段末端接電容的輸入阻抗 Zin=Zv(ZL+jZv·tanβl)/(Zv+jZL·tanβl),找 |S21| 最小點
背鑽建議:16 Gbps 要共振 ≥3 倍 Nyquist,算出最長殘段後 ngspice 實跑那個長度的缺口頻率24.00 GHz24 GHz-0.00%定義:3 倍 Nyquist=24 GHz(最長殘段由解析 f0 二分法反算,ngspice 獨立量缺口)
電源阻抗 PDN(ngspice 交流分析)vs 解析式
預設電容組合:|Z| 最高點(反共振峰)7.32 mΩ7.32385 mΩ-0.00%解析:同一個網路的複數阻抗(並聯導納相加)
同一組合:最高點的頻率0.50 MHz0.501187 MHz+0.00%解析:同上,掃描點相同
同一組合:1 MHz 的 |Z|1.82 mΩ1.82459 mΩ+0.00%解析:同上
DC-DC 降壓(ngspice 開關模擬)vs TI SLVA477C 公式
電感漣波電流 ΔIL(12→3.3 V、480 kHz、2.2 µH)2.3 A不列原值<0.5%TI SLVA477C 式 2;ngspice 理想同步降壓開關模擬量峰對峰
輸出電壓漣波,電容那一項(47 µF、ESR≈0)12.53 mV不列原值<0.5%TI SLVA477C 式 12:ΔIL÷(8×fS×C)。⚠️ 有 ESR 時式 12+13 是兩項直接相加的保守上限(兩項相位不同),頁面上兩個都列
電感峰值電流5.1 A不列原值<0.5%TI SLVA477C 式 4:IOUT+ΔIL÷2
磁珠濾波:解析式 vs 二階 RLC 封閉解、vs ngspice .ac
增益峰高度(純二階:L 1.208 µH、R 0.31 Ω、C 1.1 µF)10.68 dB10.6756 dB-0.00 dB封閉解:|H|max=1/(2ζ√(1−ζ²)),ζ=(R/2)·√(C/L)
增益峰頻率(同上)134.90 kHz135.013 kHz-0.09%封閉解:f=(1/2π√(LC))·√(1−2ζ²)
完整電路(不加阻尼)的增益峰:解析式 vs ngspice .ac10.50 dB10.489 dB+0.01 dB同一個電路(磁珠三元件模型+兩顆電容含 ESR/ESL+源阻抗+負載)丟給 ngspice 做 .ac 掃頻
完整電路+R+大電容阻尼:整條曲線解析 vs ngspice 最大差2.95×10-10 dB0 dB一致同上,1 kHz~1 GHz 每十倍頻 60 點逐點比
外部對照:TDK MPZ1608S101A+10 nF 的增益峰頻率2.14 MHz2.5 MHz-14.28%量測:ADI《Ferrite Bead Demystified》圖 4b(Power Systems Design 轉載版,從原圖像素讀出約 2.5 MHz,讀圖誤差約 ±0.2 MHz);磁珠參數:TDK Equivalent Circuit Model Library 的 MPZ1608S101ATAH0 簡易模型(2026-02-27 版;TDK 條款禁止轉散布,數值請到 TDK 網站查);電容 ESR 50 mΩ、ESL 1 nH 是估計值(峰值頻率幾乎不受影響)
同上:增益峰高度,簡易模型比量測高幾 dB(量測約 +10.8 dB)12.12 dB0 dB有差同上,量測約 +10.8 dB(讀圖誤差約 ±0.5 dB)。預測是源阻抗當 0 的條件。另用 TDK 公開的這顆磁珠 S 參數量測檢查:磁珠在 2~3 MHz 本身跟簡易模型一致,所以差距不在磁珠模型;ADI 沒寫量測時的源阻抗;若源阻抗約 2 Ω 可以解釋這個差距(這個值是從量測反推的,ADI 沒寫,不算獨立驗證),所以這一列反推、不計分。頻率低 14% 的原因判不了(可能是電容實際容值)
輸出電壓公差:最壞情況 vs 封閉式、蒙地卡羅 vs RSS
最壞情況上限(VREF ±1%、電阻 ±1%,不含溫漂)3.40 V3.40348 V-0.00%封閉式:VREF(1+a)·(1+R1(1+b)/(R2(1−b)));這頁是把每一種組合都算一次再取最大
最壞情況下限(同上)3.23 V3.22856 V-0.00%封閉式:VREF(1−a)·(1+R1(1−b)/(R2(1+b)))
蒙地卡羅標準差 vs RSS(公差=±3σ 常態,2 萬次)18.64 mV18.5709 mV+0.37%RSS:σ=√Σ(各項靈敏度×公差÷3)²;超過 ±3σ 的抽樣(約 0.27%)夾在上下限,標準差幾乎不變;2 萬次的抽樣誤差約 ±0.5%
蒙地卡羅標準差 vs RSS(公差內均勻分布)32.31 mV32.1658 mV+0.45%RSS:σ=√Σ(各項靈敏度×公差÷√3)²
TI 算例:VREF 0.6 V ±0.5%、VOUT 0.85 V、電阻 1% 的最壞誤差1.10 %不列原值0.5~1%對照 TI Power Tips SSZT815 Table 1。TI 用線性近似;這頁把所有組合實際算一次(取正負兩邊較大的那邊)
同上,電阻 0.1%0.56 %不列原值<0.5%對照 TI SSZT815 Table 2
121 kΩ/10 kΩ 分壓、電阻 ±1% 的最壞分壓比上限13.34 13.344 +0.00%Jason Sachs(EmbeddedRelated,旁證):分壓比 13.100,±1% 時 12.860~13.344
同上,分壓比下限12.86 12.86 +0.00%同上
晶振:負載電容、臨界跨導、驅動功率 vs 原廠應用筆記算例
外掛電容:CL 15 pF、雜散 5 pF、C1=C220.00 pF20 pF+0.00%ST AN2867 Rev 10(2015-08;讀的是 Raltron 網站轉載版)§3.3(p.13):CL1=CL2=20 pF
臨界跨導:8 MHz、C0 7 pF、CL 10 pF、ESR 80 Ω0.23 mA/V0.23 mA/V+1.59%ST AN2867 §3.4(p.13–14):gm_crit=0.23 mA/V(原文取兩位有效數字)
同上,晶片 gm 25 mA/V 的增益餘裕106.99 倍107 倍-0.01%ST AN2867 §3.4:gain margin=107
頻率偏移:C1 0.01 pF、C0 5 pF、CL 20 pF200.00 ppm200 ppm+0.00%Raltron《Crystal Mini Primer Part 1》Fig.3 圖說:離 fs +200 ppm
靈敏度:同上晶振,CL 10 pF-22.22 ppm/pF-22.22 ppm/pF+0.01%Raltron Fig.4 圖說:−22.22 ppm/pF
靈敏度:同上晶振,CL 20 pF-8.00 ppm/pF-8 ppm/pF+0.00%Raltron Fig.4 圖說:−8 ppm/pF
湧入電流:TI、Vishay 算例與 TI 實測
TI 算例:5 V、22 µF、上升時間 650 µs 的湧入電流135.38 mA不列原值<0.5%對照 TI TPS22918 資料表 SLVSD76C §9.2.2.5 的算例(式 13)
TI 實測:TPS22965、3.3 V、22 µF、CT 0 的峰值(上升時間用 TI 實測值)697.74 mA不列原值>3%TI SLVA670A 圖 10~12(p.9~10)實測峰值,三組上升時間都直接用實測值(沒有經過 CT 換算)。這組是算出來比實測高 4.2%,另外兩組是實測比算出來高約 12%(實測是峰值,大於上升期間的平均值,方向合理)。這組方向相反,原因判不了,可能是電容實際容值(陶瓷電容加直流偏壓後容值會變小)、電流探棒頻寬或上升時間讀值(單調上升時峰值不會低於平均,原文沒有足夠資訊判斷)
同上,CT 150 pF276.70 mA不列原值>3%同上;實測峰值比算出的平均充電電流高 12%
同上,CT 2200 pF28.13 mA不列原值>3%同上;實測峰值比算出的平均充電電流高 12%
直接接電容的峰值上限:20 V、ESR 90 mΩ222.2 A222 A+0.10%Vishay OS-CON 應用注意事項(文件 90018)p.1:大於 222 A(20 V/0.09 Ω)
直接接電容(5 V、22 µF、R 40 mΩ、L 50 nH)的峰值:解析解 vs ngspice 暫態62.0 A61.9882 A-0.00%同一個串聯 R、L、C 電路丟給 ngspice 做 .tran
保險絲:4 A 矩形 1 ms、10 萬次(降額 0.35)需要的 I²t0.05 A²s0.0457 A²s+0.03%Vishay《How to select the right fuse》(文件 50092)p.6:0.016÷0.35=0.0457 A²s
走線載流:依 IPC-2152 數據的擬合式(Brooks & Adam 2015)對論文自己給的數字
內層 2 oz、截面 500 mil²、25 A 的溫升(依 IPC-2152 數據的擬合式)101.56 °C100 °C+1.56%Brooks & Adam 2015 附錄 3:IPC-2152 2 oz 內層圖上這一點正好落在 100 °C 線
外層 1 oz、200 mil、15 A 的溫升(依 IPC-2152 數據的擬合式)79.39 °C96 °C-17.30%Brooks & Adam 2015 第 5 節:IPC 試片條件的熱模擬(TRM)峰值溫升 96 °C;1 oz 外層 IPC-2152 沒有原始圖,擬合式在這裡本來就是外推
IPC-2221 公式在外層寬線的偏差(示範用):外層 1 oz、200 mil、15 A 的溫升44.59 °C96 °C-53.56%不計入驗證總數(公式本身的已知限制,不是這頁計算器的錯)。對照同上(論文熱模擬 96 °C);所以這頁同時列出依 IPC-2152 數據的結果
走線熔斷電流:Onderdonk 公式 vs 銅物性推導與論文例題
Onderdonk 常數 t·(I/A)² ×1000(Ta 20 °C、A 用 mil²;論文 Eq. 6 寫 0.0346)34.59 34.84 -0.72%第二把尺:銅的物性絕熱積分 d·c/(ρ20·α)·ln(1+α·1063)(8960 kg/m³、385 J/(kg·K)、1.7241×10⁻⁸ Ω·m、0.00393/°C),跟 Onderdonk 的經驗常數無關;室溫比熱、線性電阻的簡化
論文例題:截面 103 mil²、1 秒的熔斷電流19.2 A19 A+0.82%Brooks & Adam 2015:Onderdonk 對 103 mil²、1 秒得 19 A(論文取整數)
開關節點 RC 緩衝器:ROHM 實測例題、TI 論壇例題、ngspice
ROHM 實測例:217.4 MHz、加 680 pF 降到 108.7 MHz → 寄生電容 Cp226.67 pF227 pF-0.15%ROHM〈Snubber Circuit for Buck Converter IC〉2016-10 Rev.001 第 3~4 頁:實測振鈴 217.4 MHz,加 680 pF 實測約 108.7 MHz;文件算出 227 pF
同上 → 寄生電感 Lp2.36 nH2.36 nH+0.19%同上;文件算出 2.36 nH
同上 → 特性阻抗 Z(建議緩衝電阻)3.23 Ω3.22 Ω+0.30%同上;文件算出 3.22 Ω、選 3.3 Ω,220/470/680/1000 pF 逐一實測波形,680 pF 時振鈴消失
同上 → 緩衝電容 3×Cp(680 pF)、5 V、1 MHz 的電阻功耗17.00 mW17 mW+0.00%ROHM 同一份文件第 4 頁:680 pF、VIN 5 V、fSW 1 MHz → 17 mW(24 V 時 0.39 W,建議額定功率取 2 倍以上)
TI 論壇實測例(同步降壓):特性阻抗 Z2.16 Ω不列原值>3%TI E2E 論壇附件〈RC Snubber Design in Synchronous Buck Converter〉第 2 頁設計例(示波器量的週期)。這頁用量到的週期比精確算 Cp;文件用「剛好兩倍」的近似 Cs/3,而且文件寫的 Lp 用它自己的式子推不出來,所以只對 Z
ngspice:用推出的 Lp、Cp 模擬振鈴頻率(不加電容)217.40 MHz217.4 MHz-0.00%不計入驗證總數(跟公式同一套 LC 物理,只證明推導與實作正確)。對 ROHM 實測 217.4 MHz;5 V 階躍、量跨過終值的週期
ngspice:同上,開關節點加 680 pF108.69 MHz108.7 MHz-0.01%不計入驗證總數(跟公式同一套 LC 物理,只證明推導與實作正確)。對 ROHM 實測約 108.7 MHz
IBIS 讀入:行為模型 vs 抽出它的電晶體級驅動器(建模沒用過的負載)
min 角落(3.0 V、慢):上升、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲2618.67 ps2603.78 ps+0.57%同一顆示範驅動器改成示範角落(min:3.0 V、電晶體強度 −15%;max:3.6 V、+15%,我們自己設的,不代表任何製程)的電晶體級,對同一份 IBIS 的 min/max 欄;min 欄照規格 §9 是慢、弱,max 是快、強
min 角落(3.0 V、慢):上升、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲1736.78 ps1745.9 ps-0.52%同上
min 角落(3.0 V、慢):上升、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲1675.85 ps1709.45 ps-1.97%同上
min 角落(3.0 V、慢):下降、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲2881.74 ps2865.06 ps+0.58%同上
min 角落(3.0 V、慢):下降、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲2004.98 ps2007.98 ps-0.15%同上
min 角落(3.0 V、慢):下降、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲1891.00 ps1926.95 ps-1.87%同上
max 角落(3.6 V、快):上升、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲1916.25 ps1910.56 ps+0.30%同上
max 角落(3.6 V、快):上升、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲946.03 ps970.87 ps-2.56%同上
max 角落(3.6 V、快):上升、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲1173.12 ps1191.82 ps-1.57%同上
max 角落(3.6 V、快):下降、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲2052.86 ps2045.77 ps+0.35%同上
max 角落(3.6 V、快):下降、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲1089.26 ps1113.75 ps-2.20%同上
max 角落(3.6 V、快):下降、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲1290.33 ps1312.77 ps-1.71%同上
IBIS 行為模型 vs 電晶體級:上升、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲2184.08 ps2174.31 ps+0.45%電晶體級=抽出這份 IBIS 的同一個示範驅動器(命令列 ngspice 47,LEVEL 1 MOSFET,自己寫的電路);這三種負載建模時沒有用過。方法:IBIS I/O Buffer Accuracy Handbook §4.3(ibis.org/accuracy/handbook.pdf)——電晶體級與行為模型對同一負載理論上應重合
IBIS 行為模型 vs 電晶體級:上升、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲1251.72 ps1273.36 ps-1.70%同上
IBIS 行為模型 vs 電晶體級:上升、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲1369.31 ps1396.5 ps-1.95%同上
IBIS 行為模型 vs 電晶體級:下降、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲2368.96 ps2357.34 ps+0.49%同上
IBIS 行為模型 vs 電晶體級:下降、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲1444.02 ps1462.83 ps-1.29%同上
IBIS 行為模型 vs 電晶體級:下降、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲1524.47 ps1555.61 ps-2.00%同上
IBIS 模型接回建模治具(上升、50 Ω 接 0 V):跟表格最大差3.60 mV0 mV有差自檢:證明讀檔、切換係數與行為模型算對了自己的資料(理想 0);不證明對真實晶片準
IBIS 模型接回建模治具(上升、50 Ω 接 3.3 V):跟表格最大差7.36 mV0 mV有差自檢:證明讀檔、切換係數與行為模型算對了自己的資料(理想 0);不證明對真實晶片準
IBIS 模型接回建模治具(下降、50 Ω 接 0 V):跟表格最大差5.98 mV0 mV有差自檢:證明讀檔、切換係數與行為模型算對了自己的資料(理想 0);不證明對真實晶片準
IBIS 模型接回建模治具(下降、50 Ω 接 3.3 V):跟表格最大差2.82 mV0 mV有差自檢:證明讀檔、切換係數與行為模型算對了自己的資料(理想 0);不證明對真實晶片準
第二顆示範驅動器(驅動力約 0.4 倍、較慢):上升、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲6765.11 ps6705.48 ps+0.89%同一套流程換一顆性質不同的電晶體級驅動器(KP 0.4 倍、前級電容 2 倍、C_comp 4 pF),證明不是只對一顆成立
第二顆示範驅動器(驅動力約 0.4 倍、較慢):上升、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲5537.20 ps5508.69 ps+0.52%同上
第二顆示範驅動器(驅動力約 0.4 倍、較慢):上升、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲4591.45 ps4676.61 ps-1.82%同上
第二顆示範驅動器(驅動力約 0.4 倍、較慢):下降、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+末端 5 pF,負載端 50% 延遲7747.97 ps7676.52 ps+0.93%同上
第二顆示範驅動器(驅動力約 0.4 倍、較慢):下降、直接推 10 pF,負載端 50% 延遲6426.06 ps6403.47 ps+0.35%同上
第二顆示範驅動器(驅動力約 0.4 倍、較慢):下降、75 Ω 線 0.5 ns+末端 100 Ω 接 VCC/2,負載端 50% 延遲5359.20 ps5454.06 ps-1.74%同上
IBIS 眼圖 vs 電晶體級打同一串 PRBS7:200 Mb/s、串 25 Ω+50 Ω 線 1 ns+5 pF,眼高3.30 V3.3 V+0.00%電晶體級=抽出示範 IBIS 的同一顆驅動器直接跑 127 位元(命令列 ngspice 47);IBIS 端每個位元邊界接上對應邊緣的切換係數,直接跑整串(非線性,不用脈衝響應疊加)
同上,眼寬0.96 UI0.9621 UI-0.12%同上;眼寬=1 UI − 交叉點相位的峰對峰
IBIS 眼圖 vs 電晶體級打同一串 PRBS7:400 Mb/s、同上(位元時間略短於切換時間,頁面會提醒),眼高3.19 V3.177 V+0.28%同上
同上,眼寬0.84 UI0.8018 UI+4.66%同上;眼寬=1 UI − 交叉點相位的峰對峰
IBIS 眼圖 vs 電晶體級打同一串 PRBS7:100 Mb/s、不加串聯電阻(反射振鈴大),眼高3.30 V3.3014 V-0.00%同上;振鈴大,眼高取眼高最大的取樣相位(跟網站其他眼圖一致)
同上,眼寬0.98 UI0.9803 UI+0.14%同上;眼寬=1 UI − 交叉點相位的峰對峰
IBIS 讀入:原廠公開 IBIS 檔放回它自己的建模治具(原廠檔不放網站,只列重建誤差;預先算好)
Infineon PSoC 4000S(GPIO,快):12 個模型 48 條波形,IBIS 模型放回原廠建模治具、跟檔內 V-T 表的最大差(占 VCC)0.09 %0 %有差原廠公開 IBIS 檔(typ 角落;檔不放網站,只放重建誤差)。證明我們讀檔與行為模型對原廠資料算得回來,不證明對真實晶片準
Infineon PSoC 4000S(GPIO,慢):12 個模型 48 條波形,IBIS 模型放回原廠建模治具、跟檔內 V-T 表的最大差(占 VCC)0.15 %0 %有差原廠公開 IBIS 檔(typ 角落;檔不放網站,只放重建誤差)。證明我們讀檔與行為模型對原廠資料算得回來,不證明對真實晶片準
TI SN74LVC1G08:4 個模型 16 條波形,IBIS 模型放回原廠建模治具、跟檔內 V-T 表的最大差(占 VCC)0.39 %0 %有差原廠公開 IBIS 檔(typ 角落;檔不放網站,只放重建誤差)。證明我們讀檔與行為模型對原廠資料算得回來,不證明對真實晶片準
Renesas HD74ALVC1G125:1 個模型 4 條波形,IBIS 模型放回原廠建模治具、跟檔內 V-T 表的最大差(占 VCC)4.40 %0 %有差原廠公開 IBIS 檔(typ 角落;檔不放網站,只放重建誤差)。證明我們讀檔與行為模型對原廠資料算得回來,不證明對真實晶片準
跨電源域倒灌檢查器:示範電路埋的已知問題、誤報、倒灌電流 vs 手算
示範電路埋的已知跨域問題,抓到幾個3.00 個3 個+0.00%自建示範電路(不是任何客戶的電路):S5 上拉接 S0 晶片的 /SMB_DAT(倒灌)、S5 的 EC 直接接 S0 1.8 V 腳的 /WAKE_N(倒灌)、S0 的驅動端與上拉在 S3/S5 斷電時 S5 的 EC 讀成低的 /PWRBTN_N(接收端讀不到電位)
兩個不該報倒灌的 net(同電源域上拉 /DDC_SCL、S0 上拉進 S5 晶片 /PWRBTN_N)誤報倒灌幾個0.00 個0 個一致同一份示範電路。不報的前提:/DDC_SCL 的上拉和晶片同在 S0;/PWRBTN_N 的上拉電源和驅動端 U3(第 31 腳 output)都在 S0,S5 晶片 U1 在這條線上只有輸入腳(第 12 腳 input)——S0 有電時 S5 一定有電,S0 斷電時沒有任何一端推電流。若 U1 那支腳其實是輸出,這一列就不成立
/SMB_DAT 倒灌電流:ngspice .op vs 手算0.24 mA0.245455 mA-0.73%手算 (VA − 0.6 V) ÷ (R + Roff),二極體壓降固定 0.6 V;ngspice 用 IS 1e-14 的二極體模型,兩者差的就是二極體實際壓降
/WAKE_N 倒灌電流(直連,驅動端 50 Ω):ngspice .op vs 手算2.48 mA2.57143 mA-3.38%同上
低電位有效名稱規則:19 個不該判的線名(差動對 _N、左右聲道 _L、A/B 組別 _B、意思不明的 DATA_L/LED_L、會被短字誤中的 PGA_L/SCREEN_L/OPEN_L/INTEL_B/CSI_B 等),誤判幾個0.00 個0 個一致清單裡同時有成對的 _P/_R/_A;規則:_N 有成對 _P 就是差動對、_L/_B 要像控制訊號(RST、EN、WAKE…)而且沒有成對的 _R/_A
同上,20 個該判的線名(PWRBTN_N、RESET#、WAKE_L、N_RST、PLTRST_B、SYS_RESET_N、~CS、PG_B、VR_HOT_L、PWRGD_B、LID_B、PROCHOT_L、INT_L、PCIE_PERST_N、VR_HOT_N、MUTE_L、BLEN_B、SYS_PWROK_N、STBY_L、PGOOD_L),漏判幾個0.00 個0 個一致同一份清單;名稱規則只是猜,頁面也寫明以晶片規格書為準
每個電源狀態下輸入腳讀到什麼:示範電路 5 支接收腳 × S0/S3/S5,跟人工判讀不同的格數0.00 格0 格一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀(同一份示範電路):/PWRBTN_N 的 U1 在 S3、S5 被拉到斷電的軌,其他格都是被驅動、被上拉到有電的軌,或接收端自己沒電
標腳位內建上拉/下拉後的判讀:/PWRBTN_N 的 U1 在 S3、S5,3 種標註(無、內建上拉、內建下拉)× 2 狀態跟人工判讀不同的格數0.00 格0 格一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀:沒標=被拉到斷電的軌(低有效=被觸發,紅);內建上拉=跟拉到斷電軌的外部上拉互拉、看阻值(黃);內建下拉=讀成低、低有效=被觸發(紅)
內建上拉漏進斷電軌:/PWRBTN_N 的 U1 標內建上拉時該報 1 筆(S3、S5、低風險),沒標或標內建下拉時該報 0 筆,不符的次數0.00 次0 次一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀:U1(S5,有電)內建上拉經 R3 流進斷電的 S0 軌
串聯元件兩端同名:示範電路埋的 3 顆(耳機輸出 12 Ω、0 Ω 兩側標籤同名 → 高;電容兩端都接地 → 中),漏抓或等級不對幾顆0.00 顆0 顆一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀(自建示範,泛用名稱)
同上,不該報的:右聲道正確改名的串聯元件、並聯電容、去耦電容、晶片多支地腳、連接器多支地腳、ESD 保護陣列訊號直通的兩支腳,加上倒灌示範電路整份,誤報幾顆0.00 顆0 顆一致同一份示範;連接器/晶片不在檢查對象內
只接一支腳的 net:短路示範埋的 13 條(標籤打錯字 MIC_BIAS/MIC_BAIS → 高;單獨一條 SPARE_GPIO,以及不能當成打錯字的:只差編號或左右的 GPIO1/GPIO2、LINE_L/LINE_R,短縮寫 SPI_CS/SPI_CLK,腳位名 PC12/PB13,成對訊號 USB3_SSRXN/SSTXN → 中),漏抓或等級不對幾條0.00 條0 條一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀(自建示範,泛用名稱)
同上,其他每條都接兩支腳以上的 net,加上倒灌示範整份,誤報幾條0.00 條0 條一致同一份示範
只接一支腳的 net,在 8 份公開 KiCad 專案(GitHub:im-tomu/tomu-hardware、kiibohd/pcb、linklayer/cantact-hw、MalphasWats/hawk、pms67/STRF-Kicad、SukkoPera/OpenFlops;MNT Reform 筆電主機板 source.mnt.re;KiCad 10 內附示範 CM5 載板,共 1210 顆元件、1390 條 net)上標成「像打錯字」的高風險誤報條數(第一版規則 37 條,MNT 上另有 USB3 收發成對 8 條,調整後)0.00 條0 條一致55 條單腳 net 逐條看過名稱:35 條是 kiibohd 鍵盤 MCU 沒用到的腳位(PC0~PC31 等),6 條是 OpenFlops 只接一端的 SPI/SWD/選擇線,13 條是 MNT 的 USB3 收發、開機設定腳等,1 條是 CM5 的 GLOBAL_EN;沒有一條是另一條的打錯字(它們會照規則列成「中」);預先算好
同上 8 份,故意把 202 條 net 的其中一支腳改成打錯字的名字(相鄰對調、刪一字、多一字、換一字各 202 次,共 808 次),沒抓到或指錯原名的次數0.00 次0 次一致注入測試;只測名字裡有 4 個字以上英文段的 net(另外 1188 條是含數字的腳位名、短縮寫或 KiCad 自動命名的 Net-(…),前兩類打錯字目前抓不到)
電源 net 推斷:24 個名稱(+3V3_S5、P1V05_S0、+5VALW、+3VS、+1.2V、+VBUS、~rdy_3v3、5V_PWR_EN、3V3_PG、LPC_VCC…)的電壓與電源域,判錯幾個0.00 個0 個一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀;+1.2V、+3.3V、+VBUS、~rdy_3v3 是公開 netlist 上實際出現、第一版判錯的寫法(+1.2V 讀成 2 V、+VBUS 讀成 3.3 V、~rdy_3v3 當成電源);5V_PWR_EN、3V3_PG、30V_GATE、VCC_SENSE、+5V_FB(控制訊號被當成電源)與 LPC_VCC、USB_PWR(電源沒認出來)是 MNT Reform 主機板(CERN-OHL-S v2)上第二版判錯的寫法
電源 net 推斷(看腳位型態):名稱有 GATE/EN/PG 但接著晶片電源腳的仍算電源(30V_GATE),名稱只有 PWR 而接著電源腳或磁珠的算(USB_PWR、SPK_PWR),只接訊號腳的不算(5V_PWR_EN、3V3_PG、PWR_BUT),7 條 net 判錯幾條0.00 條0 條一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀;仿 MNT Reform 主機板實際寫法(30V_GATE 是降壓 IC 的輸入電源)
穩壓器示範(仿 MNT Reform):該報的 2 筆(MCU 讀的線被拉到斷電的軌;接兩組電源的晶片被拉到自己的其中一組,要標「中、請確認」)有沒有漏,加上不該報的 2 筆(穩壓器 FB 接自己的輸出、EN 被拉到名稱沒有電壓的輸入軌)誤報幾筆0.00 筆0 筆一致不計入驗證總數(作者自己判讀、自己建的示範)。人工判讀(自建小 netlist)
串聯元件兩端同名,在同上 8 份公開專案上的誤報顆數(第一版:CM5 載板的 ESD 保護陣列 PUSB3F96X 3 顆被列 15 筆,那是訊號直通兩支腳的設計)0.00 顆0 顆一致人工判讀;剩下 cantact-hw 3 顆 4 腳焊接跳線列「中、請確認」,是規則設計就要列的;預先算好
倒灌與讀錯電位,在 MNT Reform 筆電主機板(CERN-OHL-S v2,529 顆元件)上:把 LPC_VCC、VIN、30V_GATE 設成常時有電、其他設成 S0 後,屬於正常設計卻被報的筆數(第一版 6 筆:穩壓器自己的 FB/RESET 上拉到自己的輸出 4 筆、名稱沒有電壓卻被當 3.3 V 比較 2 筆)0.00 筆0 筆一致人工逐筆判讀;剩下 5 筆中風險是真的跨域接法(RTC 的 I2C 接到斷電的 SOM、電源管理晶片推斷電的 SOM 喚醒腳與負載開關 EN),是不是問題要看那幾顆的腳位耐壓,判不了;預先算好,原檔不放網站
DC-DC 效率推算 vs TI 實測(SLVA390A Table 1)
TPS54620 12→3.3 V、1 A 效率(用 TI 的 5 V 實測推算)89.76 %不列原值1~3%對照 TI SLVA390A Table 1:同一顆在 3.3 V 的實測效率;推算方法與元件參數照 SLVA390A(文件例題的 DCR 單位有一處誤植,照它算出的功耗取用)
TPS54620 12→3.3 V、2 A 效率(用 TI 的 5 V 實測推算)91.88 %不列原值0.5~1%對照 TI SLVA390A Table 1:同一顆在 3.3 V 的實測效率;推算方法與元件參數照 SLVA390A(文件例題的 DCR 單位有一處誤植,照它算出的功耗取用)
TPS54620 12→3.3 V、3 A 效率(用 TI 的 5 V 實測推算)91.67 %不列原值0.5~1%對照 TI SLVA390A Table 1:同一顆在 3.3 V 的實測效率;推算方法與元件參數照 SLVA390A(文件例題的 DCR 單位有一處誤植,照它算出的功耗取用)
TPS54620 12→3.3 V、4 A 效率(用 TI 的 5 V 實測推算)90.97 %不列原值0.5~1%對照 TI SLVA390A Table 1:同一顆在 3.3 V 的實測效率;推算方法與元件參數照 SLVA390A(文件例題的 DCR 單位有一處誤植,照它算出的功耗取用)
TPS54620 12→3.3 V、5 A 效率(用 TI 的 5 V 實測推算)89.93 %不列原值0.5~1%對照 TI SLVA390A Table 1:同一顆在 3.3 V 的實測效率;推算方法與元件參數照 SLVA390A(文件例題的 DCR 單位有一處誤植,照它算出的功耗取用)
TPS54620 12→3.3 V、6 A 效率(用 TI 的 5 V 實測推算)88.71 %不列原值0.5~1%對照 TI SLVA390A Table 1:同一顆在 3.3 V 的實測效率;推算方法與元件參數照 SLVA390A(文件例題的 DCR 單位有一處誤植,照它算出的功耗取用)
電容原廠模型(在我們的 ngspice 裡跑)vs Murata 實測(C-format 量測檔,預先算好)
GRM155R71H103KA88:原廠模型在自諧振點的 |Z|(以實測為 100%)100.08 %100 %+0.08%Murata C-format 實測 .s2p(串聯接法、0 V、25 °C);原廠模型是 Murata 公開的 SPICE 靜態模型,在我們的 ngspice 裡跑;10 kHz~1 GHz 全段最大差 3.4%
GRM155R71C104KA88:原廠模型在自諧振點的 |Z|(以實測為 100%)99.70 %100 %-0.30%Murata C-format 實測 .s2p(串聯接法、0 V、25 °C);原廠模型是 Murata 公開的 SPICE 靜態模型,在我們的 ngspice 裡跑;10 kHz~1 GHz 全段最大差 3.5%
GRM155R61A105KE15:原廠模型在自諧振點的 |Z|(以實測為 100%)99.96 %100 %-0.04%Murata C-format 實測 .s2p(串聯接法、0 V、25 °C);原廠模型是 Murata 公開的 SPICE 靜態模型,在我們的 ngspice 裡跑;10 kHz~1 GHz 全段最大差 2.3%
GRM188R60J106ME47:原廠模型在自諧振點的 |Z|(以實測為 100%)99.98 %100 %-0.02%Murata C-format 實測 .s2p(串聯接法、0 V、25 °C);原廠模型是 Murata 公開的 SPICE 靜態模型,在我們的 ngspice 裡跑;10 kHz~1 GHz 全段最大差 2.8%
GRM21BR60J226ME39:原廠模型在自諧振點的 |Z|(以實測為 100%)100.20 %100 %+0.20%Murata C-format 實測 .s2p(串聯接法、0 V、25 °C);原廠模型是 Murata 公開的 SPICE 靜態模型,在我們的 ngspice 裡跑;10 kHz~1 GHz 全段最大差 2.7%
電源阻抗 PDN:這頁的三參數算法 vs 兩顆 Murata 實測電容並聯的反共振峰(預先算好)
10 nF(0402)∥1 µF(0402):反共振峰頻率(以兩顆實測直接並聯為 100%)110.96 %100 %+10.96%Murata C-format 實測 .s2p 兩顆直接並聯(串聯接法、0 V、25 °C,不含焊墊與走線);這頁的三參數 C/ESR/ESL 取各自單顆實測擬合
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)123.08 %100 %+23.08%同上
10 nF(0402)∥1 µF(0402):換成 Murata 原廠 SPICE 模型——反共振峰頻率(以實測為 100%)99.91 %100 %-0.09%Murata 公開 SPICE 靜態模型兩顆並聯,在我們的 ngspice 裡跑;對同一組實測並聯
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)99.98 %100 %-0.02%同上
100 nF(0402)∥10 µF(0603):反共振峰頻率(以兩顆實測直接並聯為 100%)116.39 %100 %+16.39%Murata C-format 實測 .s2p 兩顆直接並聯(串聯接法、0 V、25 °C,不含焊墊與走線);這頁的三參數 C/ESR/ESL 取各自單顆實測擬合
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)132.12 %100 %+32.12%同上
100 nF(0402)∥10 µF(0603):換成 Murata 原廠 SPICE 模型——反共振峰頻率(以實測為 100%)100.01 %100 %+0.01%Murata 公開 SPICE 靜態模型兩顆並聯,在我們的 ngspice 裡跑;對同一組實測並聯
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)100.18 %100 %+0.18%同上
1 µF(0402)∥22 µF(0805):反共振峰頻率(以兩顆實測直接並聯為 100%)131.81 %100 %+31.81%Murata C-format 實測 .s2p 兩顆直接並聯(串聯接法、0 V、25 °C,不含焊墊與走線);這頁的三參數 C/ESR/ESL 取各自單顆實測擬合
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)98.56 %100 %-1.44%同上
1 µF(0402)∥22 µF(0805):換成 Murata 原廠 SPICE 模型——反共振峰頻率(以實測為 100%)100.11 %100 %+0.11%Murata 公開 SPICE 靜態模型兩顆並聯,在我們的 ngspice 裡跑;對同一組實測並聯
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)99.79 %100 %-0.21%同上
10 nF(0402)∥100 nF(0402):反共振峰頻率(以兩顆實測直接並聯為 100%)117.10 %100 %+17.10%Murata C-format 實測 .s2p 兩顆直接並聯(串聯接法、0 V、25 °C,不含焊墊與走線);這頁的三參數 C/ESR/ESL 取各自單顆實測擬合
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)97.47 %100 %-2.53%同上
10 nF(0402)∥100 nF(0402):換成 Murata 原廠 SPICE 模型——反共振峰頻率(以實測為 100%)100.18 %100 %+0.18%Murata 公開 SPICE 靜態模型兩顆並聯,在我們的 ngspice 裡跑;對同一組實測並聯
同上:反共振峰高度(以實測為 100%)99.97 %100 %-0.03%同上
帶狀線 Cohn 精確解、綠漆理論與實測微帶線 vs 我們自己寫的 2D 電場有限差分解(完全不同的方法;場解要幾十秒,這組預先算好)
帶狀線 Cohn 精確解:奇模阻抗45.52 Ω45.4557 Ω+0.13%同一個場解(線寬 0.15、間距 0.15 mm、εr 4.2,零厚度、上下地距離 0.3 mm)
帶狀線 Cohn 精確解:偶模阻抗52.32 Ω52.2918 Ω+0.06%同上
單線帶狀線 Cohn 精確解:阻抗49.04 Ω49.0021 Ω+0.08%2D 場解(W 0.15、b 0.3 mm、εr 4.2、零厚度)
綠漆極限:漆厚 6 mm、εr 跟板材一樣 4.247.13 Ω47.1174 Ω+0.03%理論:線完全埋在同一種介質裡,阻抗=空氣中阻抗÷√εr(空氣中阻抗也用同一個場解算)
綠漆檢查:漆的 εr=1 時跟沒漆差多少9.93×10-4 Ω0 Ω一致理論:εr=1 的漆等於空氣,結果必須一樣
2D 場解(含銅厚 50 µm):實測微帶線 100 mm 的阻抗48.45 Ω48.459 Ω-0.01%公開 VNA 實測檔讀出的 TDR 線段阻抗(scikit-rf MSL100,W 3.00、H 1.55 mm);εr 4.527 由同組量測的 εeff 反推,所以不是完全獨立;不算銅厚時場解是 48.96 Ω
我們的 2D 場解 vs 外部:Polar Instruments 商用場解與測試板實測(應用筆記 AP8259,預先算好)
偏置帶狀線差動對(4 層介質):設計截面130.02 Ω129.82 Ω+0.15%Polar Instruments 應用筆記 AP8259 Fig 2:Polar Speedstack 商用場解算的 Zdiff(W 45、S 100、T 12 µm)
同一片測試板,切片 A 的實際尺寸141.11 Ω140.9 Ω+0.15%AP8259 Table 2:Polar 用切片尺寸重算(線底 40、頂 36~37.5、間距 107、銅厚 11 µm)
切片 B 的實際尺寸142.73 Ω141.2 Ω+1.08%AP8259 Table 2(底 39.4、頂 35.5~36.4、間距 107、銅厚 10.5 µm)
切片 C 的實際尺寸140.84 Ω140.3 Ω+0.38%AP8259 Table 2(底 40~41.2、頂 36.4~38.8、間距 106、銅厚 10.5 µm)
三處切片平均 vs 實測141.56 Ω138.6 Ω+2.14%AP8259 Table 2:TDR 實測平均 138.6 Ω(Polar 自己的切片預測平均 140.8,比實測高 1.6%);兩條線的左右尺寸取平均,介質厚度用設計值
眼圖(脈衝響應疊加)vs 解析
匹配無損線眼高(50 Ω 源→50 Ω 線→50 Ω 負載)0.50 V0.5 V-0.00%解析:沒有反射與損耗時,眼高=分壓後全幅 0.5 V
匹配無損線眼寬1.00 UI1 UI-0.00%解析:沒有反射時交叉點都落在位元邊界,眼寬=1 UI
S 參數:ngspice 交流分析 vs ABCD 矩陣解析
無損三段線 |S21| 跟 ABCD 解析的最大差(0–20 GHz)7.05×10-15 dB0 dB一致解析:ABCD 矩陣串接(跟 ngspice 交流分析是不同的算法)
無損三段線 |S11| 跟 ABCD 解析的最大差(|S11|>−40 dB 的頻點)1.49×10-13 dB0 dB一致解析:ABCD 矩陣串接
有損(100 Ω/m)|S21| 跟 ABCD(cosh/sinh)的最大差3.32×10-11 dB0 dB一致解析:有損 ABCD
讀入 S 參數檔:格式往返一致性(自己匯出的檔再讀回來,證明讀寫一致,不是對外部真值)
匯出再讀回:第 1 段(50 mm 處)50.01 Ω50 Ω+0.02%我們自己匯出的 .s2p 讀回來做反 FFT,對設定值;ngspice 直接暫態 TDR 也是 50.00
匯出再讀回:第 2 段(105 mm 處)70.01 Ω70 Ω+0.02%同上;ngspice 直接暫態 TDR 是 70.00
匯出再讀回:S21 步階 50% 點1.29 ns1.2916 ns+0.01%解析:三段總延遲=長度×√εeff÷光速
讀入的 S21 算眼圖:3 Gbps 有損線眼高0.40 V0.4046 V+0.00%ngspice 直接暫態(同一條有損線、脈衝響應疊加);兩邊是不同的路:一邊頻域反 FFT,一邊時域模擬
4 埠:兩條 50/70 Ω 線拼成 .s4p,差動 TDR 第 2 段140.02 Ω140 Ω+0.02%不耦合時差動=單線 2 倍;檢查 4 埠讀檔、埠號辨認與混模換算
4 埠:同一檔,共模 TDR 第 1 段25.01 Ω25 Ω+0.02%不耦合時共模=單線一半
讀入 S 參數檔:公開範例檔(scikit-rf,BSD-3)——前 3 項是 FR-4 微帶線/共面波導 VNA 實測(1 MHz~10 GHz),後 3 項是 Qucs 模擬的 4 埠耦合微帶線;這組預先算好,原檔太大不放網站
微帶線 100 mm 實測檔:TDR 線段中間的阻抗48.46 Ω48.439 Ω+0.04%我們的 2D 場解(W 3.00、H 1.55 mm、銅厚 50 µm;εr 4.527 由同組量測反推,所以這項不是完全獨立的對照:獨立的只有場解本身,阻抗是 TDR 讀出來的)
微帶線 200 減 100 mm:用步階延遲差算 εeff3.35 3.393 -1.32%同一組檔用頻域相位斜率算(多線法,原始範例用的方法),1~5 GHz
共面波導 200 減 100 mm:用步階延遲差算 εeff2.86 2.7982 +2.38%同上,頻域相位斜率 1~5 GHz
4 埠耦合微帶線(Qucs 模擬檔):差動 TDR 阻抗104.00 Ω101.989 Ω+1.97%我們的 2D 場解 2×Zodd(W 1.76、S 1、H 1.51 mm、εr 4.413);這份 .s4p 是 Qucs 用解析公式模擬的,所以差距同時包含「讀檔」與「公式 vs 場解」兩件事
同一檔:共模 TDR 阻抗38.73 Ω38.288 Ω+1.15%同上,Zeven÷2
同一檔:差動步階 50% 延遲335.25 ps335.42 ps-0.05%同上,奇模 εeff 換算 60 mm 的延遲
插入損失預算:導體損耗(2D 場解+Wheeler 增量電感)對 Pozar 公式;整條走線損耗對 scikit-rf 公開實測微帶線(預先算好)
導體損耗:置中帶狀線 W 0.2/b 0.5/t 0.035 mm1.34 dB/m1.3184 dB/m+1.81%Pozar《Microwave Engineering》式 3.198(Wheeler 增量電感推出的近似式,作者標示誤差約數 %);1 GHz、εr 1、退火銅
導體損耗:置中帶狀線 W 0.1/b 0.4/t 0.018 mm2.00 dB/m2.0826 dB/m-3.92%同上,Z 在 120 Ω 附近剛好是式 3.198/3.199 切換處
導體損耗:置中帶狀線 W 0.5/b 1.0/t 0.035 mm0.68 dB/m0.6744 dB/m+0.50%同上
實測微帶線 100 mm 損耗@3 GHz(只用 1 GHz 那一點反推 Df)0.76 dB0.76555 dB-0.00 dBscikit-rf 公開量測 MSL100/MSL200(W 3.00、H 1.55 mm、銅 50 µm、FR-4,Anritsu VNA),兩條相減抵消接頭;εr 由量測相位反推 4.4376、Df 反推 0.015757
同一條@5 GHz1.25 dB1.2968 dB-0.04 dB同上
3D 全波(openEMS)vs 我們自己寫的 2D 場解:微帶線
微帶 W 0.3、H 0.17 mm、εr 4.3:特性阻抗(2 GHz)52.98 Ω52.14 Ω+1.60%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 50.96/51.81/52.14 Ω 單調逼近 2D 值(2026-10-12 用兩組探針重跑 51.02/51.83/52.14,外插 53.00 Ω、對 2D 差 0.05%;p 0.76 小於 1,外插僅供參考。再加到細度 5(11 M 格)52.39 Ω,用細度 2/3/5 外插 52.78 Ω(p 0.97),對 2D 差 −0.37%;細度 4 那組的能量衰減特別慢、跑到步數上限還沒結束,資料截斷不用)
同上:有效介電常數(2 GHz)3.24 3.2306 +0.29%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);2026-10-12 用兩組探針重跑三細度 3.2477/3.2402/3.2380,外插 3.2346(p 1.22),對 2D 差 −0.16%;細度 5 是 3.2356,對 2D −0.13%(加到細度 5 觀察階數變得不穩,不外插)
過孔殘段公式 vs 3D 全波(openEMS)
殘段 1.4 mm、εr 3.8 的通孔:|S21| 缺口頻率27.46 GHz24.81 GHz+10.68%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);兩細度 24.65/24.81 GHz(移動 0.6%)。公式是理想四分之一波長,3D 的殘段等效長多約 0.15 mm
殘段 2.52 mm(頁面預設 2.5,對齊網格):|S21| 缺口頻率15.26 GHz14.22 GHz+7.31%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);兩細度 14.21/14.22 GHz(移動 0.1%);等效長多約 0.18 mm
殘段 3.6 mm:|S21| 缺口頻率10.68 GHz10.1 GHz+5.74%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);兩細度 10.09/10.10 GHz(移動 0.1%);等效長多約 0.21 mm;三組的等效多出長度 0.15/0.18/0.21 mm 隨長度略增,不是固定值
串音 vs 3D 全波(openEMS)
頁面預設截面、長度縮成 20 mm、上升 50 ps:近端串音峰值21.69 mV22.22 mV-2.39%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 24.19/22.69/22.22 mV,持續往網站值縮小(外插 21.39 mV,p 1.11,網站高 1.4%)
同上:遠端串音峰值(絕對值)45.27 mV47.17 mV-4.03%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 51.92/48.26/47.17 mV,持續往網站值縮小(外插 45.42 mV,p 1.19,網站低 0.3%)
串音頁切帶狀線的預設截面(上下各 0.1325 mm、εr 4.2、銅厚 0,對 Cohn 精確解)、長 20 mm、上升 50 ps:近端串音峰值13.24 mV14.16 mV-6.50%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);每個端點上下各接一顆 100 Ω 到兩個地;三細度 16.25/14.65/14.16 mV,持續往網站值縮小(外插 13.33 mV,p 1.15);遠端兩邊都在 1.5 mV 以內(網站 1.21、3D 最細 1.44 mV,入射 0.3%)
帶狀線上下板材不同(下 εr 4.2/0.1 mm、上 εr 3.0/0.165 mm,線偏下;銅厚 0)、長 50 mm、上升 50 ps:近端串音峰值11.59 mV12.48 mV-7.13%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 14.19/12.88/12.48 mV,持續往網站值縮小(外插 11.81 mV,p 1.15)
同上:遠端串音峰值(絕對值;上下 εr 不同、偶奇模速度差 0.45%,遠端才不是 0)7.56 mV10.53 mV-28.21%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 17.46/12.11/10.53 mV,收斂慢(約一階),外插 8.03 mV;另用同截面上下都 4.2 的對照組做波形相減,外插 9.04 mV。網站 7.56 mV 比兩種外插低 6~16%,遠端正比於偶奇模速度差;網站這邊的 2D 場解加密(每段 4→16 格)速度差只變 0.8%,已收斂,所以差距較可能在 3D(3D 的 εeff 每級網格誤差 1~4%,跟這個 0.9% 的效應同一量級),但還沒有第四級網格證實,先標判不了。另:線剛好在交界、上下等高時,上下 εr 不同遠端也仍≈0(3D 外插 0.8 mV、網站 0.2 mV)
TDR vs 3D 全波(openEMS)
微帶寬窄寬,中段 0.28 mm(2D 66.87 Ω)、上升 35 ps:TDR 中段平台阻抗66.87 Ω66.27 Ω+0.91%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);兩細度 66.07/66.27 Ω
中段改 0.8 mm(2D 34.37 Ω):TDR 中段平台阻抗34.37 Ω34.6 Ω-0.66%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 34.69/34.65/34.60 Ω
插入損失:導體損耗 vs 3D 全波(openEMS)
置中帶狀線 W 0.2/b 0.5/t 0.035 mm(同 i1)、代用導電率 5.17e6 S/m(1 GHz 集膚深度 7 µm):導體損耗(1 GHz)4.50 dB/m4.4094 dB/m+1.95%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);線與地用實心有限導電率導體(集膚深度內 3~6 格),三細度 4.5037/4.4345/4.4094 dB/m,列最細那次(最細兩級只差 ≤0.7%;另做三級外插僅供參考,網格無限細約 4.37 dB/m);網站值=i1×√(5.8e7/σ)(頁面的導體損耗正比於表面電阻);同做法先驗平行板精確解,差 ≤2.2%。銅本身集膚深度約 2 µm、3D 網格量太大,所以用代用導電率
3D 全波(openEMS)vs 我們自己寫的 2D 場解:差動微帶
阻抗頁預設差動微帶 W 0.15/S 0.15/H 0.1/t 0.035 mm、εr 4.2:Zdiff(2 GHz)94.11 Ω93.938 Ω+0.18%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);只算一半,對稱面放 PEC=奇模、PMC=偶模;線含 35 µm 銅厚;Z0 用兩組探針的均勻線關係解(不受端點反射影響,1~8 GHz 平坦);五細度 93.49/93.75/93.86/93.92/93.94 Ω 單調逼近本頁值(最細三級外插 93.96 Ω,本頁高 0.15%)
同上:Zcomm(2 GHz)29.92 Ω30.107 Ω-0.62%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);五細度 30.53/30.31/30.20/30.15/30.11 Ω 單調逼近本頁值(兩組三級外插 29.69~30.00,觀察階數不穩,僅供參考)。有效介電常數 3D 隨網格移動、約一階:偶模五細度 3.449→3.270,外插 3.1825、本頁 3.1851(差 0.08%);奇模五細度 2.783→2.666、外插 2.6126、本頁 2.610(差 0.1%);兩個模態都要加密到五級才看得出來,所以不列成績、寫在這裡;同樣的量法拿均勻板材的帶狀線驗(有效介電常數精確值就是 εr=4.2),3D 最細那次高 2.9~4.2%、外插 4.17~4.23,所以這是 3D 網格本身的一階誤差,不是本頁的問題
同 o12 截面加綠漆(順著板面與走線覆蓋,厚 0.035 mm、εr 3.5):Zdiff(2 GHz)84.97 Ω85.306 Ω-0.39%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 85.264/85.270/85.306 Ω(已平)。同網格把綠漆換成空氣的對照組 93.746/93.920/94.028 Ω → 綠漆讓 Zdiff 降 8.48/8.65/8.72 Ω(外插 8.86),本頁降 8.93 Ω(對外插差 0.8%)
同上:Zcomm(2 GHz)28.27 Ω28.732 Ω-1.60%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 29.18/28.88/28.73 Ω,持續往本頁靠(外插 28.30,p 1.02,對本頁差 0.1%);綠漆造成的變化 3D −1.44/−1.49/−1.53、本頁 −1.61 Ω
3D 全波(openEMS)vs 我們自己寫的 2D 場解:差動帶狀線
阻抗頁切到帶狀線時的預設值 W 0.15/S 0.15、上下各 0.13 mm、t 0.035 mm、εr 4.2:Zdiff(2 GHz)71.09 Ω71.22 Ω-0.18%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);三細度 71.15/71.21/71.22 Ω(最後一級只變 0.01%)。同一套 3D 先拿零厚度帶狀線對 Cohn 精確解:奇模最細差 −1.2%(外插 −0.5%)、偶模 +0.1%
同上:Zcomm(2 GHz)21.14 Ω21.347 Ω-0.96%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);五細度 21.78/21.57/21.46/21.39/21.35 Ω,單調往本頁值靠;最細三級外插 21.07(p 0.84)、前一組三級 21.15(p 1.07),本頁 21.142 落在兩者之間。同一批網格的 εeff 外插 4.210,對精確值 4.2 差 0.25%(量法本身對)
插入損失:介質損耗 vs 3D 全波(openEMS)
微帶 W 0.3、H 0.17 mm、εr 4.3(同 o1)、板材導電率 9.5688e-3 S/m(2 GHz 時 tanδ 0.02):介質損耗(2 GHz)5.90 dB/m5.859 dB/m+0.77%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);同 o1 三種網格 5.908/5.870/5.859 dB/m,列最細那次(外插到網格無限細 5.844);每組減掉同網格無損那組的誤差底(−0.01~−0.04 dB/m)。網站值是頁面的 Pozar 填充比例式(Dk 固定、tanδ 0.02、εeff 3.2400 同 o2);同截面用 2D 場解算 ∂εeff/∂εr 的準靜態精確值是 5.851,所以網站高的 0.8% 幾乎全是填充比例式本身的近似,3D 外插對精確值差 0.1%。openEMS 的板材損耗只能給固定導電率,tanδ 隨 1/f 下降,介質損耗在 1~5 GHz 都在 5.85~5.87(最細)
插入損失:導體損耗 vs 3D 全波(openEMS)
微帶線 W 0.3/H 0.17/t 0.035 mm(同 o1 截面、板材換空氣只看導體)、代用導電率 5.17e6 S/m:導體損耗(1 GHz)4.13 dB/m3.9829 dB/m+3.76%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);線與地用實心有限導電率導體,表面格 δ/3/δ/4.5/δ/6 三級 4.0627/4.0075/3.9829 dB/m(第三級用同網格無損組的 Z;借第二級 Z 時 3.9819,差 0.03%)(每級移動 1.4%→0.6%),列最細那次;三級外插 3.930(p 1.32),網站對外插高約 5.2%,只算一半(y=0 PMC);Z 用同網格無損組實測,無損組前進波誤差底 ≤0.004 dB/m。0.5/1/1.5 GHz 網站對最細那級高 4.4%/3.8%/2.8%(0.5 GHz 三級不單調、不外插;1.5 GHz 外插後高 3.8%)。同 o11 帶狀線的趨勢:頻率越低、集膚深度佔銅厚越多,Wheeler 法越偏高)。網站值=銅 1.2338 dB/m×√(5.8e7/σ)
差動對 skew vs 3D 全波(openEMS)
耦合微帶(線寬=間距 0.15)、P 多 1 mm:差動轉共模比 |Scd21/Sdd21| @10 GHz-14.54 dB-14.5 dB-0.04 dBopenEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);網站公式 tan(πfδ)、δ 用單線 εeff 3.131;2~15 GHz 全段差 ≤0.29 dB(填奇模值時 ≤0.62 dB)
插入損失:導體損耗 vs 3D 全波(openEMS)
差動微帶奇模 W 0.15/S 0.15/H 0.1/t 0.035 mm(阻抗頁預設差動對、板材換空氣只看導體)、代用導電率 5.17e6 S/m:導體損耗(1 GHz)7.38 dB/m7.0479 dB/m+4.72%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;網格加密到最細那次的實際結果、不用外插;預先算好);線與地用實心有限導電率導體,表面格 δ/3/δ/4.5/δ/6 三級 7.1608/7.0783/7.0479 dB/m(三級同物理時間 4.72 ns,埠訊號尾巴 −90~−107 dB),列最細那次;三級外插 7.0048(p 1.86),網站對外插高約 5.4%;只算一半(y=0 PEC=奇模);Z 用同網格無損組實測。0.5/1/1.5 GHz 網站對最細那級高 5.9%/4.7%/4.1%(外插後 6.2%/5.4%/5.2%)。比單線微帶(o22)偏高多一些:奇模電流擠在兩條線相對的內側邊,Wheeler 法偏差較大。網站值=銅 2.2036 dB/m×√(5.8e7/σ)
3D 全波(openEMS)vs 我們自己寫的 2D 場解:梯形截面差動微帶
JLCPCB 4 層 1.6 mm 標準疊構(JLC04161H-7628)外層差動:底寬 W 0.2258、間距 S 0.1524、介質 H 0.2104 mm、εr 4.3、銅厚 0.0406 mm;矩形截面(蝕刻 0):奇模阻抗 Zodd(1 GHz)49.26 Ω49.288 Ω-0.05%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;預先算好);只算一半(y=0 PEC=奇模),1 GHz;細度 1/1.5/2 三級(各 334,000/501,000/668,000 步,三級都在 0.9999 ns 結束、停止條件關閉,埠訊號尾巴 −93~−110 dB);🔴 這兩列例外地列「三級外插值」而不是最細那次(Richardson,h=1/0.667/0.5);三級 47.266/47.933/48.268 Ω,外插 49.288(p 0.99);網站值=2D 場解 nper 6(2026-10-13 起的斜邊對齊算法;矩形不受影響,新舊都是 49.261)
同上、梯形截面(頂面每邊內縮 0.00635 mm=0.25 mil):奇模阻抗 Zodd(1 GHz)49.97 Ω49.908 Ω+0.12%openEMS 3D 全波(自己寫的 JS 產生輸入檔;預先算好);只算一半(y=0 PEC=奇模),1 GHz;細度 1/1.5/2 三級(各 334,000/501,000/668,000 步,三級都在 0.9999 ns 結束、停止條件關閉,埠訊號尾巴 −93~−110 dB);🔴 這兩列例外地列「三級外插值」而不是最細那次(Richardson,h=1/0.667/0.5);三級 48.106/48.731/49.038 Ω,外插 49.908(p 1.05);網站值=2D 場解 nper 6 的斜邊對齊算法 49.970(2026-10-13 修正前的舊算法是 50.286,對 3D 高 0.76%)。梯形減矩形的差:3D 外插 +1.26%、網站 +1.44%(兩個大數相減,誤差大,不另列)
迴路穩定度(峰值電流模式降壓)vs TI 設計步驟、TI 計算值與 TI 實測
TI SLVA352A 例題(TPS54620,目標交越 120 kHz、2×100 µF 照降額式):R414.24 kΩ不列原值<0.5%對照 TI SLVA352A 式 1 的例題結果
同上:C43.66 nF不列原值<0.5%對照 TI SLVA352A 式 3 的例題結果(文件用取整後的 R4 算,這裡照做)
同上:Type III 的 Cc(R8=10 kΩ)132.63 pF不列原值<0.5%對照 TI SLVA352A 式 6 的例題結果
同上:ESR 零點(2 mΩ)835.56 kHz不列原值<0.5%對照 TI SLVA352A 式 5 的例題結果
TI SNVA793 LMR14020、電感 2.2 µH:交越頻率(含電感極點)37.05 kHz不列原值0.5~1%對照 TI SNVA793 Table 2(TI 自己的計算值,不是實測)
同上 2.2 µH:相位裕度70.6 °不列原值<0.5°對照 TI SNVA793 Table 2(TI 計算值)
TI SNVA793 LMR14020、電感 10 µH:交越頻率(含電感極點)29.66 kHz不列原值<0.5%對照 TI SNVA793 Table 2(TI 自己的計算值,不是實測)
同上 10 µH:相位裕度41.3 °不列原值<0.5°對照 TI SNVA793 Table 2(TI 計算值)
TI SNVA793 LMR14020、電感 22 µH:交越頻率(含電感極點)22.83 kHz不列原值<0.5%對照 TI SNVA793 Table 2(TI 自己的計算值,不是實測)
同上 22 µH:相位裕度22.8 °不列原值<0.5°對照 TI SNVA793 Table 2(TI 計算值)
TI SNVA793 LMR14020、電感 47 µH:交越頻率(含電感極點)16.84 kHz不列原值<0.5%對照 TI SNVA793 Table 2(TI 自己的計算值,不是實測)
同上 47 µH:相位裕度6.6 °不列原值<0.5°對照 TI SNVA793 Table 2(TI 計算值)
TPS54620 新版 EVM(Type II,R4 5.62 kΩ/C4 6.8 nF、100 µF×2):交越頻率34.90 kHz不列原值>3%對照 TI SLVU281B Table 1-2 的實測;電感極點由原廠模型的電流感測增益與斜率補償算出,沒有擬合
同上:相位裕度48.0 °不列原值>3°對照 TI SLVU281B Table 1-2 的實測(沒有擬合)
TPS54620 舊版 EVM(Type II,R4 1.69 kΩ/C4 8.2 nF、47 µF×1):交越頻率40.95 kHz不列原值>3%對照 TI SLVA352A Fig.1–2 的實測(沒有擬合)
同上:相位裕度46.2 °不列原值<0.5°對照 TI SLVA352A 第 2 頁的實測(沒有擬合)
TPS54620 SLVA352 Type III(R4 14.3 kΩ/C4 3.9 nF/Cc 150 pF、100 µF×2):交越頻率69.56 kHz不列原值>3%對照 TI SLVA352A Fig.6 的實測(沒有擬合)。Type III 的交越頻率目前只對到這一組實測、低估約 4 成,原因未明
同上:相位裕度51.6 °不列原值>3°對照 TI SLVA352A 第 6 頁的實測(沒有擬合)
同一組設計(新版 EVM):這頁的公式 vs TI 原廠平均模型——交越頻率34.90 kHz不列原值1~3%對照 TI TPS54620 原廠 PSpice 平均模型(SLIM303A,在我們的 ngspice 裡跑同一個電路;模型檔不放網站)
同上:相位裕度48.0 °不列原值1~3°對照 TI TPS54620 原廠 PSpice 平均模型(同上)
同一組設計(舊版 EVM):這頁的公式 vs TI 原廠平均模型——交越頻率40.95 kHz不列原值>3%對照 TI TPS54620 原廠 PSpice 平均模型(SLIM303A,在我們的 ngspice 裡跑同一個電路;模型檔不放網站)
同上:相位裕度46.2 °不列原值>3°對照 TI TPS54620 原廠 PSpice 平均模型(同上)
同一組設計(SLVA352 Type III):這頁的公式 vs TI 原廠平均模型——交越頻率69.56 kHz不列原值0.5~1%對照 TI TPS54620 原廠 PSpice 平均模型(SLIM303A,在我們的 ngspice 裡跑同一個電路;模型檔不放網站)
同上:相位裕度51.6 °不列原值<0.5°對照 TI TPS54620 原廠 PSpice 平均模型(同上)
瀏覽器引擎 vs 命令列 ngspice 47(雙 N-MOS,8 種狀態)
CPU 端電壓,8 種狀態的最大差3.5×10-7 V0 V一致同一份電路在 Mac 命令列 ngspice 47 用 .op 實跑對照

IEC 61000-4-5 的容許範圍表我們沒有取得原文,所以這裡只列「跟標稱值差多少」,不宣稱合格與否。AN4275 表格的 42/12/2 Ω 是「產生器 2 Ω+外加負載」。

02 · SURGE × BOB SMITH

乙太網路接口挨了一發 4 kV 突波,75 Ω 電阻吃到多少?

SIDACtor 在 151 ns 就觸發,之後 surge 電流一路經過 75Ω 流進 SIDACtor:75Ω 吸收 2962 mJ,其中 99.99% 發生在觸發之後。 電容 1000 pF → 470 pF,能量只差 0.004%:在這個模型裡,電容值不是關鍵。注意這跟實驗室觀察不一致(有實驗室把電容改小後測試通過),點這裡看可能原因
34.3 A75Ω 峰值電流
2962 mJ75Ω 吸收的能量
0.179 mJ其中「觸發前」電容充電那段
34.3 A保護元件峰值電流(額定 400 A)
手算檢核觸發後 SIDACtor 近似短路,峰值電流 ≈ 4000 V ÷(2 Ω 產生器 + 40 Ω 耦合 + 75 Ω + 0.05 Ω)= 34.2 A;模擬 34.3 A,差 +0.29%
di/dt 檢查突波電流經過 SIDACtor 的最大上升率 50 A/µs,規格書上限 500 A/µs(Littelfuse SIDACtor DO-214, p.143)。不含觸發瞬間電容直接放電那一段:那段取決於走線電感,模型沒有。
流過終端電阻 R 的電流
目前的電容比較用電容放大框:觸發瞬間的電壓
0102030400102030405060時間 µsA放大:觸發瞬間的電壓VS 530 V151 ns 觸發0–454 ns峰值 34.3 A
實線是流過 75Ω 電阻的電流;虛線是把電容換成 470 pF 再算一次的結果。兩條幾乎疊在一起,代表換電容對這顆電阻沒什麼差別。
右上角的小框把最前面的幾百奈秒放大:是電壓,衝到 (530 V)時保護元件導通。
流過 SIDACtor 的電流,對照原廠額定
01002003004005000102030405060時間 µsA原廠額定 Ipp 8/20µs=400 A34.3 A
這條線是保護元件(SIDACtor)實際流過的電流,虛線是原廠規格寫的極限 400 A。兩條離得越遠越安全:現在只用到額定的 9%。
能量可以想成電阻被「加熱」了多少。觸發前那段很小,代表電阻主要是在保護元件導通之後被加熱的。
這個結論跟實驗室觀察不一致

實務上有實驗室觀察到:把這顆高壓電容從 1000 pF 改成 470 pF 後,突波測試就過了。這個模型卻說兩者對終端電阻的能量幾乎一樣。在確認原因之前,請把上面的結論當成「模型的預測」,不是定論。

可能原因(依我們判斷的可能性排序;排除的也列出來):

  1. SIDACtor 當時沒有導通(目前模型唯一解釋得了的情況):沒上件、焊接不良或已經壞成開路時,終端電阻的能量全部來自電容充電,電容值就會有明顯差別。模型裡把 VS 設成 10000 V 模擬「沒導通」:1000 pF 時終端電阻吸收 1.29 mJ、470 pF 時 0.35 mJ,差 3.7 倍,電容兩端也會被衝到約 4 kV。套用看看
  2. 觸發瞬間的 di/dt(已算過,排除):電容對 SIDACtor 放電的上升率=電壓÷迴路電感,跟電容值無關(10 nH 時兩者都是 53,000 A/µs,超過規格書 500 A/µs);電容只改放電峰值(173 A vs 121 A)與電荷(2.1 倍)
  3. 耦合方式不同:實驗室的耦合網路(耦合電容、氣體放電管)跟參數裡的三種耦合方式不一樣,SIDACtor 的觸發時間與電流會變
  4. 觸發點不同(在這個模型裡已排除):規格書的 VS 530 V 是在 100 V/µs 下量的,突波上升更快時實際觸發電壓可能更高。我們把 VS 從 530 掃到 1000 V(下面的按鈕可以重跑),兩個電容值對終端電阻的能量差都不到 0.02%,所以光是觸發點變高,解釋不了實驗室的結果。變壓器漏感與四對線並聯仍沒有建模

每一列都用目前與比較用的兩個電容值各跑一次,需要引擎

要分辨是哪一個,最快的一個量測:確認測試那片板子的 SIDACtor 有上件、測後量過是好的;或測試時同時量 SIDACtor 兩端電壓,看它有沒有觸發、在多少伏觸發。

查看送進 ngspice 的 netlist
bobsmith surge
Cc c 0 0.00000776 IC=4295.38
Rs1 c 0 14.8
Rm c x 1.05
Lr x o 0.00000974 IC=0
Rs2 o 0 23.3
Rcp o ct 40
Vam ct a 0
R75 a m 75
C1 m 0 1000p
S1 m sd pk 0 SW1
Vsd sd 0 0
Cs m 0 30p
Dpk m pk DPK
Cpk pk 0 1p
.model DPK D(IS=1e-12 N=0.01)
.model SW1 SW(Ron=0.05 Roff=1e9 Vt=529 Vh=1)
.tran 20n 100u UIC
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

Bob Smith 終端把變壓器中心抽頭經 75 Ω 電阻與高壓電容接到機殼;保護元件(SIDACtor)擋在後面。突波一進來,電壓衝到 530 V 時 SIDACtor 導通,接下來的電流全部要穿過那顆 75 Ω。試試看:把電容換成 470 pF、拿掉 40 Ω 耦合電阻、換回前代結構、把觸發電壓拉到 800 V。

什麼時候會用到
  • 乙太網路、電話線、PoE 介面要過 IEC 61000-4-5 突波測試,想在進實驗室之前先知道保護元件撐不撐得住、終端電阻會吃到多少能量
  • 實驗室打掛了,想知道是哪一顆先壞、改哪個元件值才有用
  • 挑 SIDACtor/GDT 時,比較不同觸發電壓與 IPP 額定的餘裕
突波(surge)是雷擊或大型設備開關時,沿著網路線或電源線跑進來的一大股能量,持續幾十微秒。測試時用一台「突波產生器」模擬它。保護元件的工作是在電壓衝高時導通,把電流導到機殼地;這個計算器算的是:電流導走的路上,每一顆元件各吃到多少。
03 · ESD × TVS

8 kV 靜電打到接頭,IC 腳位看到幾伏、內部要扛幾安培?

TVS 和 IC 直接並聯時,IC 內部要扛 19.1 A 峰值(占 55%):TVS 的鉗位電壓比 IC 內部二極體導通電壓高,電流會先往 IC 裡面走。串一顆 10 Ω 看看。
23.3 VIC 腳位峰值電壓
19.3 VIC 腳位 5 ns 之後的最高電壓
15.6 ATVS 峰值電流
19.13 AIC 內部 ESD 二極體峰值電流
電壓:TVS 那一點與 IC 腳位
TVS 那一點IC 腳位IC 絕對最大電壓
051015202530050100150200時間 nsVIC 絕對最大 3.6 V放大:前 5 ns尖峰 23 V0–5 nsIC 腳位峰值 23.3 V
是 TVS(保護二極體)那一點的電壓,是 IC 腳位的電壓,虛線是 IC 能承受的最高電壓。IC 腳位那條越常待在虛線上面,IC 越危險。右上小框放大最前面 5 奈秒:ESD 一打進來會先有一根很高的尖峰。
電流怎麼分:TVS vs IC 內部
流進 TVS流進 IC 內部二極體
0510152025050100150200時間 nsATVS 15.6 AIC 內部 19.1 A
ESD 的電流會分兩路走:流進 TVS(我們希望它扛),流進 IC 晶片內部的小保護二極體(它很小,扛太多會壞)。在 TVS 和 IC 中間串一顆電阻,電流就會被趕到 TVS 那邊去。

預設 TVS 參數是典型參考值(依公開規格,僅供試算、非背書):依 TI TPD1E10B06(Rev. G)——膝點 9.3 V、動態電阻 0.425 Ω 由圖 5-3 TLP 曲線 3–25 A 目測點最小平方擬合;跟資料表的典型值不同,因為擬合的電流範圍不同。IC 內部二極體以理想 VDD 電源吸收電流,實際電源軌會被頂高。HBM 2 kV 等級的約 1.33 A 是 JS-001 人體模型 100 pF 經 1.5 kΩ 的算術,僅供參考。

查看送進 ngspice 的 netlist
esd tvs
C1 ga 0 150p IC=8000
R1 ga gb 330
L1 gb line 5.355e-7 IC=0
C2 gc 0 2.142e-12 IC=8000
R2 gc gd 110.16
L2 gd line 2.8788e-7 IC=0
Lt line tvi 0.75n
Vit tvi tv 0
Da tx tv DZ
Db tx 0 DZ
Ct line 0 12p
Rser line pin 0.001
Cin pin 0 5p
Vdd vdd 0 3.3
Vic pin pinx 0
Dh pinx vdd DI
Dl 0 pinx DI
.model DZ D(IS=1e-12 N=1 RS=0.2125 BV=8.600 IBV=1m CJO=0)
.model DI D(IS=1e-14 N=1 RS=1)
.tran 0.01n 200n UIC
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

ESD 槍打在接頭上,TVS 二極體會把電壓鉗住——但 IC 晶片裡面自己也有保護二極體,兩者是並聯的。TVS 的鉗位電壓比 IC 內部二極體高,所以電流會先往 IC 裡面鑽。試試看:在 TVS 和 IC 之間串 10 Ω、只看 TVS 本身、換成負極性、打 15 kV。

什麼時候會用到
  • USB、HDMI、按鍵、金屬外殼附近的接頭要過 ±8 kV 接觸放電
  • 選 TVS:鉗位電壓夠不夠低、IC 腳位撐不撐得住
  • 決定要不要在 TVS 和 IC 之間串電阻、串多大(會影響訊號速度)
ESD(靜電放電)就是手摸到接頭時那一下「啪」:電壓很高(幾千伏)但只有幾十奈秒。TVS 是專門擋靜電的二極體,平常不導通,電壓一高就導通把電流導到地。問題是 IC 晶片裡面自己也有小的保護二極體,兩者會搶著導電——這個計算器算的就是電流怎麼分。
04 · POWER DOMAIN CROSSING

貼上你的 netlist,找出睡眠時倒灌、讀錯電位,以及被短路的串聯元件

讀到 7 顆元件、8 條 net(KiCad(S-expression)),找到 4 筆跨電源域:高風險 2、提醒 2。

CSV 裡開頭是 + − = @ 的名稱(例如 +3V3)前面加了一個單引號,避免 Excel 當成公式執行;有些 Excel 版本會把這個單引號顯示出來,資料本身沒有壞。

等級訊號線路徑出事的狀態
高|接收端讀不到電位/PWRBTN_NU1.12(+3V3_S5)有電,但這條線的 R3 上拉到 +1V8_S0、驅動端 U3.31(+1V8_S0) 都沒電S3 / S5
高|上拉跨域/SMB_DATR1 10k:+3V3_S5 → /SMB_DAT → U2.20(+3V3_S0)S3 / S5
中|直連跨域/SMB_DATU1.10(+3V3_S5)直接接到 U2.20(+3V3_S0)S3 / S5
中|直連跨域/WAKE_NU1.11(+3V3_S5)直接接到 U3.30(+1V8_S0)S3 / S5
在 S3、S5 狀態下,U1(+3V3_S5)還有電、在讀 /PWRBTN_N,但這條線上 R3 100k 接的 +1V8_S0、驅動端 U3 都已經斷電。這條線會被上拉電阻拉到斷電的軌(通常是 0 V),U1 讀到的是「低」——/PWRBTN_N 的名稱看起來是低電位有效,讀成低等於一直被按著或被觸發(名稱是用規則猜的,請以晶片規格書為準)。這不是倒灌,是功能問題。常見改法:把上拉改接到接收端那個一直有電的電源域,或在接收端那側加一顆有電的上拉/下拉,讓斷電時有確定的電位;也可以讓韌體在對方斷電時忽略這支腳。
每個電源狀態下,輸入腳讀到什麼
訊號線接收腳腳位內建S0S3S5
/DDC_SCLU2.21高(R2)——
/PWRBTN_NU1.12由 U3 驅動低(拉到斷電的軌)低(拉到斷電的軌)
/SMB_DATU1.10由 U2 驅動高(R1)高(R1)
/SMB_DATU2.20由 U1 驅動——
/WAKE_NU3.30由 U1 驅動——

「—」=接收端自己沒電;紅色=浮接,或低電位有效的訊號被拉到斷電的軌;黃色=其他被拉到斷電軌的線。晶片腳位內建的上拉/下拉 netlist 看不到:沒標就當沒有。請照晶片規格書在「腳位內建」那欄選,表格會即時重算;標了的腳不再列進上面的「讀錯電位」清單。

串聯元件兩端同名(被短路)

沒有找到兩支腳接在同一條 net 上的電阻、電容、電感、磁珠、二極體或保險絲。

只接一支腳的 net(可能是標籤打錯)

每條 net 都接到兩支以上的腳。

電源域推斷規則:從 net 名稱取電壓(3V3=3.3 V、+1.2V 這類小數照寫、+3VS 這類整數 3 視為 3.3 V、VBUS=5 V;名字帶 ~ 或 # 的是低電位有效訊號,不當電源;名字有 EN/PG/GATE/FB/SENSE 這類控制字段的不當電源,除非 net 上接著晶片的電源腳;經 0 Ω 接到電源、又接晶片電源腳的 net 視為同一條電源;名字沒有電壓的電源先當 3.3 V,表上會標「猜的,請填」,這種電源不做「電壓不同」比較)與電源域(_S0/_S3/_S5/ALW/DSW/AUX/SUS/RUN,結尾 VS=S0、VA/VALW=常時有電);晶片的電源域=它接到的電源 net。被動元件(R、C、L、FB、D、J…)不當作晶片。只標「輸入」的腳不會被當成推電流的那一端。限制:多電源晶片無法從 netlist 知道每支腳屬於哪個電源,會標出來請你確認;直連的判斷只看 netlist 的腳位型態,output、bidirectional、open_collector 都當成可能推高電位(保守:開汲極的線也會被提醒,示範電路裡 SMBus 那一筆就是)。另外會檢查「接收端讀不到有效電位」:某個狀態下接收端有電,但這條線上所有上拉電源與驅動端都沒電(例如低電位有效的訊號,在驅動端斷電時被上拉到斷電的軌而讀成「按下」);這一類是功能問題、不是倒灌,所以不跑電流模擬。「串聯元件兩端同名」:電阻、電容、電感、磁珠、二極體、保險絲的兩支腳接在同一條 net=被短路(常見成因是元件兩側貼了同一個網路標籤,ERC 不會報);兩端都是電源或地的標「中」(可能是預留不上件);連接器、測試點、晶片有多支同名腳是正常的,不檢查;超過兩支腳的二極體(ESD 保護陣列,訊號直通兩支腳)也不檢查。「只接一支腳的 net」:一條 net 只接到一支腳=沒接上;名稱跟另一條 net 只有一段不同、而且那一段是 4 個字以上的英文字只差 1 個字元(6 個字以上差 2 個,相鄰兩字對調算 1 個)時標「高」(多半是標籤打錯字);含數字的腳位名(PC12/PB13)、短縮寫(CS/CLK)、只差編號或左右的成組命名不算;KiCad 自動命名的 unconnected-…、標 no_connect 的腳不算。拉到接收端自己的電源(例如穩壓器的 FB、RESET 上拉到自己的輸出)不報「讀不到電位」。示範電路是我們自己寫的,不是任何客戶的電路。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

S5(待機)的上拉電阻接到只有 S0(開機)才有電的晶片,或待機晶片直接推一顆斷電的晶片——開機時一切正常,進 S3/S5 才出事,看圖最容易漏。這個檢查器讀 netlist、照電源 net 的名字推斷電源域(推錯了在表上直接改),列出所有跨域的點,點一筆就跑 DC 模擬看倒灌多少。netlist 只在你的瀏覽器裡讀,不會上傳。

什麼時候會用到
  • 審圖:找出 S5(待機)電源的上拉接到只有 S0(開機)才有電的晶片
  • 待機(S3/Modern Standby)耗電異常、某顆晶片在關機時半開機或漏電
  • 換料或改電源架構之後,快速把全部跨電源域的點掃一遍
電腦有好幾組電源:有的只在開機時有電(S0),有的待機也有電(S5)。如果一條訊號線一頭接著有電的那組、另一頭接著已經斷電的晶片,電就會從訊號腳「倒灌」進斷電的晶片,把它的電源頂起來。開機時一切正常,進待機才出事,所以看圖很容易漏。
05 · OPEN-DRAIN PULL-UP

I2C/SMBus 的上拉電阻,選多大才同時守得住低電位和上升時間?

1.50 kΩ 可以用:落在 967 Ω~1.77 kΩ 之間,上升時間 254 ns(上限 300 ns)。要省電往大的那頭選,要速度餘裕往小的那頭選。
967 ΩRp 最小值(VOL 守得住)
1.77 kΩRp 最大值(上升時間守得住)
254 ns你選的 1.50 kΩ:上升時間
0.269 V低電位 VOL(下拉 3.00 mA 等級的驅動)
雜訊餘裕低:VIL 0.99 V − VOL 0.269 V = 0.721 V;高:VCC 3.3 V − VIH 2.31 V = 0.99 V(上拉到 VCC,高電位就是 VCC)
量測提醒示波器探棒本身也是匯流排電容的一部分:10X 被動探棒原廠多標在幾 pF(例如 Tektronix TPP0250 <4 pF),切到 1X 檔會大很多。量到的上升時間比這裡算的慢,先確認探棒檔位,再懷疑電路。
放開之後的上升波形
012340.511.522.5時間 µsVVIH 0.7×VCC 2.31 VVIL 0.3×VCC 0.99 V上升時間 254 ns
開汲極的意思是:晶片只會把線拉到地,放開時靠上拉電阻把線拉回高電位。電阻太小,晶片拉不下來(低電位不夠低);電阻太大,線上的電容充電太慢,訊號還沒升上去下一個位元就來了。上面那條線是放開之後電壓往上爬的樣子,兩條虛線之間花的時間就是「上升時間」。

I2C:VOL 0.4 V @ 3 mA(VCC>2 V)、0.2×VCC @ 2 mA(VCC≤2 V),上升時間取 0.3→0.7 VCC(I2C 規範 NXP UM10204 Rev. 7.0 §6.1 表 10 與圖 38;NXP 官網原檔要登入,從第三方轉載版讀;RC 公式照 TI SLVA689 式 3–5)。SMBus:VIL 0.8 V/VIH 1.35 V,上升時間取 (VIL−0.15 V)→(VIH+0.15 V)(SMBus 3.1 PDF p.19 Note 7),tR 上限 PDF p.18,驅動能力 Low Power 350 µA(p.23)/High Power 4 mA(p.25)。SMBus 的 Rp 上限是我們把同一個 RC 式子換成 Note 7 的量測範圍推出來的。模擬把驅動端當成「在 IOL 時剛好是 VOL」的開關。

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pullup
Vcc vcc 0 3.3
Rp vcc bus 1500
Cb bus 0 2e-10
Vg g 0 PWL(0 1 1u 1 1.001u 0)
Sd bus 0 g 0 SWD
.model SWD SW(Ron=133.33333333333334 Roff=1e12 Vt=0.5 Vh=0.01)
.tran 7.000e-10 2.800e-6
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

電阻太小,晶片拉不下來;太大,匯流排電容充太慢。這裡照 TI SLVA689 的公式算出可用範圍,再用 ngspice 實跑你選的電阻看真正的上升波形。SMBus 的門檻、上升時間量測範圍與驅動能力照 SMBus 3.1 規範。

什麼時候會用到
  • 新加一顆 I2C/SMBus 裝置、或改了走線長度,匯流排電容變了
  • 同一條匯流排上有 Low Power 和 High Power 等級的 SMBus 裝置,要找兩者都能用的電阻
  • WAKE#、ALERT# 這類開汲極訊號,想確認上升時間和雜訊餘裕
I2C/SMBus 的線平常是「被電阻拉高」的,晶片要傳 0 的時候才把它拉到地。所以電阻的大小決定兩件事:晶片拉不拉得下來,以及放開之後線多快回到高電位。這個計算器把兩個限制都算出來。
06 · LDO LOAD TRANSIENT

負載突然抽電流,LDO 輸出會掉多少?

負載 1→290 mA、邊緣 1000 ns、輸出 1 µF:模型算出下衝 50.7 mV、過衝 14.9 mV。修正誤差後仍在 ±84 mV 內(餘裕 33%)。 模型對原廠量測約差 10%(模型偏低),修正後最大約 56.7 mV。
50.7 mV加載下衝(模型)
14.9 mV卸載過衝(模型)
11.0 mV負載調整造成的穩態偏移
84 mV允許偏差
誤差修正這個模型對 TI 原廠量測偏低約 10%,修正後:下衝約 56.7 mV、過衝約 16.7 mV;離 ±84 mV 還有 33% 餘裕
輸出電壓:4 µs 加載、44 µs 卸載
-100-50050100020406080時間 µs相對 2.8 V(mV)容許下限 −84 mV容許上限 +84 mV加載下衝 50.7 mV卸載過衝 14.9 mV
LDO 是把電壓穩住的元件。負載突然多吃電流時,LDO 要一點時間才跟得上,這段時間只能靠輸出電容頂著,所以電壓會往下掉一下(下衝);負載突然不吃了,電壓會往上衝一下(過衝),而且 LDO 只能「給」電流、不能「吸」電流,多出來的電只能靠負載慢慢用掉,所以會看到一段斜斜往下的線。
功耗與散熱:會不會燒?要多大的散熱器?
5→2.8 V、200 mA:LDO 吃掉 440 mW,接面溫度約 142.3 °C(環境 60 °C)。超過 125 °C:這個環境溫度下最多只能給 158 mA。改善順序:①降低輸入電壓(功耗跟壓差成正比)②加大 LDO 底下與周圍的銅箔、焊墊多打散熱過孔(規格書 p.29:主要散熱路徑是焊墊到 PCB)③換熱阻更低的封裝或改用 DC-DC。若真的要加散熱器(貼在封裝頂面,經 RθJC(top) 85.5+介面 1 °C/W),散熱器本身要 ≤ 61.2 °C/W。
440 mWLDO 功耗
142.3 °C接面溫度(RθJA 187.1 °C/W)
158 mA在 60 °C 環境能給的最大電流
61.2 °C/W加散熱器時散熱器要 ≤
算式PD=(5−2.8) V × 200 mA + 5 V × 10 µA = 440.1 mW;TJ=60+187.1×0.440=142.3 °C(TI TPS7A20 規格書式 2、3)

算式出自 TI TPS7A20 規格書 SBVS338H:式 2 PD=(VIN−VOUT)×IOUT(另加 VIN×IGND)、式 3 TJ=TA+RθJA×PD、式 4 最大電流、式 5 用外殼頂溫估 TJ;熱阻取自 5.4 熱資訊表(JEDEC 高 K 板)。注意:規格書 p.29 寫明 RθJA 很依賴 PCB 的銅箔面積、層數與位置,表上的值只適合比較封裝;這種小封裝的熱主要從焊墊走到 PCB,「加散熱器」那格是假設熱全部從封裝頂面走,是保守的估算。換別顆 LDO 時請選「自訂」填它的熱阻。

這個模型的適用範圍

以 TI TPS7A20(VOUT 2.8 V)的 datasheet 量測圖建的等效模型:用 3 張圖擬合 3 個參數,另外 3 個量測點拿來驗證,差 −10% 左右(見成績單)。

做不到的:負載從 0 mA 起跳時,真的 LDO 反應慢很多,模型差 −56%~−72%,所以起始負載最小擋在 1 mA。datasheet 只量了 COUT=1 µF,改 COUT/ESR 的效果是模型外推,沒有量測可以對。換別顆 LDO 要重新擬合。

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ldo
Iload out 0 PWL(0 0.001 0.000004 0.001 0.0000049999999999999996 0.29 0.000044 0.29 0.000044999999999999996 0.001 90u 0.001)
Bp 0 out I = max(v(ip),0)
Bg 0 ip I = (2.8 - 0.038*max(v(ip),0) - v(out)) > 0 ? 12589254.12*(2.8 - 0.038*max(v(ip),0) - v(out)) : 75857757.5*(2.8 - 0.038*max(v(ip),0) - v(out))
Bc 0 ip I = v(ip) < -0.2 ? 1e6*(-0.2 - v(ip)) : 0
Cip ip 0 1 IC=0.001
Cout out c1 1u IC=2.799962
Resr c1 c2 5m
Lesl c2 0 0.5n IC=0
.tran 10n 90u UIC
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

CPU、FPGA、無線模組這類負載會在幾百奈秒內從待機跳到滿載,LDO 的迴路來不及反應,輸出就靠電容撐著往下掉。這頁用 ngspice 實跑加載與卸載兩個方向,算出下衝、過衝與穩態偏移,跟你設的允許偏差比。

什麼時候會用到
  • 負載有突發電流(RF 發射、CPU 喚醒、馬達啟動),想知道輸出會不會掉出規格
  • 評估輸出電容要放多大(注意:改電容是模型外推)
  • 看電流變化快慢對下衝的影響
LDO 的反應需要時間:負載突然變大時,它還沒跟上之前,電都是輸出電容在供應,所以電壓會先掉一下。電容越大、電流變化越慢,掉得越少。
07 · TDR / TRANSMISSION LINE

走線中間夾了一段阻抗不對的連接器,TDR 會看到什麼?負載端會過衝多少?

第 1→2 段的反射係數 ρ=(70−50)÷(70+50)=0.167,在 TDR 上會看到一個往上的台階;用 33 Ω 驅動時,負載端(開路)過衝 36%。 負載端邊緣在 30%~70%(VIL~VIH 附近)之間是單調的,沒有回頭。
70.0 Ω第 2 段在 TDR 上讀到
36 %負載端過衝
1.292 ns單程延遲
0.167 反射係數 ρ(第 1→2 段)
TDR:阻抗對距離(50 Ω 源)
020406080100120050100150200距離 mm(依 εeff 換算)Ω50 Ω↑ 超出範圍(線尾開路),不是量到 109 Ω第 2 段 70.0 Ω
TDR 就是從線的一頭打一個很快的電壓階梯,看有多少「回音」反彈回來。線的阻抗哪裡變了,回音就在那裡出現:變大會往上跳、變小會往下掉。上面那張圖把回音換算成「這個距離的阻抗是多少」,跟 TDR 儀器螢幕上看到的是同一種圖。下面那張圖是用你實際的驅動端打過去,負載那一頭看到的電壓。

3D 全波對照(openEMS,兩組自設微帶、上升 35 ps):中段 66.87 Ω 的段落 3D 量到低 0.9%,34.37 Ω 的段落高 0.7%,兩組都隨網格加密往本頁數值靠;只比平台阻抗,寬窄轉換處的斜坡沒有比。

用你的驅動端打:負載端電壓
驅動端那一點負載端
00.511.520123456時間 nsV1 V(最終值)過衝 36%
頻域:S 參數(兩端 50 Ω)
|S21| 穿透|S11| 反射
-60-50-40-30-20-1001005101520頻率 GHzdB−10 dB

ngspice 交流分析算的,跟另外用 ABCD 矩陣解析串接的結果一致(無損與有損都對過,差 <10⁻¹⁰ dB)。下載的 .s2p 是在你的瀏覽器裡產生的,可以直接匯進其他 SI 工具;S12=S21(互易),S22 由同一組 ABCD 矩陣算出。

讀入你的 S 參數檔(.s1p/.s2p/.s4p)
檔案只在你的瀏覽器裡讀,不會上傳。支援 1/2/4 埠(4 埠自動換成差動與共模)、RI/MA/DB 格式、HZ~GHZ 單位;距離換算用參數裡的 εeff

做法:頻率點內插成等間距、外插到直流、加半個 Hann 窗壓截斷振鈴,反 FFT 成脈衝響應再積分成步階響應;眼圖用步階減掉延後 1 UI 的自己當單一位元脈衝,再疊加 PRBS7。驗證分兩組:格式往返(本頁自己匯出的 .s2p 讀回來,TDR 50.01/70.01 Ω 對 ngspice 50.00/70.00)只證明讀寫一致;真實量測檔(公開的 FR-4 微帶線 VNA 實測,1 MHz~10 GHz)線段阻抗 48.5 Ω 對微帶線公式 48.4 Ω(+0.1%),兩條線延遲差算出的 εeff 對頻域相位法差 −1.3%~+2.4%;4 埠耦合微帶線(Qucs 模擬檔)差動 104.0 Ω、共模 38.7 Ω,對耦合微帶線公式 104.9/38.8 Ω(−0.8%/−0.2%)。限制:頻寬決定時間解析度,這份量到 10 GHz 的微帶線檔讀出的步階 10–90% 上升是 114 ps(含線本身損耗與窗函數),比這更快的細節看不到;檔案若缺低頻資料,會直接標紅說不能用。原始量測檔在這裡可以下載,丟進上面自己算一次。資料來源:scikit-rf(BSD-3 授權)。

眼圖:PRBS7 打過同一組線(負載端)
按「算眼圖」才會算(要一到數秒)

做法:用 ngspice 跑一次單一位元的脈衝響應,再在瀏覽器裡把 127 個位元疊加起來(線性通道成立,SI 工具的標準作法),取眼高最大的取樣相位。驗證:匹配的無損線眼高 0.500 V、眼寬 1.000 UI,跟解析值一致;跟直接模擬整串 PRBS 比,三種情況差 +1.19%、−0.06%、−0.03%。驅動端當成理想線性,沒有抖動、雜訊與等化器。

導體損耗設成 0 時是無損傳輸線;大於 0 時改用 ngspice 的有損傳輸線(LTRA),只含直流導體電阻,不含集膚效應與介質損耗,所以高頻衰減會比實際少。外部 S 參數檔可以在下方「讀入你的 S 參數檔」讀進來,看它的 TDR 與步階響應。距離用 εeff 換算,延遲=長度×√εeff÷光速。

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tdr
Vs s 0 PWL(0 0 50p 0 8.5e-11 1)
Rs s a 33
T1 a 0 b 0 Z0=50 TD=6.15061801007208e-10
T2 b 0 c 0 Z0=70 TD=6.15061801007208e-11
T3 c 0 d 0 Z0=50 TD=6.15061801007208e-10
Rl d 0 1000000
.tran 4.375e-12 6.683e-9
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

高速訊號經過連接器、via、換層或線寬改變時,阻抗會有一小段不連續。這頁像 TDR 儀器一樣,從一頭打 50 Ω 階梯,把反射換算成阻抗對距離的曲線;另外用你實際的驅動端內阻打一次,看負載端的過衝與振鈴。

什麼時候會用到
  • 看到 TDR 量測圖上有一個凸起或凹陷,想反推那段阻抗與長度
  • 評估連接器、via 這段不連續對訊號的影響
  • 選驅動端串聯電阻(源端匹配),看負載端過衝能壓到多少
訊號在線上跑,遇到阻抗變了就會有一部分彈回來。TDR 就是靠這些回音找出線上哪裡不一樣。
13 · IMPEDANCE

這條線的阻抗是多少?要 90 Ω 差動,線寬該畫多寬?

微帶線差動對,線寬 0.15、間距 0.15 mm、銅厚 0.035 mm:Zdiff 94.1 Ω、Zcomm 29.9 Ω。
94.1 Ω差動阻抗 Zdiff(2×Zodd)
29.9 Ω共模阻抗 Zcomm(Zeven÷2)
47.1/59.9 Ω奇模/偶模阻抗
2.611/3.185 奇模/偶模 εeff
算法2D 電場數值解(預先算好,打開這頁會在你的裝置上重算)(微帶線的公式對照這版暫時拿掉;這套數值解已拿 Polar 公開案例與 scikit-rf 實測微帶線對過,見成績單)
截面(照比例)
W 0.15S 0.15H 0.1 · εr 4.2地
阻抗由「線有多寬、離地多近、板材 εr 多大」決定:線越寬、離地越近、εr 越大,阻抗越低。差動對還看兩條線靠多近:靠越近,差動阻抗越低。
這個計算器怎麼算、準到哪

主答案用我們自己寫的 2D 電場數值解:直接解截面上的電場(∇·(ε∇φ)=0),算有板材與全空氣兩次的每單位長度電容,換成阻抗與 εeff;銅厚照實畫進去。帶狀線旁邊列出 Cohn 精確解(零厚度)對照;微帶線的常用公式對照這版暫時拿掉(實作來源要照論文原文乾淨重寫)。

對照結果(見成績單):數值解對 Cohn 精確解(零厚度帶狀線)差 ≤0.13%;含銅厚對實測微帶線差 −0.01%(板材 εr 是由同一組量測反推的,所以這項不是完全獨立的對照)。另外拿 Polar Instruments 公開應用筆記 AP8259 的多層偏置帶狀線差動對(梯形線)對過:對他們的商用場解差 ≤1.1%,三處切片平均對測試板 TDR 實測 +2.1%(Polar 自己是 +1.6%)。本頁預設那組差動微帶另用 openEMS 3D 全波對過(實心銅厚、三種網格粗細):Zdiff 3D 加密到五種網格 93.94 Ω(外插 93.96)、本頁 94.11 Ω,差 0.2%;Zcomm 再加密到五種網格 30.11 Ω、本頁 29.92 Ω,差 −0.6%;兩項都隨網格加密往本頁數值靠。有效介電常數加密五級外插:偶模 3.183/奇模 2.613,本頁 3.185/2.610(差 ≤0.1%)。同一組加 0.035 mm 綠漆(εr 3.5):Zdiff 3D 85.31 Ω、本頁 84.97 Ω(差 −0.4%);Zcomm 3D 外插 28.30 Ω、本頁 28.27 Ω;綠漆讓 Zdiff 降多少,3D 外插 8.86 Ω、本頁 8.93 Ω。切到帶狀線的預設值(上下各 0.13 mm)也對過:Zdiff 3D 71.22 Ω、本頁 71.09 Ω,差 −0.2%;Zcomm 加密到五種網格 21.78→21.35 Ω 一路往本頁靠,外插 21.07~21.15 Ω,本頁 21.14 Ω 落在其中。這種多層疊構目前只在成績單裡算,計算器介面還沒開放。綠漆用「順著板面與走線表面均勻覆蓋一層」近似(實際線與線之間的漆會比較厚)。綠漆的參考值:厚度在板面上通常 0.8 mil(約 20 µm)以上、走線上方約 0.5 mil(約 13 µm)以上,整體 0.4~1.2 mil(CircuitNet 專家問答,製程工程師的經驗值,以你的板廠為準);εr 用分離柱介質共振腔實測,1.25~10.2 GHz 在 2.9~3.8 之間,頻率越高、越熱越濕越大(Barnes 等,Intel/TaiyoAmerica,IPC APEX 2005 論文 S12-2;一種 LPI 綠漆)。帶狀線可以分開填線到上、下參考層的距離與上下板材 εr(偏置帶狀線),這種情況沒有常用公式可對照,主答案就是數值解;這套數值解已拿 Polar 公開的偏置帶狀線差動對對過(商用場解差 ≤1.1%,見成績單)。蝕刻造成的梯形截面可以填「頂面每邊窄多少」(成績單裡 Polar 的梯形線案例就是用這套算的)。做不到的:綠漆與梯形同時(這版只算綠漆)、旁邊有防護地或鋪銅、頻率相關的損耗與頻散。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

畫 PCB 時要讓走線符合指定阻抗(USB 90 Ω 差動、乙太網路 100 Ω、單端 50 Ω)。這頁輸入疊構與線寬,算出單端或差動阻抗;也可以反過來,輸入目標阻抗算出要畫多寬。結果可以拿去跟板廠的阻抗報告對。

什麼時候會用到
  • 開始佈線前,決定差動對的線寬與間距
  • 板廠回的疊構跟原本設計不同,重新確認阻抗
  • 想知道銅厚、綠漆以外的因素對阻抗影響多大
14 · INTRA-PAIR SKEW

差動對兩條差 1 mm,會怎樣?要補到多準?

P 50 mm、N 49 mm,差 1.000 mm:skew 6.06 ps(3.0% UI @ 5 Gbps)。超過 USB 3.2/USB4 的 0.8 ps:要在不匹配的那一端附近加蛇形繞線補長度(TI SLLA414A 第 5 頁)。
業界經驗值 5 mil(LattePanda Mu USB 3.2 設計指南:intra-pair skew < 5 mil,https://docs.lattepanda.com/content/mu_edition/design_guide_usb_32/ );USB-IF 規範原文沒有這個長度;5 mil 以 εeff 3.3 換成 0.77 ps
6.06 ps對內 skew
3.0 %等於幾 % UI
2.27 %共模尖峰(對差動擺幅)
-0.01 dBNyquist 2.50 GHz 的 |Sdd21|
換算長度差 1.000 mm × 6.059 ps/mm(εeff 3.3)= 6.06 ps;Nyquist 頻率轉成共模 -26.5 dB;眼高 100.0%(沒有 skew 時 100.0%)。在理想無損、沒有耦合的模型裡,小 skew 不會壓眼;它的代價主要在差動轉共模(上一句的 dB 數)帶來的 EMI 與共模雜訊,實板加上損耗與耦合後才會開始吃眼高。所以「超過規格」和「眼圖沒差」不矛盾。解析對照:共模尖峰 2.27%、差動 20–80% 40.0 ps(模擬 40.0 ps)
接收端:差動(藍)與共模偏移(黃)
-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.800.20.40.60.8時間 nsV
差動對靠兩條線「一正一反」同時變化來傳訊號。如果其中一條比較長,它的邊緣會晚到一點(skew):接收端的差動訊號邊緣變慢、眼睛變小,而且有一部分訊號變成兩條線同方向的「共模」雜訊(黃線),共模容易輻射出去造成 EMI。
skew 從 0 到 1 UI,眼高剩多少(理想斜坡+PRBS7)
020406080100120050100150200skew ps眼高 %目前 6.1 psUSB 3.2/USB4 上限 0.8 ps
這個計算器的適用範圍

時域用 ngspice 兩條獨立的無損傳輸線(P 線多 δ 的延遲);頻域用理想公式 |Sdd21|=|cos(πfδ)|、|Scd21|=|sin(πfδ)|。做不到的:兩條線之間的耦合(緊耦合時 skew 的影響會比這裡小一點)、損耗、繞線彎角本身的延遲差。補償原則:在不匹配的那一端附近加蛇形繞線(TI SLLA414A 第 5 頁),不要補在另一端,否則中間那一段一直帶著 skew。

3D 全波對照(openEMS,一組:線寬=間距 0.15 mm 的耦合微帶、多出的 1 mm 在輸入端):2~15 GHz 差動轉共模比跟本頁公式差 ≤0.6 dB(εeff 填單線或偶模值時 ≤0.4 dB、填奇模值時 ≤0.6 dB);這組條件下「沒有耦合」的假設影響很小。

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skew
Vp sp 0 PWL(0 0 1.0000e-10 0 1.6667e-10 1)
Vn sn 0 PWL(0 1 1.0000e-10 1 1.6667e-10 0)
Rsp sp ap 45
Rsn sn an 45
Tp ap 0 bp 0 Z0=45 TD=3.02975e-10
Tn an 0 bn 0 Z0=45 TD=2.96915e-10
Rlp bp 0 45
Rln bn 0 45
.tran 3.333e-13 8.030e-10
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

USB、PCIe、HDMI、乙太網路的差動對,兩條線的長度要對齊。這頁把「長度差」換成時間差,對照介面規格的限制,並看它造成多少共模雜訊、差動邊緣變慢多少、眼睛縮多少。

什麼時候會用到
  • 審圖時看到差動對兩條長度不一樣,判斷要不要補
  • 決定蛇形繞線要補到多準
  • EMI 超標,懷疑是差動對的共模轉換
15 · VIA STUB

過孔下面多出來的那段,會在幾 GHz 把訊號吃掉?

殘段 2.5 mm(≈98 mil):共振在 15.38 GHz(四分之一波長理想估算:公開實測(Multek 2011)約 100 mil 的殘段缺口只略高於 10 GHz,比這種估算低約三成,實際共振可能更早,可以在參數裡用焊盤電容或等效 εr 往下修),是 16 Gbps Nyquist(8.00 GHz)的 1.92 倍;Nyquist 處 |S21| -1.73 dB。共振離訊號頻帶不遠,高次諧波會被吃掉一部分,邊緣變慢;高速介面建議再縮短殘段。
背鑽建議:要讓共振在 Nyquist 的 3 倍以上,殘段最多留 1.602 mm(63.1 mil);殘段旁有密集地平面時共振會再低 30~40%,保守抓 0.961 mm(37.8 mil)。這個長度一般背鑽都做得到。
業界更保守的做法:PCIe Gen4 殘段超過 15 mil(0.38 mm)就背鑽,28 Gbps 收到 12 mil 以內(NextPCB 背鑽指南引的業界準則)。兩邊條件不同:這頁的值只看「共振在 Nyquist 的 3 倍以上」,用你填的速率 16 Gbps、過孔 εr 3.8,而且是無損理想模型;那條準則沒有附推導條件,可能已把板材損耗、反射與製程公差的餘裕一起留進去。要卡通道預算時照保守的做。板廠能力參考:Altium 官方文件:好的板廠背鑽可以留到約 7 mil(0.18 mm),建議殘段 10 mil(0.25 mm)以內,7 mil 以下要額外費用;實際以你的板廠為準。
判斷用的倍數(1.5 倍、3 倍)是我們設的參考線,不是規範值;實際要看接收端的通道預算。
15.38 GHz殘段共振頻率
-1.73 dBNyquist 8.00 GHz 損失
-0.6 dB3 倍 Nyquist(24.0 GHz)損失
500 mV眼高(對入射 1 V 的 0.5 V)
換算f0=c÷(4×2.5 mm×√3.8)=15.38 GHz;ngspice 掃頻量到缺口 15.38 GHz。共振頻率是 Nyquist 的 1.92 倍。
殘段旁有密集地平面時3D 示範(εr 3.8、殘段那段每 0.2 mm 一層地平面、反焊盤 0.8 mm)量到缺口只有公式值的 0.60~0.64 倍,照這個比例約 9.23~9.84 GHz;也可以把「過孔 εr」填成板材的 2.5~2.7 倍直接看。這是一組示範疊構,層距、反焊盤不同,倍數也會不同。
過孔的插入損失 |S21|(0~40 GHz)
-40-35-30-25-20-15-10-505010203040頻率 GHz|S21| dB−3 dBMultek 實測:≈100 mil 缺口約在這附近(定性)Nyquist 8.00 GHz缺口 15.38 GHz
過孔是穿過整片板子的銅管。如果訊號在中間某層就轉出去,下面沒用到的那段銅管就像一根「開口的天線」掛在旁邊。某個頻率下(殘段長度=四分之一波長),從殘段底部反射回來的訊號會剛好跟原訊號抵消,那個頻率就幾乎傳不過去(圖上的深谷)。殘段越長,谷越往低頻跑、越靠近你的訊號。
眼圖(只看這個過孔的影響,PRBS7)

眼圖要開 JavaScript 才會畫(圖檔太大不預先放);預設這組眼高 500 mV、眼寬 100% UI。

這個計算器的適用範圍

把過孔當成兩段理想傳輸線(通過段+開路殘段),用 ngspice 交流分析掃 0~40 GHz,另用 ABCD 矩陣解析對照;眼圖把同一條 S21 交給讀入 S 參數那套(反 FFT → 脈衝 → PRBS7 疊加)。做不到的:過孔本身的阻抗要你填(跟孔徑、反焊盤大小有關,這裡不算)、板材損耗、相鄰過孔的耦合、焊盤電容。公開實測(Multek 2011 年 IPC APEX 論文,VNA 量到 40 GHz)也看到同樣的趨勢:殘段越長缺口越往低頻跑,最長的殘段(接近 100 mil)缺口只略高於 10 GHz、比四分之一波長公式算的低,作者指出反焊盤大小會讓它再偏一點;那篇沒有給逐點的長度與頻率數字,所以沒有放進成績單。用這頁的模型試算:98 mil 殘段在末端加約 0.2 pF 焊盤電容,缺口會從 15.4 GHz 移到約 10.6 GHz,跟實測位置相當——所以不加修正的四分之一波長值不能當安全邊際。

3D 全波對照(openEMS,三組自己設計的示範疊構,εr 3.8;三組都把網格加密一級重算,缺口只移動 0.6%、0.1%、0.1%;以下用加密後的數字):

  • 殘段 1.4 mm:缺口 24.81 GHz,比本頁公式(27.46 GHz)低 10%,深度 −10.5 dB(公式的理想深度深得多);20 GHz 以下兩者差 ≤0.9 dB。
  • 殘段 2.52 mm(頁面預設是 2.5 mm,對照用 2.52 mm 是為了對齊網格):缺口 14.22 GHz,比公式(15.26 GHz)低 7%,深度 −12.6 dB;10 GHz 以下公式比 3D 多算最多 1.9 dB 的損失。
  • 殘段 3.6 mm:缺口 10.10 GHz,比公式(10.68 GHz)低 5%,深度 −14.0 dB。
  • 三組換算成「殘段等效多出的長度」分別約 0.15、0.18、0.21 mm,隨殘段變長略增,不是固定值;原因判不了,不建議拿來當修正值。三組背鑽到剩 0.2 mm 後缺口都消失。
  • 殘段旁邊有很多層地平面時,缺口會低很多:同一顆 1.4 mm 殘段,在殘段那段多加 4 層地平面(每 0.2 mm 一層、反焊盤 0.8 mm),3D 缺口從 24.81 GHz 掉到 17.49 GHz(低 30%,網格加密一級只移動 1.2%),也變淺變寬(−8.2 dB)。改成多加 2/4/8/12 層(粗網格):缺口低 22/30/33/34%,只要有幾層就掉很多,層數再多就趨於飽和。2.52 mm 殘段同樣每 0.2 mm 一層:14.22 → 9.21 GHz(低 35%,網格加密一級移動 2.2%),等效過孔 εr 4.4 → 10.4。1.4 mm 那顆換算成這頁公式要填的「過孔 εr」約 9.4(沒有那幾層時是 4.7),也就是板材 εr 的 2.5 倍。多層板殘段穿過密集地平面時,過孔 εr 要填得比板材大很多,否則缺口位置會估得太高;一組示範疊構,不同疊構倍數會不一樣。
  • 焊盤電容要填多少:同一顆 1.4 mm 殘段,拿掉殘段底的 0.5 mm 方焊盤再算一次,缺口 24.65 → 26.36 GHz;用這頁的模型(過孔阻抗 40 Ω)反推,焊盤電容約 0.015 pF(焊盤離最近的地平面 1 mm;網格加密一級後 0.016→0.015,穩定);焊盤上方 0.2 mm 多一層地平面時約 0.04 pF(這組只算了粗網格)。跟平行板估算 ε0·εr·面積÷距離 同一個量級(0.008/0.042 pF,另加邊緣場),所以可以先用這個式子估;所以上面拿 0.2 pF 去對實測缺口位置,那顆電容不只是焊盤本身(焊盤只有 0.02~0.05 pF),還包含反焊盤、地平面(上一條)等效應,這頁判不了各占多少。
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via
Vs s 0 DC 0 AC 2
Rs s a 50
Tt a 0 b 0 Z0=40 TD=3.251181e-12
Ts b 0 c 0 Z0=40 TD=1.625590e-11
Rc c 0 1e12
Rl b 0 50
.ac lin 801 49937578.02746567 40000000000
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

高速訊號(PCIe、USB4、25G 乙太網路)從表層打過孔到內層,過孔下面沒用到的那段會在特定頻率造成很深的損失缺口。這頁算出缺口在幾 GHz、在你的資料速率下損失多少、眼睛還剩多少,幫你判斷要不要背鑽或換層。

什麼時候會用到
  • 高速差動對要換層,決定從哪一層轉出
  • 評估要不要付背鑽的費用、背鑽後可以剩多少
  • 連接器壓接孔(press-fit)的殘段影響
18 · INSERTION LOSS BUDGET

這條高速走線在 Nyquist 頻率損失幾 dB?還剩多少預算、哪一項吃最多?

PCIe Gen5(32 GT/s):10 吋差動走線+2 個過孔,在 Nyquist 16 GHz 的插入損失 17.39 dB,走線每吋 1.659 dB。吃最多的是走線:介質(Df)(56%)。 超過主機板額度 16 dB 共 1.39 dB(整條通道 36 dB):介質最大,換低損耗板材最有效,其次縮短走線,還不夠就加 redriver/retimer。
項目(在 16 GHz)損耗佔比
走線:導體(光滑銅)3.62 dB21%
走線:銅箔粗糙度多出來的3.25 dB19%
走線:介質(Df)9.73 dB56%
過孔 2 個0.80 dB5%
連接器(主機板額度不含,比額度時扣掉)+AC 電容0.00 dB0%
合計17.39 dB100%

額度出處(可信度:公開文章):Electronic Design《How to Manage the PCIe 5.0 Channel Insertion Loss Budget》(Astera Labs,2023-06-12,electronicdesign.com/technologies/communications/article/21267698):整條通道 bump-to-bump 36 dB@16 GHz;系統主機板(不加 retimer)最壞情況以 16 dB 考量。

插入損失對頻率(每條線是累加到那一項為止)

只有導體(光滑銅) +銅箔粗糙度 +介質 總計(+過孔、連接器、AC 電容)

-40-35-30-25-20-15-10-50051015202530頻率 GHzdB額度 −16 dBNyquist 16 GHz:−17.39 dB
訊號在走線上跑,一部分能量變成銅的熱(導體損耗,頻率越高電流越擠在銅的表面,表面越粗糙走的路越長),一部分變成板材的熱(介質損耗,跟 Df 和頻率成正比)。高速介面看的是 Nyquist 頻率(資料速率的一半)那一點損失多少 dB。
用自己的量測對照:兩條同疊構、不同長度的試片

各選一個 .s2p(單端)或 .s4p(差動,會換成 Sdd21),填長度。兩條相減把接頭、探針、過孔抵消掉,剩下純走線的每吋損耗(跟 Delta-L 的 2L 同一個概念)。檔案只在你的瀏覽器裡讀,不會上傳。

這個計算器的適用範圍

導體損耗用 2D 電場數值解加 Wheeler 增量電感法算(線寬、銅厚、梯形、參考層、差動間距都算進去),置中帶狀線對 Pozar 公式差 0.5~4%;同一條帶狀線用 3D 全波(openEMS,實心有限導電率導體;因銅的集膚深度太薄、網格量太大,用代用導電率 5.17e6 S/m 算再按表面電阻換算)對照,0.5/1/1.5 GHz 網站高 2.8%/2.0%/1.4%(3D 網格加密三級,最細兩級只差 ≤0.7%);微帶線(W 0.3/H 0.17/t 0.035 mm,板材換空氣只看導體)用同樣做法對照,網站對 3D 最細那級高 4.4%/3.8%/2.8%(1 GHz 三級外插後約 5.2%;比帶狀線那組偏高得多一點);差動微帶奇模(阻抗頁預設差動對、板材換空氣)用同樣做法,網站對 3D 最細那級高 5.9%/4.7%/4.1%(1 GHz 外插後約 5.4%),奇模電流可能擠在兩條線相對的內側邊,偏差比單線大(這句是推論,沒有驗過);微帶線的介質損耗(Pozar 填充比例式)對 3D 全波高 0.8%,跟同截面的準靜態精確值比也是高 0.9%,是式子本身的近似;scikit-rf 公開實測的微帶線,只用 1 GHz 反推 εr 與 Df 後預測 3、5 GHz:損耗差 0.4%、3.4%(介質用 Djordjevic–Sarkar;微帶線的幾何頻散還沒算,原始論文取得後補)。沒有算的:綠漆、輻射損耗、連接器與 AC 電容的實際頻率曲線(用你填的 Nyquist 值、跟頻率成正比;過孔可以改用過孔殘段頁那組設定的解析曲線,但那是無損、單端的模型,差動對當成兩條各自的過孔)、反射(阻抗不連續造成的漣波)、串音、微帶線的幾何頻散(有效介電常數隨頻率往 εr 靠近;實測那條線 5 GHz 時量測比模型高約 3%)。粗糙度參數要照銅箔廠或板廠給的數字填,不同模型在高頻差很多。另外,只看損耗預算不等於通道合規:反射大的通道即使總損耗比較低也可能更差,最後要用統計模擬器(例如 PCI-SIG 的 SeaSim)跑 S 參數。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

高速介面(PCIe、USB)有一個從發送端到接收端能容許的總損耗;板子上的走線、過孔、連接器、AC 電容都在吃這個預算。這頁把疊構、板材、銅箔、長度換成 Nyquist 頻率的損耗,分項列出來,看哪一項最值得改。

什麼時候會用到
  • 佈線前估最長能走多長、要不要加 redriver/retimer
  • 選板材:FR-4 夠不夠、要不要換中損耗或低損耗
  • 銅箔要不要指定 VLP/HVLP、線寬加寬能省多少
21 · CRYSTAL OSCILLATOR

晶振的外掛電容選幾 pF?頻率會偏多少、冷機會不會不起振?

25.0000 MHz 晶振:負載電容 CL=C1·C2/(C1+C2)+雜散=18.00 pF(規格 18 pF)→ 頻率偏 +0.00 ppm;要剛好 18 pF,C1=C2 用 26.0 pF(實際選料取最接近的標準值,例如 27.0 pF)。這時每差 1 pF 頻率偏 5.67 ppm。 起振:臨界跨導 gm_crit=2.1762 mA/V,晶片 25 mA/V → 增益餘裕 11.5 倍(≥ 5 倍)。 驅動功率約 45.09 µW(額定 100 µW 以內)。 打樣後建議用 ST 的方法實測安全係數:晶振串一顆電阻、加大到不起振,那個電阻值就是負阻,負阻÷ESR 要 ≥ 5。
外掛電容(C1=C2)對頻率偏移
-200-150-100-5005010015020010203040外掛電容 C1=C2(pF)ppm剛好等於規格 CL目前 0.0 ppm
晶振要搭配外掛電容才會在標示的頻率振盪:兩顆電容串聯再加上走線與晶片腳位的雜散電容,要等於晶振規格寫的負載電容 CL。差太多頻率就會偏;電容越大,晶片的放大能力(跨導 gm)需要越大,不夠時冷機可能不起振。
外掛電容(C1=C2)對起振增益餘裕
01020304050607010203040外掛電容 C1=C2(pF)倍ST 建議 ≥ 5 倍目前 11.5 倍
這個計算器的適用範圍

公式取自 ST 應用筆記 AN2867《Oscillator design guide for STM8AF/AL/S and STM32 microcontrollers》Rev 10(2015-08,從 Raltron 網站的轉載版讀,st.com 原檔當時連不上)§3.3~3.8、Raltron《Crystal Mini Primer》、Microchip AN826,算例對照見成績單。雜散電容要填多少:晶片 X1–X2 腳位的寄生加上 PCB 走線,要以晶片 datasheet 與板子實測為準;AN2867 的算例用 5 pF。沒有算的:晶片腳位的實際電容(填在雜散電容裡,以晶片 datasheet 為準)、溫度造成的頻率漂移(看晶振 datasheet 的溫度特性)、晶振老化;驅動功率用 CL1 那端的電壓估算,實際要用示波器(低電容探棒)量。增益餘裕用 datasheet 的 ESR 最大值算才保守。晶片的 gm 要看晶片 datasheet,有些只給 gm_crit 的上限,這時 gm=上限×5。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

晶振旁邊兩顆小電容選錯,頻率會偏(RTC 一天慢幾秒、乙太網路 PHY 超出 ±50 ppm),選太大還可能冷機不起振。這頁算出負載電容、頻率偏移、起振的增益餘裕和驅動功率,並給剛好對上規格的電容值。

什麼時候會用到
  • 換晶振料號(CL 不同)時,外掛電容要不要跟著改
  • 量產有少數板子冷機不起振,確認餘裕夠不夠
  • RTC 32.768 kHz 時間不準,估算是不是電容配錯
16 · POWER DELIVERY NETWORK

去耦電容這樣放,電源阻抗壓得到目標以下嗎?

1 V、允許 ±3%、暫態 3 A → 目標 10.00 mΩ;到 50 MHz 的最高阻抗 7.32 mΩ @ 0.50 MHz。在目標內(餘裕 27%)。
三參數模型在電容自諧振附近可能跟實測差很多(我們拿 5 顆 MLCC 的原廠量測核對過,差 21~61%,見下面表格),接近目標時請貼原廠 SPICE 模型(對實測 ≤3.5%)再確認。
10.00 mΩ目標阻抗
7.32 mΩ最高 |Z|(到 50 MHz)
0.50 MHz最高點頻率
34 顆(共 91.6 µF)去耦電容
目標阻抗1 V × 3% ÷ 3 A = 10.00 mΩ;其餘電容用三參數模型(C、ESR、ESL+安裝電感)
從晶片看進去的電源阻抗 |Z|(對數座標,灰色區=不在乎的頻段)
0.1 mΩ1 mΩ10 mΩ100 mΩ1 Ω1k10k100k1M10M100M1G頻率 Hz|Z|目標阻抗 10 mΩ最高 7.32 mΩ @ 0.50 MHz
晶片突然多抽電流時,電源電壓會掉「電流 × 阻抗」。所以只要在晶片會產生電流變化的每一個頻率,阻抗都低於「允許掉的電壓 ÷ 電流變化」(目標阻抗,紅虛線),電壓就守得住。每一種電容只在自己的自諧振頻率附近最有效,所以要大中小搭配;兩組電容之間會出現一個高峰(反共振),通常就是超標的地方。
電容模型準到哪(照實寫)

每顆電容用三個數表示:C、ESR、ESL。預設值是示範用的整數,不是任何料號的資料,請照原廠資料填。我們拿 Murata 公開的 5 顆 MLCC 實測資料(C-format 量測檔,串聯接法、0 V 偏壓、25 °C)核對過這種三參數模型:C 取 1 kHz、ESL 取 10 倍自諧振頻率處、ESR 取自諧振點時,對實測的 |Z| 誤差如下,在自諧振附近差 21~61%(MLCC 的有效電容會隨頻率變,三個數表達不了),低頻與高頻在 2~10% 內;最右欄是 Murata 原廠 SPICE 模型在我們的 ngspice 裡跑、對同一份實測的最大誤差(≤3.5%)。依 Murata 使用條款,原廠的量測值與模型參數不放在網站上,表中只有誤差:

料號0.1×1×3×10×10 kHz~1 GHz 最大原廠模型最大
GRM155R71H103KA88-3%+21%-19%-2%+38%3.4%
GRM155R71C104KA88-3%+38%-17%-3%+48%3.5%
GRM155R61A105KE15-2%+42%-32%-6%+53%2.3%
GRM188R60J106ME47-3%+61%-41%-9%+70%2.8%
GRM21BR60J226ME39-8%+44%-41%-10%+63%2.7%

兩種電容並聯的反共振峰(最容易超標的地方):拿同一批 Murata 實測,兩顆直接並聯當標準答案(4 組:10 nF∥1 µF、100 nF∥10 µF、1 µF∥22 µF、10 nF∥100 nF),這頁的三參數算法把峰的位置算高 11~32%、峰高差 −3~+32%(見成績單)。峰的位置與高度都可能看錯;同樣 4 組換成 Murata 原廠 SPICE 模型並聯,位置與高度都在 ±0.2% 內。要判斷會不會超標時,請用原廠 SPICE 模型。

接近目標阻抗時,請到原廠網站下載該料號的 SPICE 模型,貼進對應那組的「貼上原廠 SPICE 模型」,會直接用原廠模型在你的瀏覽器裡算(我們不轉載原廠模型)。另外注意:MLCC 在 0 V、1 kHz 的實際容值常比標稱值低(尤其 0603/0805 的 10~22 µF),標稱值不能直接拿來算,請看原廠的量測曲線。做不到的:電源與地平面的電容與擴散電感、封裝與晶片內部的電容、直流偏壓讓 MLCC 電容下降(X5R/X7R 在額定電壓下常掉一半以上,請用原廠的偏壓模型或自己把 C 調低)、穩壓器迴路的實際響應。

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pdn
I1 0 a DC 0 AC 1
Rv a v1 1m
Lv v1 0 1n
Cg0 a c0 80u
Rg0 c0 l0 0.625m
Lg0 l0 0 75p
Cg1 a c1 10u
Rg1 c1 l1 1m
Lg1 l1 0 55p
Cg2 a c2 1.6u
Rg2 c2 l2 1.25m
Lg2 l2 0 34.375p
.ac dec 60 1e3 1e9
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

CPU、FPGA、DDR 的核心電源,要用一堆去耦電容把電源阻抗壓低。這頁算出目標阻抗、整個電容組合從晶片看進去的阻抗曲線、哪一段超標,並告訴你該補哪一種電容。

什麼時候會用到
  • 決定去耦電容要放幾顆、哪幾種值
  • 審圖時想砍電容省成本,看砍了會不會超標
  • 電源雜訊超標,找是哪個頻段沒壓住
19 · FERRITE BEAD FILTER

磁珠+電容濾波,會不會在某個頻率反而把雜訊放大?

在 134.896 kHz 附近,上游雜訊經過這組濾波反而被放大 10.50 dB(3.35 倍)。理想 LC 共振頻率 1/(2π√(LC))=138.067 kHz(L 用磁珠電感、C 用所有電容加總)。IC 往回看的電源阻抗最高 3.619 Ω @ 138.038 kHz——IC 在這個頻率吃的電流變化會被放大成電壓雜訊。 峰高強烈取決於「上游電源的輸出阻抗」和電容 ESR,請照實際值填:拿 ADI 公開量測(TDK MPZ1608S101A+10 nF)對照,源阻抗當 0 時這裡的峰高多算約 12 dB;若源阻抗約 2 Ω 可以解釋這個差距(這個值是從量測反推的,ADI 沒寫,不算獨立驗證)。 建議加阻尼:最常用的是在電容旁再並一組「電阻+大電容」(ADI 的建議做法),或選 ESR 較高的電容。 注意:磁珠電感會隨直流電流下降(ADI:額定電流 50% 時可降 90%),有直流電流時把「偏壓下電感剩幾 %」改小再看。
上游雜訊傳到 IC 那端:增益(0 dB 以上就是被放大)
-80-60-40-200201k10k100k1M10M100M1G頻率 HzdB0 dB(不放大也不衰減)+10.50 dB @ 134.896 kHz
磁珠在低頻像一顆電感、高頻像一顆電阻(把雜訊吃掉變成熱)。它跟後面的電容組成 LC,在共振頻率附近如果電阻不夠,雜訊反而會被放大。上面那張圖是「上游電源的雜訊傳到 IC 那端剩幾倍」,0 dB 以上就是被放大;下面是 IC 往回看的電源阻抗。
IC 往回看的電源阻抗
1 mΩ10 mΩ100 mΩ1 Ω10 Ω1k10k100k1M10M100M1G頻率 Hz|Z|最高 3.619 Ω @ 138.038 kHz
這個計算器的適用範圍

頻域解析式(複數阻抗分壓),另把同一個電路丟給 ngspice 做 .ac 掃頻逐點對照(見成績單);增益峰也對二階 RLC 封閉解。磁珠用 Rdc 串 L∥R∥C 三元件近似(ADI 文章的做法),原廠資料表常只給 100 MHz 的阻抗,參數要從阻抗曲線讀。沒有算的:磁珠阻抗隨直流電流的變化只用「電感剩幾 %」一個數字近似(實際曲線要看原廠);電容的直流偏壓與溫度造成的容值下降;走線與過孔電感。跟公開量測比:用 TDK 公開的 MPZ1608S101A 簡易模型配 10 nF,對 ADI 文章圖 4b 的量測(讀圖:約 2.5 MHz、+10.8 dB):源阻抗當 0 時,預測 2.14 MHz(低 14%)、+22.9 dB(多 12 dB)。再拿 TDK 公開的這顆磁珠 S 參數量測檢查,磁珠在 2~3 MHz 本身跟簡易模型一致,所以峰高的差距不在磁珠模型,而在量測條件:ADI 沒寫源阻抗,若源阻抗約 2 Ω 可以解釋這個差距(這個值是從量測反推的,ADI 沒寫,不算獨立驗證)。所以「上游電源的輸出阻抗」和電容 ESR 對峰高影響很大,請照實際值填;頻率低 14% 的原因判不了(可能是電容實際容值)。

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bead filter
Vin src 0 DC 0 AC 1
Rs src a 0.01
Rdc a b 0.3
Lb b c 1.208u
Rb b c 1082
Cb b c 1.678p
C1 c n1 1u
R1 n1 n1b 0.005
L1 n1b 0 0.5n
C2 c n2 0.1u
R2 n2 n2b 0.02
L2 n2b 0 0.4n
RL c 0 1000
.ac dec 60 1k 1g
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

類比電源、PLL、ADC、RF 的供電常用「磁珠+電容」隔離雜訊。但磁珠在低頻是電感,跟電容會共振;負載輕、電容 ESR 小的時候,共振頻率附近的雜訊反而被放大(例如 DC-DC 的開關頻率剛好落在那裡)。這頁算出會不會放大、放大多少、在哪個頻率,以及加哪一種阻尼最有效。

什麼時候會用到
  • 審圖看到類比電源用磁珠隔開,確認沒有在開關頻率附近放大雜訊
  • 選阻尼方式:電容串電阻、磁珠並電阻、或另加一組 R+大電容
  • 負載電流大時,磁珠電感下降讓共振頻率往上跑
20 · OUTPUT VOLTAGE TOLERANCE

回授電阻和參考電壓的公差加起來,輸出電壓最多會跑多遠?

標稱 VOUT=3.3149 V。最壞情況(每一項都取極端、所有組合都算一次)3.1971~3.4372 V(-117.8~+122.3 mV);統計上(RSS,上下限當 ±3σ)±3σ=±55.7 mV。 最壞情況超出允許的 3.25~3.35 V;蒙地卡羅 20,000 次裡有 3.14% 落在範圍外。 誤差來源:電阻公差 45%、電阻溫漂 27%、VREF 28%。換更精密的電阻(例如 0.1%)最有效。
誤差來源單獨讓 VOUT 變動佔最壞情況
VREF 精度 ±1%±33.1 mV28%
R2 公差 ±1%±27.2 mV23%
R1 公差 ±1%±27.1 mV23%
R2 溫漂 100 ppm/°C×60°C±16.3 mV14%
R1 溫漂 100 ppm/°C×60°C±16.3 mV14%
全部疊在同一邊(最壞情況)-117.8~+122.3 mV100%
蒙地卡羅:做很多片板子時 VOUT 的分布(紅色=超出規格)
3.23.253.33.353.43.45VOUT(V)次數下限 3.25 V上限 3.35 V最壞情況最壞情況
回授分壓決定輸出電壓:VOUT=VREF×(1+R1÷R2)。參考電壓有誤差、兩顆電阻有公差和溫漂,全部加在一起就是輸出電壓可能跑多遠。最壞情況是「每一項都剛好偏到同一邊」,實際上很少同時發生,所以另外用統計(RSS、蒙地卡羅)看大部分的板子會落在哪裡。
這個計算器的適用範圍

最壞情況:每一項誤差各取上下限、所有組合都算一次(2^n 個角落),不是把各項加起來(分壓比對 R1、R2 是非線性的,直接相加會有一點偏差)。統計:RSS 用每項的靈敏度;蒙地卡羅固定亂數種子,同一組參數每次結果一樣。沒有算的:穩壓器本身的負載調整、線調整、迴路造成的漣波;電阻的焊接與老化漂移;VREF 精度若 datasheet 分成「室溫」與「全溫度範圍」兩個數字,請填全溫度範圍那個。分布的假設:電阻公差當成 ±3σ 的常態或公差內均勻分布,實際出貨分布要問電阻廠,兩種都算給你看差多少。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

審電源時常被問:「這組分壓電阻,輸出電壓會不會超出負載晶片的允許範圍?」這頁把參考電壓精度、電阻公差、溫漂、回授腳偏壓電流全部算進去,給最壞情況、統計 ±3σ,以及做很多片板子時有幾 % 會超規,並列出每一項佔多少,知道該換哪一顆。

什麼時候會用到
  • CPU/SoC 核心電壓、DDR 電壓的容許範圍很窄,確認 1% 電阻夠不夠
  • 決定要不要用 0.1% 電阻或更準的 VREF 晶片
  • 回授電阻選很大(省電)時,偏壓電流造成的偏移
24 · LOOP STABILITY

降壓轉換器的回授迴路:交越頻率多高、相位裕度夠不夠?

交越頻率 77.422 kHz,相位裕度 55.5°,相位沒有到 −180°(增益裕度不設限)。 相位裕度 ≥45°(TI 規格書常用的目標)。 不含電感極點的簡化模型會算成 254.085 kHz/118.9°——多出的 63° 就是 TI SNVA793 說的「簡化模型高估相位裕度」。 輸出電容實際值 95.238 µF(2 顆 100 µF 照直流偏壓降額)。
迴路增益(紅)與相位(藍):紅線穿過 0 dB 的地方是交越頻率
-60-40-20020406080-270°-225°-180°-135°-90°-45°0°101001k10k100k1M10M頻率 Hz增益 dB相位交越 77.422 kHz、相位裕度 55.5°
回授迴路的「交越頻率」決定負載跳動時回得多快,「相位裕度」決定會不會振盪:越接近 0° 越容易振。這頁畫的是整個迴路繞一圈的增益與相位,增益穿過 0 dB 的那一點就是交越頻率,在那一點的相位離 −180° 還差幾度就是相位裕度。
TI SLVA352A 步驟(目標交越 100 kHz)算出來目前填的
R4=2π·fc·VOUT·Co/(gm_ea·VREF·gm_ps)11.867 kΩ14.3 kΩ
C4=RL·Co/R4(零點放在輸出極點)4.414 nF3.9 nF
C6=ESR·Co/R4(ESR 零點 835.563 kHz,低於 fsw/2 才需要)16.051 pF不裝
Cc=1/(2π·R8·fc)(Type III,跨在 R8 上)159.155 pF150 pF
這個計算器的適用範圍

Type III 補償的交越頻率目前只對到一組實測、低估約 4 成,原因未明,Type III 請以實測為準。Type II 的成績不代表 Type III 也一樣準。 模型照 TI 規格書的小訊號模型(gm 誤差放大器、功率級轉導 gm_ps、輸出電容與負載),再加上 TI SNVA793 說明的「電感極點」:只把電感當電流源的簡化模型會高估相位裕度,電感越大高估越多(可以切到「簡化」自己比)。電感極點要你填:它等於 Fm·VIN·Ri/(2π·L),Fm(斜率補償)和 Ri(電流感測增益)多數規格書沒公開;預設電感極點(48.8 kHz)是用 TPS54620 一組實測反推的,換晶片要重填。也可以切到「用電流感測增益與斜率補償算」,照 TI SNVA793 式 10 自動算 f_L=Fm·VIN·Ri/(2π·L)、Fm=1/((Sn+Se)·Ts);若有原廠模型的電流感測增益與斜率補償,填進來通常比預設值更接近實測。準到哪(成績單用的是不擬合的版本):電感極點由原廠模型的電流感測增益與斜率補償算出、完全不用實測反推,三組 TI 實測都是獨立驗證:相位裕度差 +0.2°、−4.0°、−8.4°;交越頻率 −9%(舊版評估板)、−19%(新版評估板)、−38%(Type III)。這是換一顆晶片、照原廠參數填進來時實際會遇到的準度。Type III 那 4 成不是這頁的公式造成的:把同樣三組設計丟給 TI 自己公開的 PSpice 平均模型(在我們的 ngspice 裡跑),交越頻率跟這頁差 ≤4%、相位裕度差 ≤6°(見成績單),原廠模型一樣對不上那組 Type III 實測;是模型(含原廠的)跟那一組實測之間的差距,原因判不了。另外試過加上取樣保持的半開關頻率雙極點(兩個參數一起擬合):Type III 的交越對上了,相位裕度卻低估 18°,所以沒有採用。TI SNVA793 自己的實測(四種電感)因為另外加了輸入濾波與回授對地電容、數值沒公開,只對得到趨勢,沒有放進成績單。沒有算的:取樣保持的雙極點、輕載不連續模式、輸入濾波。結論:這頁適合比較兩組補償誰的裕度大、Type II 的交越頻率大概在哪;量產前一定要用網路分析儀實測迴路。成績單裡 TI 文件的原始數值不列出,只列我們的結果與誤差。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

峰值電流模式的降壓轉換器(TI SWIFT 系列這類 COMP 腳外接補償的晶片)換了輸出電容、電感或補償元件之後,要知道迴路還穩不穩。這頁把誤差放大器、補償網路、功率級和輸出電容串起來,畫出整個迴路的增益與相位,算交越頻率與相位裕度;下方表格照 TI SLVA352A 的步驟,給一個目標交越頻率就算出 R4、C4、C6、Cc。

什麼時候會用到
  • 輸出電容換料(陶瓷降額後實際容值差很多)或改顆數
  • 想把交越頻率拉高、改善負載暫態,評估改 Type III 值不值得
  • 比較兩組補償誰的相位裕度大
25 · TRACE CURRENT CAPACITY

這條走線要多寬,才過得了這個電流、溫升又不超標?

外層 1 oz、溫升 10 °C、要過 1.00 A:IPC-2221 公式最小線寬 11.8 mil(0.300 mm);依 IPC-2152 數據的擬合式 10.9 mil(0.277 mm)。 這組條件下 IPC-2221 比較保守。
IPC-2221 公式
線寬
11.8 mil/0.300 mm
電流
1.00 A
電阻
86.83 mΩ
壓降
86.8 mV
走線發熱
86.8 mW
IPC-2152 擬合式
線寬
10.9 mil/0.277 mm
電流
1.00 A
電阻
94.06 mΩ
壓降
94.1 mV
走線發熱
94.1 mW

電阻以 50 mm、35 °C 算;IPC-2152 擬合式出自 Brooks & Adam 2015。

算法線寬電流電阻(50 mm、35 °C)壓降走線發熱
IPC-2221 公式11.8 mil/0.300 mm1.00 A86.83 mΩ86.8 mV86.8 mW
依 IPC-2152 數據的擬合式(Brooks & Adam 2015)10.9 mil/0.277 mm1.00 A94.06 mΩ94.1 mV94.1 mW
電流流過走線會發熱,線越細越熱。這頁用兩套經驗公式算「溫升不超過多少度時,線要多寬/能過多少電流」:IPC-2221 是幾十年來最常用的那條;IPC-2152(2009)是重新做的量測,結果是內層其實散熱不差、外層寬線大電流時舊公式反而太樂觀。兩個數字都給你,取比較寬(電流比較小)的那個比較安全。
這個計算器的適用範圍
這是單一條、孤立走線、靜止空氣下的經驗公式。鄰近走線、過孔、銅皮/平面層散熱、氣流(風扇)、板材差異、元件發熱都不在公式內。 走線很短、接在大銅面上時,實際溫度會跟公式差很多(同一條線下方 10 mil 有一層平面時,論文熱模擬的溫升從 94.7 °C 降到 33.7 °C)。IPC-2221 與 IPC-2152 都是付費標準,這頁只用公開文獻裡的公式、不轉載標準的圖表;IPC-2152 那欄是 Brooks & Adam〈Trace Currents and Temperatures Revisited〉(2015,ultracad.com/articles/pcbtempr.pdf,網頁存檔 web.archive.org/web/20161206161058/http://ultracad.com/articles/pcbtempr.pdf)依 IPC-2152 數據擬合的式子。對照論文給的外層數字,擬合式偏差從低 17%(79.4 °C 對熱模擬 96 °C)到最多高約 23%(123.4 °C 對「略高於 100 °C」);只有兩個對照點,其中一個是模擬值,不是量測。內層只有 0.5/1/2/3 oz,而且 0.5/3 oz 只在論文列出的線寬範圍內,超出就不算。過孔截面跟走線相等時,過孔通常不是最熱點(論文熱模擬、沒有實測:3 A 時過孔中點 80.9 °C、走線 86.9 °C;Brooks & Adam〈Via Currents and Temperatures〉2015,ultracad.com/articles/via.pdf,網頁存檔 web.archive.org/web/20161206161333/http://ultracad.com/articles/via.pdf)。銅厚 1 oz 當 1.378 mil(35 µm);電阻用退火銅 20 °C 1.7241×10⁻⁸ Ω·m、溫度係數 0.00393/°C。
出處與限制(展開)走線很短、接在大銅面上時,實際溫度會跟公式差很多(同一條線下方 10 mil 有一層平面時,論文熱模擬的溫升從 94.7 °C 降到 33.7 °C)。IPC-2221 與 IPC-2152 都是付費標準,這頁只用公開文獻裡的公式、不轉載標準的圖表;IPC-2152 那欄是 Brooks & Adam〈Trace Currents and Temperatures Revisited〉(2015,ultracad.com/articles/pcbtempr.pdf,網頁存檔 web.archive.org/web/20161206161058/http://ultracad.com/articles/pcbtempr.pdf)依 IPC-2152 數據擬合的式子。對照論文給的外層數字,擬合式偏差從低 17%(79.4 °C 對熱模擬 96 °C)到最多高約 23%(123.4 °C 對「略高於 100 °C」);只有兩個對照點,其中一個是模擬值,不是量測。內層只有 0.5/1/2/3 oz,而且 0.5/3 oz 只在論文列出的線寬範圍內,超出就不算。過孔截面跟走線相等時,過孔通常不是最熱點(論文熱模擬、沒有實測:3 A 時過孔中點 80.9 °C、走線 86.9 °C;Brooks & Adam〈Via Currents and Temperatures〉2015,ultracad.com/articles/via.pdf,網頁存檔 web.archive.org/web/20161206161333/http://ultracad.com/articles/via.pdf)。銅厚 1 oz 當 1.378 mil(35 µm);電阻用退火銅 20 °C 1.7241×10⁻⁸ Ω·m、溫度係數 0.00393/°C。
什麼時候會用到、這頁在算什麼

畫電源線、馬達線、LED 電流線時,要先決定線寬:太細會發熱,太寬又佔板面。這頁同時給兩套數字:幾十年來最常用的 IPC-2221 公式,以及依 IPC-2152(2009 年重新量測)數據擬合的公式,並算出這段走線的電阻、壓降與發熱。

什麼時候會用到
  • 決定電源、馬達、加熱器走線的最小線寬
  • 確認現有走線在某個電流下會熱幾度
  • 內層走線要不要加寬(舊公式對內層非常保守)
26 · TRACE FUSING CURRENT

故障時的大電流,這條走線撐得了幾秒才熔斷?

1 oz 銅、起始溫度 20 °C、40.0 A 撐 1.00 秒不熔斷:Onderdonk 公式最小截面 215.1 mil²,線寬 156.1 mil(3.964 mm)。
這個公式拿來確認「故障時撐得住」是保守的(假設熱完全散不出去,實際走線撐得比它久);拿走線當保險絲時方向正好相反——實際要更大的電流或更久才會斷,不能用這個公式設計保險絲走線。
論文熱模擬:FR-4 板上實際熔斷電流 ÷ Onderdonk 公式(只有這六組,原值照列)
論文的六組
2 oz、20 mil(論文截面 52 mil²)
0.5 秒
3.46 倍
1 秒
3.87 倍
2 秒
4.65 倍
3 秒
5.3 倍
4 秒
5.84 倍
5 秒
6.3 倍
1 oz、20 mil(論文截面 26 mil²)
0.5 秒
2.24 倍
1 秒
2.45 倍
2 秒
3.03 倍
3 秒
3.53 倍
4 秒
3.83 倍
5 秒
4.2 倍
1 oz、100 mil(論文截面 130 mil²)
0.5 秒
2.02 倍
1 秒
2.14 倍
2 秒
2.45 倍
3 秒
2.69 倍
4 秒
3.02 倍
5 秒
3.15 倍
1 oz、200 mil(論文截面 260 mil²)
0.5 秒
1.88 倍
1 秒
2.04 倍
2 秒
2.37 倍
3 秒
2.62 倍
4 秒
2.77 倍
5 秒
2.97 倍
2 oz、200 mil(論文截面 520 mil²)
0.5 秒
1.57 倍
1 秒
1.67 倍
2 秒
1.9 倍
3 秒
2.05 倍
4 秒
2.2 倍
5 秒
2.37 倍
2 oz、100 mil(論文截面 260 mil²)
0.5 秒
1.51 倍
1 秒
1.63 倍
2 秒
1.82 倍
3 秒
1.98 倍
4 秒
2.1 倍
5 秒
2.2 倍
銅厚線寬論文截面0.5 秒1 秒2 秒3 秒4 秒5 秒
2 oz20 mil52 mil²3.463.874.655.35.846.3
1 oz20 mil26 mil²2.242.453.033.533.834.2
1 oz100 mil130 mil²2.022.142.452.693.023.15
1 oz200 mil260 mil²1.882.042.372.622.772.97
2 oz200 mil520 mil²1.571.671.92.052.22.37
2 oz100 mil260 mil²1.511.631.821.982.12.2
大電流流過走線時,如果時間很短,熱來不及散出去,走線溫度一路往上,到 1083 °C 銅就熔斷。Onderdonk 公式就是算這種「完全不散熱」的情況。實際走線會把熱傳給板材,所以撐得比公式久;下表是論文用熱模擬算出的倍數(實際熔斷電流 ÷ 公式),只有這六組,其他線寬不內插。
這個計算器的適用範圍

公式:Onderdonk(1920 年代)33.5·(I/A)²·t=log10((1083−Ta)/(234+Ta)+1),A 用 circular mil(1 mil²=1.273 circular mil);Ta 20 °C 時化成 t=0.0346·(A/I)²,A 用 mil²。出處:Brooks & Adam〈Fusing Currents in Traces〉2015(ultracad.com/articles/fusingr.pdf,網頁存檔 web.archive.org/web/20211120153559/https://www.ultracad.com/articles/fusingr.pdf)。論文前面的式子常數寫 33,後面化簡用 33.5,兩者算出的電流差約 0.8%,這頁照化簡後的 0.0346。不算的:散熱(板材、平面層、銅皮、氣流)、比熱隨溫度上升、相鄰走線、過孔;銅厚 1 oz 當 1.378 mil(論文表 1 用 1.3 mil)。銅的電阻率實測可差到 40%(1.7~2.4 µΩ·cm),熔斷時間跟著變。走線熔斷過就是毀損,板子不能修了再用。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

短路、保護元件還沒動作、系統受控關機的那幾秒,走線會流過遠大於平常的電流。這頁用 Onderdonk 公式算「熱完全散不出去時,幾秒會熔斷」,並列出論文熱模擬的實際倍數。平常的長時間電流請用走線載流頁。

什麼時候會用到
  • 保險絲或保護 IC 動作前,走線要撐住短路電流幾毫秒到幾秒
  • 馬達堵轉、電容充電的湧入電流期間
  • 確認故障時燒的是保險絲,不是走線
27 · RC SNUBBER

開關節點的振鈴,RC 緩衝器要用多大的電阻和電容?

振鈴 217.4 MHz,加 680 pF 後 108.7 MHz(頻率比 2.000):寄生電容 Cp 226.7 pF、寄生電感 Lp 2.364 nH、特性阻抗 3.230 Ω。建議緩衝電阻 ≈ 3.23 Ω,電容取 Cp 的 1~4 倍(226.7~906.7 pF)。
振鈴幅度兩家原廠文件都沒給數字,這頁只驗頻率關係與建議阻值。算出來的 R、C 是起點,最後要在板子上量波形確認。
緩衝電容取 Cp 的 1~4 倍,對應的電阻功耗
緩衝電容電容值電阻功耗(5.0 V、1000 kHz)
1×Cp226.7 pF5.7 mW
2×Cp453.3 pF11.3 mW
3×Cp680.0 pF17.0 mW
4×Cp906.7 pF22.7 mW
開關節點的振鈴是 MOSFET 輸出電容、走線與封裝電感形成的 LC 共振。在節點對地加一顆電容,振鈴頻率會降;從降多少就能推出寄生電容與電感,再用特性阻抗選緩衝電阻。電容越大阻尼越好,但每個開關週期都要充放一次,電阻損耗 C·V²·f 跟著變大。
這個計算器的適用範圍

把寄生當成一組集中的 L、C;實際可能有多個共振點、電容會隨電壓變,算出的值是起點。量振鈴要用短接地彈簧、探棒頻寬要夠高,長地線本身就會造成假振鈴。電阻功耗 Csnb·Vin²·fsw 是每個週期把電容充放一次的損耗,選電阻要留餘量。方法出處:ROHM〈Snubber Circuit for Buck Converter IC〉Application Note 2016-10(fscdn.rohm.com/en/products/databook/applinote/ic/power/switching_regulator/buck_snubber_app-e.pdf);TI E2E 論壇附件〈RC Snubber Design in Synchronous Buck Converter〉(e2e.ti.com,論壇附件,不是正式應用筆記)。成績單的 ngspice 兩列跟公式是同一套 LC 物理,只證明推導與實作正確;真正的實測對照是 ROHM 在加 680 pF 時量到的 108.7 MHz。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

降壓轉換器的開關節點常有幾十到幾百 MHz 的振鈴,會造成 EMI 和 MOSFET 電壓應力。先用示波器量振鈴頻率,再在節點對地加一顆電容、加到頻率約減半,把兩個頻率和那顆電容填進來,就能算出寄生電容、寄生電感與建議的緩衝電阻、電容。

什麼時候會用到
  • EMI 測試超標,懷疑是開關節點振鈴
  • MOSFET 的 VDS 尖峰太接近額定電壓
  • 板子上預留了 RC 緩衝器位置,要決定裝多大的值
22 · INRUSH CURRENT

插上去或開機瞬間,湧入電流多大?保險絲和負載開關撐不撐得住?

上升時間(10~90%)650.000 µs。 充電電流 I=C·0.8·VIN/tR=135.4 mA,加上負載電流(上升結束時 500.0 mA),峰值約 635.4 mA。輸出電容存的能量 ½CV²=0.275 mJ,開關啟動時至少要吸收這麼多。 脈衝 I²t 約 1.3760×10-4 A²s,除以降額 0.35 要 ≥ 3.9314×10-4 A²s;保險絲額定 0.5 A²s 夠。
輸入電流
00.20.40.60.800.20.40.60.81時間 msA峰值約 635.4 mA
這個計算器的適用範圍

控速的算法照 TI TPS22918 資料表算例:上升時間是 10%~90%,所以電壓變化取 0.8·VIN(TI 另一份 TPS22965 資料表的算例用滿 VIN,SLVA670A 的實測比較貼近 0.8)。跟 TI SLVA670A 三組實測比:兩組實測峰值比這裡算的(上升期間平均充電電流)高約 12%,一組反而低 4%(原因判不了,可能是電容實際容值(陶瓷電容加直流偏壓後容值會變小)、電流探棒頻寬或上升時間讀值),所以實際峰值可能比這裡多約一成。CT 換算上升時間用資料表的近似式,跟資料表的表會差 4~16%,要精確請查表。直接接電容時用串聯 R、L、C 的解析解,峰值上限就是 V/(R+ESR)(Vishay OS-CON 應用注意事項)。沒有算的:電源本身的限流與輸出阻抗、MOSFET 的安全工作區(SOA,要對 MOSFET datasheet 的 SOA 曲線)、熱插拔控制器的功率限制模式。保險絲降額比例依脈衝次數不同,要看保險絲廠的曲線(Vishay 薄膜晶片保險絲 10 萬次約 0.35,是讀圖值)。

什麼時候會用到、這頁在算什麼

電源一接上,輸出電容要從 0 充到滿,這一瞬間的電流可能是平常的幾十倍:會讓上游電壓掉下去(別的電路重開)、燒保險絲、或讓負載開關的 MOSFET 超出安全範圍。這頁算出湧入電流、能量和保險絲 I²t,並告訴你控速要多慢。

什麼時候會用到
  • USB、熱插拔背板:插上瞬間的電流要不要限制
  • 負載開關的 CT 要選多大
  • 保險絲選型:開機湧入會不會讓它提早燒斷
23 · IBIS DRIVER

原廠給了 IBIS 檔:這顆驅動器推這條線,負載端會過衝多少、什麼時候到?

目前用的是示範檔(我們自己做的驅動器,不是任何原廠的模型);在「調整參數」上傳原廠的 .ibs 就會換成那顆晶片。
REFOUT(Output,VCC 3.3 V)上升:負載端比驅動器腳位晚 1.123 ns 過 VCC/2(腳位 1.061 ns、負載端 2.184 ns,時間從 IBIS 波形表的第一列算起,原廠表格前面常有一段起始空白,所以看兩者的差),最後停在 3.299 V。 過衝到 3.827 V,超過 VCC 0.527 V——超過 VCC 的 10%,可能超出接收端的絕對最大額定,加大串聯電阻(接近 Z0 − 驅動器輸出阻抗)或在末端端接。
負載端與驅動器腳位的電壓

負載端 驅動器腳位

-1012345024681012時間 nsVVCC 3.3 VVCC/2
IBIS 檔裡的 I-V 表告訴模擬器「上拉、下拉打開時,電壓多少會流多少電流」;V-T 表告訴它「切換的過程多快」。模擬器用這兩種表重建驅動器,所以不用晶片內部的電路就能看到真實的邊緣速度、過衝與振鈴。
眼圖:這顆驅動器打 PRBS7(看負載端)

按「算眼圖」才會算(IBIS 驅動器是非線性的,直接跑整串 127 位元,要一到數秒)。

這個工具怎麼讀 IBIS、準到哪

依 IBIS Version 8.0 規格(ibis.org/ver8.0/ver8_0.pdf)讀 typ、min、max 三欄(規格 §9:min 是慢、弱,max 是快、強;C_comp 照規格的保守建議,慢角配大的、快角配小的;缺欄時用 typ 代替並寫出來):C_comp、[Voltage Range]、[Pullup]、[Pulldown]、[GND Clamp]、[POWER Clamp]、[Rising/Falling Waveform](R_fixture、V_fixture)與 [Package](接法照規格 Figure 18)。規格沒有規定模擬器怎麼用兩條波形,我們在每個時間點寫晶粒節點的電流平衡、用同一邊緣的兩條波形解出上拉/下拉的切換係數。沒有做的:差動腳位、[Driver Schedule]、[Submodel]、預強調、IBIS-AMI、多組電源(只取 [Voltage Range])、治具的 C_fixture/L_fixture;每個邊緣要有兩條波形才算得了(只有 [Ramp] 的檔第一版不支援)。驗證:拿我們自己寫的電晶體級示範驅動器抽出 IBIS,再把兩者接到建模時沒用過的三種負載上比,typ、min、max 三個角落的負載端 50% 延遲差 −2.6%~+0.6%,另一顆性質不同的驅動器(驅動力約 0.4 倍、較慢)−1.8%~+0.9%(見成績單);這證明讀檔與重建的方法對,真實晶片的準確度還要看原廠 IBIS 檔本身的品質。已知限制:原廠用高阻抗治具(例如 2 kΩ)量波形時,波形頭尾跟 I-V 表在直流只要差擺幅的 1~2%,治具需要的電流又很小,切換係數就會被放大到偏離 0~1;我們在一份原廠公開的 TTL IBIS 檔上實際看到穩態係數變成 0.6 倍與 3 倍。頁面會自動檢查這件事並寫出是哪條波形、差多少。眼圖:每個位元邊界接上對應邊緣的切換係數、直接跑整串 PRBS7(非線性,不用脈衝響應疊加);位元時間短於驅動器切換時間時會主動提醒。同一份眼圖網路在網站的引擎(EEcircuit 1.8.0,內含 ngspice)和命令列 ngspice 47 各跑一次:眼高差 ≤0.13%、眼寬一致,整串波形最大差 1.3~47 mV(47 mV 是振鈴最大的情況)。檔案只在你的瀏覽器裡讀,不會上傳。原廠檔讀不讀得回來:拿四份原廠公開 IBIS 檔(Infineon、TI、Renesas,檔不放網站),把模型放回檔裡自己寫的建模治具,跟檔內波形表比:最大差占 VCC 0.09~0.39%,Renesas 那份 4.4%(它的 C_comp 跟波形對不上:C_comp 設 0 時切換係數會回到 0~1 附近)。2026-10-11 修正:長表格(數百 ns、點距不均)原本取樣太粗,重建誤差到 30~51%,現在照表格自己的時間點取樣。

查看送進 ngspice 的 netlist
ibis driver
Vibku ibku 0 PWL(0.000000000e+0 -0.00000 2.000000000e-11 -0.00000 4.000000000e-11 -0.00000 6.000000000e-11 0.00000 8.000000000e-11 0.00000 1.000000000e-10 0.00000 1.200000000e-10 0.00000 1.400000000e-10 0.00000 1.600000000e-10 0.00000 1.800000000e-10 0.00000 2.000000000e-10 0.00000 2.200000000e-10 0.00000 2.400000000e-10 0.00000 2.600000000e-10 0.00000 2.800000000e-10 0.00000 3.000000000e-10 0.00000 3.200000000e-10 0.00003 3.400000000e-10 0.00010 3.600000000e-10 0.00054 3.800000000e-10 0.00162 4.000000000e-10 0.00297 4.200000000e-10 0.00536 4.400000000e-10 0.00775 4.600000000e-10 0.01119 4.800000000e-10 0.01452 5.000000000e-10 0.01879 5.200000000e-10 0.02283 5.400000000e-10 0.02764 5.600000000e-10 0.03204 5.800000000e-10 0.03686 6.000000000e-10 0.04116 6.200000000e-10 0.04555 6.400000000e-10 0.04967 6.600000000e-10 0.05398 6.800000000e-10 0.05810 7.000000000e-10 0.06246 7.200000000e-10 0.06653 7.400000000e-10 0.07084 7.600000000e-10 0.07526 7.800000000e-10 0.08016 8.000000000e-10 0.08666 8.200000000e-10 0.09522 8.400000000e-10 0.10437 8.600000000e-10 0.11677 8.800000000e-10 0.12899 9.000000000e-10 0.14500 9.200000000e-10 0.16101 9.400000000e-10 0.18154 9.600000000e-10 0.19952 9.800000000e-10 0.22138 1.000000000e-9 0.24098 1.020000000e-9 0.26381 1.040000000e-9 0.28590 1.060000000e-9 0.31096 1.080000000e-9 0.33666 1.100000000e-9 0.36553 1.120000000e-9 0.39588 1.140000000e-9 0.42945 1.160000000e-9 0.46070 1.180000000e-9 0.48946 1.200000000e-9 0.51791 1.220000000e-9 0.53721 1.240000000e-9 0.56122 1.260000000e-9 0.57559 1.280000000e-9 0.59509 1.300000000e-9 0.60697 1.320000000e-9 0.62304 1.340000000e-9 0.63439 1.360000000e-9 0.64786 1.380000000e-9 0.65808 1.400000000e-9 0.66972 1.420000000e-9 0.67964 1.440000000e-9 0.69039 1.460000000e-9 0.69957 1.480000000e-9 0.70932 1.500000000e-9 0.71783 1.520000000e-9 0.72677 1.540000000e-9 0.73473 1.560000000e-9 0.74302 1.580000000e-9 0.75053 1.600000000e-9 0.75820 1.620000000e-9 0.76532 1.640000000e-9 0.77274 1.660000000e-9 0.77963 1.680000000e-9 0.78653 1.700000000e-9 0.79274 1.720000000e-9 0.79923 1.740000000e-9 0.80530 1.760000000e-9 0.81136 1.780000000e-9 0.81686 1.800000000e-9 0.82254 1.820000000e-9 0.82782 1.840000000e-9 0.83312 1.860000000e-9 0.83795 1.880000000e-9 0.84294 1.900000000e-9 0.84764 1.920000000e-9 0.85230 1.940000000e-9 0.85652 1.960000000e-9 0.86090 1.980000000e-9 0.86503 2.000000000e-9 0.86916 2.020000000e-9 0.87296 2.040000000e-9 0.87684 2.060000000e-9 0.88051 2.080000000e-9 0.88426 2.100000000e-9 0.88774 2.120000000e-9 0.89124 2.140000000e-9 0.89447 2.160000000e-9 0.89775 2.180000000e-9 0.90083 2.200000000e-9 0.90392 2.220000000e-9 0.90679 2.240000000e-9 0.90973 2.260000000e-9 0.91252 2.280000000e-9 0.91524 2.300000000e-9 0.91766 2.320000000e-9 0.92022 2.340000000e-9 0.92272 2.360000000e-9 0.92513 2.380000000e-9 0.92732 2.400000000e-9 0.92960 2.420000000e-9 0.93181 2.440000000e-9 0.93394 2.460000000e-9 0.93584 2.480000000e-9 0.93783 2.500000000e-9 0.93974 2.520000000e-9 0.94162 2.540000000e-9 0.94334 2.560000000e-9 0.94511 2.580000000e-9 0.94680 2.600000000e-9 0.94849 2.620000000e-9 0.95011 2.640000000e-9 0.95169 2.660000000e-9 0.95310 2.680000000e-9 0.95456 2.700000000e-9 0.95595 2.720000000e-9 0.95733 2.740000000e-9 0.95864 2.760000000e-9 0.95994 2.780000000e-9 0.96117 2.800000000e-9 0.96240 2.820000000e-9 0.96354 2.840000000e-9 0.96469 2.860000000e-9 0.96575 2.880000000e-9 0.96682 2.900000000e-9 0.96780 2.920000000e-9 0.96879 2.940000000e-9 0.96969 2.960000000e-9 0.97063 2.980000000e-9 0.97158 3.000000000e-9 0.97248 3.020000000e-9 0.97330 3.040000000e-9 0.97417 3.060000000e-9 0.97504 3.080000000e-9 0.97581 3.100000000e-9 0.97642 3.120000000e-9 0.97716 3.140000000e-9 0.97799 3.160000000e-9 0.97873 3.180000000e-9 0.97938 3.200000000e-9 0.98003 3.220000000e-9 0.98060 3.240000000e-9 0.98121 3.260000000e-9 0.98183 3.280000000e-9 0.98239 3.300000000e-9 0.98288 3.320000000e-9 0.98340 3.340000000e-9 0.98393 3.360000000e-9 0.98446 3.380000000e-9 0.98499 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7.480000000e-9 -0.00000 7.500000000e-9 -0.00000 7.520000000e-9 -0.00000 7.540000000e-9 -0.00000 7.560000000e-9 -0.00000 7.580000000e-9 -0.00000 7.600000000e-9 -0.00000 7.620000000e-9 -0.00000 7.640000000e-9 -0.00000 7.660000000e-9 -0.00000 7.680000000e-9 -0.00000 7.700000000e-9 -0.00000 7.720000000e-9 -0.00000 7.740000000e-9 -0.00000 7.760000000e-9 -0.00000 7.780000000e-9 -0.00000 7.800000000e-9 -0.00000 7.820000000e-9 -0.00000 7.840000000e-9 -0.00000 7.860000000e-9 -0.00000 7.880000000e-9 -0.00000 7.900000000e-9 -0.00000 7.920000000e-9 -0.00000 7.940000000e-9 -0.00000 7.960000000e-9 -0.00000 7.980000000e-9 -0.00000 8.000000000e-9 -0.00000)
Bibpu out 0 I = V(ibku) * pwl(3.3 - V(out), -3.30000e+0,4.85190e+0, -3.20000e+0,4.65410e+0, -3.10000e+0,4.45640e+0, -3.00000e+0,4.25880e+0, -2.90000e+0,4.06130e+0, -2.80000e+0,3.86390e+0, -2.70000e+0,3.66670e+0, -2.60000e+0,3.46960e+0, -2.50000e+0,3.27280e+0, -2.40000e+0,3.07610e+0, -2.30000e+0,2.87960e+0, -2.20000e+0,2.68340e+0, -2.10000e+0,2.48750e+0, -2.00000e+0,2.29190e+0, -1.90000e+0,2.09670e+0, -1.80000e+0,1.90200e+0, -1.70000e+0,1.70790e+0, -1.60000e+0,1.51450e+0, -1.50000e+0,1.32200e+0, -1.40000e+0,1.13080e+0, -1.30000e+0,9.41280e-1, -1.20000e+0,7.54190e-1, -1.10000e+0,5.70960e-1, -1.00000e+0,3.94710e-1, -9.00000e-1,2.33600e-1, -8.00000e-1,1.15560e-1, -7.00000e-1,7.71350e-2, -6.00000e-1,6.38920e-2, -5.00000e-1,5.21940e-2, -4.00000e-1,4.09370e-2, -3.00000e-1,3.00910e-2, -2.00000e-1,1.96530e-2, -1.00000e-1,9.62320e-3, 0.00000e+0,3.30940e-12, 1.00000e-1,-9.29400e-3, 2.00000e-1,-1.83320e-2, 3.00000e-1,-2.71080e-2, 4.00000e-1,-3.56180e-2, 5.00000e-1,-4.38560e-2, 6.00000e-1,-5.18150e-2, 7.00000e-1,-5.94920e-2, 8.00000e-1,-6.68790e-2, 9.00000e-1,-7.39720e-2, 1.00000e+0,-8.07650e-2, 1.10000e+0,-8.72510e-2, 1.20000e+0,-9.34240e-2, 1.30000e+0,-9.92790e-2, 1.40000e+0,-1.04810e-1, 1.50000e+0,-1.10010e-1, 1.60000e+0,-1.14870e-1, 1.70000e+0,-1.19390e-1, 1.80000e+0,-1.23550e-1, 1.90000e+0,-1.27360e-1, 2.00000e+0,-1.30810e-1, 2.10000e+0,-1.33880e-1, 2.20000e+0,-1.36580e-1, 2.30000e+0,-1.38890e-1, 2.40000e+0,-1.40810e-1, 2.50000e+0,-1.42320e-1, 2.60000e+0,-1.43430e-1, 2.70000e+0,-1.44140e-1, 2.80000e+0,-1.44740e-1, 2.90000e+0,-1.45340e-1, 3.00000e+0,-1.45940e-1, 3.10000e+0,-1.46540e-1, 3.20000e+0,-1.47140e-1, 3.30000e+0,-1.47740e-1, 3.40000e+0,-1.48340e-1, 3.50000e+0,-1.48940e-1, 3.60000e+0,-1.49540e-1, 3.70000e+0,-1.50140e-1, 3.80000e+0,-1.50740e-1, 3.90000e+0,-1.51450e-1, 4.00000e+0,-1.57060e-1, 4.10000e+0,-2.22560e-1, 4.20000e+0,-3.65690e-1, 4.30000e+0,-5.35930e-1, 4.40000e+0,-7.16560e-1, 4.50000e+0,-9.02380e-1, 4.60000e+0,-1.09140e+0, 4.70000e+0,-1.28240e+0, 4.80000e+0,-1.47480e+0, 4.90000e+0,-1.66840e+0, 5.00000e+0,-1.86270e+0, 5.10000e+0,-2.05770e+0, 5.20000e+0,-2.25330e+0, 5.30000e+0,-2.44930e+0, 5.40000e+0,-2.64560e+0, 5.50000e+0,-2.84230e+0, 5.60000e+0,-3.03920e+0, 5.70000e+0,-3.23640e+0, 5.80000e+0,-3.43380e+0, 5.90000e+0,-3.63130e+0, 6.00000e+0,-3.82910e+0, 6.10000e+0,-4.02690e+0, 6.20000e+0,-4.22500e+0, 6.30000e+0,-4.42310e+0, 6.40000e+0,-4.62130e+0, 6.50000e+0,-4.81960e+0, 6.60000e+0,-5.01810e+0)
Bibpd out 0 I = V(ibkd) * pwl(V(out), -3.30000e+0,-4.85180e+0, -3.20000e+0,-4.65400e+0, -3.10000e+0,-4.45630e+0, -3.00000e+0,-4.25870e+0, -2.90000e+0,-4.06130e+0, -2.80000e+0,-3.86390e+0, -2.70000e+0,-3.66670e+0, -2.60000e+0,-3.46960e+0, -2.50000e+0,-3.27270e+0, -2.40000e+0,-3.07600e+0, -2.30000e+0,-2.87960e+0, -2.20000e+0,-2.68340e+0, -2.10000e+0,-2.48740e+0, -2.00000e+0,-2.29190e+0, -1.90000e+0,-2.09670e+0, -1.80000e+0,-1.90200e+0, -1.70000e+0,-1.70790e+0, -1.60000e+0,-1.51450e+0, -1.50000e+0,-1.32200e+0, -1.40000e+0,-1.13080e+0, -1.30000e+0,-9.41200e-1, -1.20000e+0,-7.54130e-1, -1.10000e+0,-5.70900e-1, -1.00000e+0,-3.94600e-1, -9.00000e-1,-2.33360e-1, -8.00000e-1,-1.15080e-1, -7.00000e-1,-7.64720e-2, -6.00000e-1,-6.33130e-2, -5.00000e-1,-5.17270e-2, -4.00000e-1,-4.05700e-2, -3.00000e-1,-2.98200e-2, -2.00000e-1,-1.94760e-2, -1.00000e-1,-9.53620e-3, 1.52660e-15,-3.30990e-12, 1.00000e-1,9.20960e-3, 2.00000e-1,1.81650e-2, 3.00000e-1,2.68620e-2, 4.00000e-1,3.52940e-2, 5.00000e-1,4.34560e-2, 6.00000e-1,5.13430e-2, 7.00000e-1,5.89480e-2, 8.00000e-1,6.62680e-2, 9.00000e-1,7.32950e-2, 1.00000e+0,8.00240e-2, 1.10000e+0,8.64500e-2, 1.20000e+0,9.25650e-2, 1.30000e+0,9.83650e-2, 1.40000e+0,1.03840e-1, 1.50000e+0,1.08990e-1, 1.60000e+0,1.13810e-1, 1.70000e+0,1.18280e-1, 1.80000e+0,1.22410e-1, 1.90000e+0,1.26180e-1, 2.00000e+0,1.29590e-1, 2.10000e+0,1.32640e-1, 2.20000e+0,1.35300e-1, 2.30000e+0,1.37590e-1, 2.40000e+0,1.39490e-1, 2.50000e+0,1.40990e-1, 2.60000e+0,1.42080e-1, 2.70000e+0,1.42790e-1, 2.80000e+0,1.43380e-1, 2.90000e+0,1.43980e-1, 3.00000e+0,1.44570e-1, 3.10000e+0,1.45170e-1, 3.20000e+0,1.45760e-1, 3.30000e+0,1.46350e-1, 3.40000e+0,1.46950e-1, 3.50000e+0,1.47540e-1, 3.60000e+0,1.48130e-1, 3.70000e+0,1.48730e-1, 3.80000e+0,1.49320e-1, 3.90000e+0,1.50030e-1, 4.00000e+0,1.55640e-1, 4.10000e+0,2.21100e-1, 4.20000e+0,3.64260e-1, 4.30000e+0,5.34490e-1, 4.40000e+0,7.15100e-1, 4.50000e+0,9.00970e-1, 4.60000e+0,1.08990e+0, 4.70000e+0,1.28090e+0, 4.80000e+0,1.47340e+0, 4.90000e+0,1.66690e+0, 5.00000e+0,1.86120e+0, 5.10000e+0,2.05630e+0, 5.20000e+0,2.25180e+0, 5.30000e+0,2.44780e+0, 5.40000e+0,2.64410e+0, 5.50000e+0,2.84080e+0, 5.60000e+0,3.03770e+0, 5.70000e+0,3.23490e+0, 5.80000e+0,3.43220e+0, 5.90000e+0,3.62980e+0, 6.00000e+0,3.82750e+0, 6.10000e+0,4.02540e+0, 6.20000e+0,4.22340e+0, 6.30000e+0,4.42150e+0, 6.40000e+0,4.61980e+0, 6.50000e+0,4.81810e+0, 6.60000e+0,5.01660e+0)
Cibcomp out 0 2e-12
Rs out a 25
T1 a 0 b 0 Z0=50 TD=1n
Cl b 0 5p
Rleak b 0 1e9
.tran 6.000e-12 1.200e-8
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

IBIS 是晶片廠用來描述 I/O 腳位「推多大電流、切換多快」的標準檔案,不用公開晶片內部電路。這頁讀原廠的 .ibs 檔,把驅動器接上你填的串聯電阻、傳輸線和負載,算出負載端的波形、過衝和延遲。

什麼時候會用到
  • 決定源端串聯電阻要幾 Ω,過衝才不會超過接收端的絕對最大額定
  • 換了驅動強度(不同的 [Model])之後,訊號會不會振鈴
  • 估算一條線從驅動器到接收端要多久(時序預算)
17 · DC-DC BUCK

降壓轉換器:漣波多大、效率多少、晶片會不會太燙?

12→3.3 V、4 A、480 kHz:效率 90.9%,損耗 1.32 W;電感峰值 5.13 A(電感飽和電流與晶片限流都要大於這個),輸出漣波約 15.7 mV。IC 接面溫度約 94.6 °C,在 125 °C 以內。
90.9 %效率
2.26 A電感漣波 ΔIL(模擬)
15.7 mV輸出漣波(模擬)
94.6 °CIC 接面溫度
損耗上管 117 mW+下管 226 mW+電感 DCR 171 mW+其他 810 mW(你填的值)= 1325 mW;輸出 13.20 W → 效率 90.88%(SLVA390A 式 13)。IC 內部 1154 mW(電感損耗不算在 IC 裡)→ TJ=60+30×1.154=94.6 °C。公式值:ΔIL 2.266 A、峰值 5.13 A、漣波上限 23.9 mV(電容 12.6+ESR 11.3,兩項相位不同,直接相加是保守值;模擬是實際波形)。開迴路模擬沒有回授,輸出平均 3.175 V 比設定低一點是 Rds(on)/DCR 的壓降
電感電流(ngspice 開關模擬)
0123456時間 µs(第 196~200 個週期)AIOUT 4 A
降壓轉換器的上管一開一關,電感電流就一上一下(三角波),平均就是輸出電流。三角波的高度叫漣波電流:電感越大、頻率越高越小。電感要扛得住「平均+漣波一半」的峰值不飽和,晶片的限流也要比它高。
輸出電壓漣波
-15-10-5051015時間 µsmV
這個計算器的適用範圍

公式照 TI SLVA477C(漣波電流、峰值電流、輸出漣波)與 SLVA390A(上下管導通損耗、電感 DCR 損耗、效率);波形用 ngspice 理想同步降壓實跑(兩個開關互補切換、電感含 DCR、電容含 ESR)。「其他損耗」(開關切換、閘極驅動、靜態電流)要從規格書填,或照 SLVA390A 的方法用規格書上另一個輸出電壓的效率反推。拿 SLVA390A 的 TPS54620 實測效率對過:用 5 V 的效率推 3.3 V,6 個電流點對實測差 −0.8~−1.5 個百分點(見成績單)。做不到的:回授與穩定度(這裡是開迴路,輸出平均會因 Rds(on)/DCR 低一點)、輕載的不連續模式與省電模式、輸入電容與輸入漣波、EMI。IC 接面溫度只算 IC 內部損耗(上下管+其他),電感損耗不算在 IC 裡;RθJA 很依賴 PCB,請以規格書的條件為準。

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buck
Vin vin 0 12
Vg g 0 PULSE(0 1 0 1.0416666666666667e-8 1.0416666666666667e-8 5.625000e-7 2.083333e-6)
Vg2 g2 0 PULSE(1 0 0 1.0416666666666667e-8 1.0416666666666667e-8 5.625000e-7 2.083333e-6)
S1 vin sw g 0 SH
S2 sw 0 g2 0 SL
.model SH SW(Ron=0.026000000000000002 Roff=1e9 Vt=0.5 Vh=0)
.model SL SW(Ron=0.019 Roff=1e9 Vt=0.5 Vh=0)
Lb sw x 2.2u IC=4.0000000
Rdcr x vo 10.4m
Co vo c1 47u IC=3.1747000
Resr c1 0 5m
Rload vo 0 0.79367500
.tran 5.208e-9 4.1667e-4 UIC
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

選降壓轉換器的電感、輸出電容時,要確認漣波、電感峰值電流、效率與晶片溫度。這頁照 TI 應用筆記的公式算,並用 ngspice 實跑開關波形確認。

什麼時候會用到
  • 選電感:值多大、飽和電流要多少
  • 選輸出電容:漣波會不會超規格
  • 估效率與晶片溫度,判斷要不要加大銅箔或換晶片
12 · CROSSTALK

兩條線靠多近會互相干擾?近端、遠端串音各多少?

微帶線、線寬 0.15 mm、間距 0.15 mm(1.00W)、平行 50 mm、上升 50 ps:近端 5.85%、遠端 27.45%(對入射電壓)。超過你設的 5%。遠端比較大:遠端串音跟平行長度成正比、跟上升時間成反比,縮短平行段或改帶狀線(上下都有地,偶奇模速度一樣,遠端幾乎沒有)最有效。
30.1 mV近端串音 NEXT
-141.3 mV遠端串音 FEXT
53.1 Ω單端阻抗(≈√(Ze·Zo))
94.1 Ω差動阻抗(2×Zodd)
阻抗從哪來2D 電場數值解(含銅厚 0.035 mm,預先算好;打開這頁會在你的裝置上重算)
解析對照近端平台(遠端反射回來之前)模擬 5.85%、解析 6.00%;遠端模擬 -27.45%、一階近似 -28.14%。終端 50 Ω 跟線的 53.1 Ω 不匹配,遠端串音會反射回近端,所以近端最大值(上面那格)可能比平台大。(入射 0.515 V)
受害線:近端(藍)、遠端(黃)
-200-150-100-5005010015020000.20.40.60.8時間 nsmV允許 ±5%
兩條線靠得近,攻擊線上的訊號會透過電場和磁場「漏」一點到旁邊的受害線。漏到靠近訊號源那一端的叫近端串音(藍線,一段平台),漏到另一端的叫遠端串音(黃線,一個尖峰)。微帶線上面是空氣、下面是板材,兩種耦合不平衡,所以遠端串音會出現,而且是負的。
間距拉開,串音降多少(近端藍、遠端黃,解析式)

間距掃描用 2D 場解算 10 個間距,計算中(幾秒),算好會自動更新。

這個模型的適用範圍

偶/奇模阻抗與有效介電常數用我們自己寫的 2D 電場數值解(在背景算,約 1~3 秒,算好自動更新;銅厚、綠漆、梯形都算進去);帶狀線在場解算好前先用 Cohn(IRE MTT-3,1955)的精確解(零厚度)暫代。拆成偶模、奇模各一段傳輸線(兩條線同寬時這樣拆是精確的)交給 ngspice 實跑;原本用 ngspice 的耦合傳輸線元件,上下同材質的帶狀線偶奇模一樣快時它分不開兩個模態、結果會亂跳(2026-10-12 改掉)。帶狀線預設截面(銅厚 0、長 20 mm、上升 50 ps)對 3D 全波(openEMS):近端峰值 3D 三種網格 16.25/14.65/14.16 mV、外插 13.33 mV,本頁 13.24 mV;遠端兩邊都在 1.5 mV 以內(入射 0.3%)。上下板材不同(下 4.2、上 3.0,線偏下、長 50 mm)時:近端 3D 外插 11.81 mV、本頁 11.59 mV;遠端 3D 外插 8.0~9.0 mV、本頁 7.56 mV(本頁低 6~16%;本頁的場解加密後已收斂,差距較可能來自 3D 網格對很小的偶奇模速度差解析不夠,未證實)。線剛好在交界、上下等高時,上下板材不同遠端也仍接近 0(3D 證實)。場解的銅厚處理拿實測微帶線對過,差 −0.01%(εr 由同組量測反推,不是完全獨立;見成績單)。微帶線的間距掃描曲線也用場解算 10 個間距。

做不到的:沒有算損耗與頻散(高速長線時串音會比這裡小一點);只算兩條線;有防護地線、帶狀線不在正中間的情況這裡沒有;4 埠耦合微帶線範例檔(Qucs 模擬)的差動與共模 TDR 阻抗也拿場解對過(見成績單)。

3D 全波對照(openEMS;頁面預設的截面尺寸,長度縮成 20 mm(頁面預設 50 mm,為控制網格數),銅厚當 0,上升 50 ps):網格加密兩級後,近端/遠端峰值比本頁模型多 2.4%/4.2%,且隨網格加密持續縮小,外插到網格無限細 21.39/45.42 mV,對本頁 −1.4%/+0.3%;頻域 2~15 GHz 相對穿越的比值差 ≤0.5 dB(近端零點除外)。

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crosstalk
Vs s 0 PWL(0 0 5.0000e-11 0 1.0000e-10 1)
Rs s a1 50
Ra2 a2 0 50
Rb1 b1 0 50
Rb2 b2 0 50
Ene1 ne1 0 a1 0 0.5
Ene2 ne2 ne1 a2 0 0.5
Vne ne2 nE 0
Eno1 no1 0 a1 0 0.5
Eno2 no2 no1 a2 0 -0.5
Vno no2 nO 0
Fn1e a1 0 Vne 1
Fn1o a1 0 Vno 1
Fn2e a2 0 Vne 1
Fn2o a2 0 Vno -1
Efe1 fe1 0 b1 0 0.5
Efe2 fe2 fe1 b2 0 0.5
Vfe fe2 fE 0
Efo1 fo1 0 b1 0 0.5
Efo2 fo2 fo1 b2 0 -0.5
Vfo fo2 fO 0
Ff1e b1 0 Vfe 1
Ff1o b1 0 Vfo 1
Ff2e b2 0 Vfe 1
Ff2o b2 0 Vfo -1
Te nE 0 fE 0 Z0=59.891519 TD=2.97658272e-10
To nO 0 fO 0 Z0=47.050428 TD=2.69521106e-10
.tran 1.250e-12 9.953e-10
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

兩條平行走線之間有電容和互感,攻擊線上一個邊緣跑過去,受害線兩端都會跑出一點電壓。這頁用 ngspice 的耦合傳輸線實跑,算近端與遠端串音,並用解析式拉一條「間距 vs 串音」的曲線,讓你直接看要拉開到幾倍線寬。

什麼時候會用到
  • 佈線空間不夠,想知道間距能縮到多小(常聽到的 3W 規則實際差多少)
  • 時脈、高速訊號旁邊走敏感訊號(reset、類比、低速控制線)
  • 平行走很長一段,想知道遠端串音會不會超標
串音就是兩條線「互相聽得到」。靠越近、平行越長、邊緣越快,聽得越清楚。近端串音主要看間距,遠端串音還跟平行長度和上升時間有關。
08 · POWER SEQUENCING

開機時各組電源照順序起來要多久?哪一組的湧入電流最大?

4 條電源軌依序起來,最後一條 PG 在 10.36 ms,在模擬時間內完成。湧入電流最大的是 VCORE 0.9V:9.16 A,要對照上游的限流設定。
控制線:在接收端 VIL~VIH 之間停 7.96 ms,經 ESD 二極體灌進 V1P8 1.8V 最大 0.120 mA(細節看下面控制線那張圖)。
電源軌到 90%PG湧入峰值
VCCDSW 1.8V0.91 ms1.90 ms0.22 A
VCCIO 1.05V4.21 ms5.22 ms2.15 A
VCORE 0.9V6.58 ms7.57 ms9.16 A
V1P8 1.8V9.37 ms10.36 ms0.40 A
各電源軌電壓
00.511.522.505101520時間 msVPG1 1.90 msPG2 5.22 msPG3 7.57 msPG4 10.36 ms
電腦開機時,各組電源要照順序一組一組起來:前一組穩了(PG=電源好了),下一組才開。每一組起來時要先把輸出電容充飽,所以會有一陣比平常大的電流(湧入電流),軟啟動時間越短、電容越大,這陣電流越大。
控制線電壓(紅)+上拉那條與接收端那條電源(淡色)
00.511.522.505101520時間 msVVIL 30%VIH 70%

控制線(上拉 10 kΩ 接 VCCDSW 1.8V、接到由 V1P8 1.8V 供電的 IC):VCCDSW 1.8V 已經起來時,訊號只到 0.60 V——被還沒上電的 V1P8 1.8V(當時還是 0 V)經 IC 內部 ESD 二極體鉗住,要等它起來才跟著往上,到 8.76 ms 才過 90%。訊號在接收端的 VIL~VIH(0.54~1.26 V,以它的電源 30%/70% 估)之間停了 7.96 ms,這段時間接收端讀成 0 或 1 都有可能——邊緣觸發或沒有施密特輸入的腳位,這裡就可能看到 glitch。這就是邊緣中途的拐點,拐點電壓≈對方電源+約 0.6 V;這段期間經 ESD 二極體灌進對方電源的電流最大約 0.120 mA。

各電源軌電流(含湧入電流)
02468101205101520時間 msA

模型把每個穩壓器當成「跟著軟啟動斜坡走的理想電壓源」(內阻 1 mΩ),負載是電阻;沒有限流、沒有迴路動態、沒有電源軌之間的倒灌(倒灌請用跨電源域倒灌檢查器)。湧入電流=C×V÷軟啟動時間+V÷R,是軟啟動結束那一刻的值。控制線:接收端 IC 的輸入用兩顆 ESD 二極體(到它的電源、到地,IS=1×10⁻¹⁴ A)代表;還沒上電的電源軌在模型裡被穩穩壓在 0 V,所以算出的拐點電壓是最低的情況。實際上沒上電的軌如果是浮接、負載很輕,灌進去的電流會把它墊高(倒灌),拐點會比這裡高——那一半請用跨電源域倒灌檢查器看。

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pseq
Br0 0 rp0 I = (1 > 0.5) && (v(rp0) < 1) ? 1000 : 0
Cr0 rp0 0 1 IC=0
Rr0 rp0 0 1e12
Bv0 src0 0 V = 1.8*min(v(rp0),1)
Vm0 src0 s0 0
Ro0 s0 out0 1m
Co0 out0 0 22u IC=0
Rl0 out0 0 10
Bp0 0 pt0 I = (v(out0) > 1.62) && (v(pt0) < 1) ? 1000 : 0
Cp0 pt0 0 1 IC=0
Rp0 pt0 0 1e12
Bg0 pg0 0 V = v(pt0) >= 0.999 ? 1 : 0
Bd1 0 dt1 I = (v(pg0) > 0.5) && (v(dt1) < 1) ? 2000 : 0
Cd1 dt1 0 1 IC=0
Rd1 dt1 0 1e12
Br1 0 rp1 I = (v(dt1) >= 0.999) && (v(rp1) < 1) ? 500 : 0
Cr1 rp1 0 1 IC=0
Rr1 rp1 0 1e12
Bv1 src1 0 V = 1.05*min(v(rp1),1)
Vm1 src1 s1 0
Ro1 s1 out1 1m
Co1 out1 0 100u IC=0
Rl1 out1 0 0.5
Bp1 0 pt1 I = (v(out1) > 0.9450000000000001) && (v(pt1) < 1) ? 1000 : 0
Cp1 pt1 0 1 IC=0
Rp1 pt1 0 1e12
Bg1 pg1 0 V = v(pt1) >= 0.999 ? 1 : 0
Br2 0 rp2 I = (v(pg1) > 0.5) && (v(rp2) < 1) ? 666.6666666666666 : 0
Cr2 rp2 0 1 IC=0
Rr2 rp2 0 1e12
Bv2 src2 0 V = 0.9*min(v(rp2),1)
Vm2 src2 s2 0
Ro2 s2 out2 1m
Co2 out2 0 470u IC=0
Rl2 out2 0 0.1
Bp2 0 pt2 I = (v(out2) > 0.81) && (v(pt2) < 1) ? 1000 : 0
Cp2 pt2 0 1 IC=0
Rp2 pt2 0 1e12
Bg2 pg2 0 V = v(pt2) >= 0.999 ? 1 : 0
Br3 0 rp3 I = (v(pg2) > 0.5) && (v(rp3) < 1) ? 500 : 0
Cr3 rp3 0 1 IC=0
Rr3 rp3 0 1e12
Bv3 src3 0 V = 1.8*min(v(rp3),1)
Vm3 src3 s3 0
Ro3 s3 out3 1m
Co3 out3 0 47u IC=0
Rl3 out3 0 5
Bp3 0 pt3 I = (v(out3) > 1.62) && (v(pt3) < 1) ? 1000 : 0
Cp3 pt3 0 1 IC=0
Rp3 pt3 0 1e12
Bg3 pg3 0 V = v(pt3) >= 0.999 ? 1 : 0
Rcl out0 sig 10k
Ccl sig 0 20p IC=0
Desd1 sig out3 DESD
Desd2 0 sig DESD
.model DESD D(IS=1e-14 N=1)
.tran 1.000e-5 2.000e-2 UIC
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

電腦從待機到開機,各組電源要照晶片規定的順序一組一組起來,前一組 PG(電源好了)下一組才能開。這頁照你填的軟啟動時間、延遲、電容與負載,算出每一組到達門檻與 PG 的時間,以及每一組起來時的湧入電流。

什麼時候會用到
  • 檢查整串電源時序總共多久、有沒有超過晶片規定的上限
  • 確認湧入電流不會讓上游的電源或保險絲限流跳掉
  • 改了某一組的軟啟動或輸出電容,看後面每一組的時間怎麼跟著變
每一組電源起來時,都要先把自己的輸出電容充飽,所以會有一陣比平常大的電流。軟啟動越快、電容越大,這陣電流越大。
09 · LEVEL SHIFTER

一邊斷電時,另一邊的電會不會倒灌回去?

CPU 端被拉到 1.05 V(不確定區),有 7.45 µA 從 1.8 V 倒灌進斷電的 3.3 V 側。WAKE# 落在不確定區,CPU 可能把它當成「有人叫醒」。
1.8 V3.3 V 斷電=0 VR7 100kR8 100kQ2 G=1.8 V寄生二極體導通CPU 拉低Option 拉低CPU 1.05 VOption 0.75 V倒灌 7.45 µA:1.8V→R7→二極體→R8→3.3V
低不確定高
CPU 端 1.055 V,1.8 V 輸入門檻以 RP2040 datasheet Table 625 為例(VIL 0.63 V/VIH 1.17 V)
線的顏色代表電壓:越綠越高、灰色是 0 V。移動的點是電流在流,點跑越快電流越大;紅點是不該有的倒灌電流。
下面的長條是 CPU 讀到的電壓:落在「低」代表 CPU 認為 WAKE# 被按下,「不確定」代表結果看晶片當下狀況,可能誤判。
節點電壓
CPU 端(1.8 V 側)1.055 V
Option 端(3.3 V 側)0.745 V
1.8 V 電源輸出電流7.45 µA
3.3 V 電源輸出電流-7.45 µA

與命令列 ngspice 47 比對:8 種狀態的 CPU 端電壓最大差 3.5×10-7 V。

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levelshifter
V18 v18 0 1.8
V33 v33 0 0
R7 v18 cpu 100k
R8 v33 opt 100k
M2 opt v18 cpu cpu NM W=100u L=1u
DB2 cpu opt DB
Ropt opt 0 1000000000000
Rcpu cpu 0 1000000000000
.model NM NMOS(LEVEL=1 VTO=1 KP=50u IS=1e-18)
.model DB D(IS=1e-14)
.op
.end
什麼時候會用到、這頁在算什麼

雙 N-MOS level shifter 讓 1.8 V 的 CPU 和 3.3 V 的周邊互相傳 WAKE# 訊號。平常都正常,問題出在 3.3 V 側斷電、1.8 V 還有電 的時候:只用一顆 MOSFET,電會從寄生二極體漏過去;改成兩顆背對背,二極體方向相反,路就斷了。

什麼時候會用到
  • 1.8 V 的 CPU 和 3.3 V 的周邊互傳 WAKE#、PWRBTN# 這類訊號,用雙 N-MOS 轉電壓準位
  • 一邊先斷電時,確認不會倒灌、不會誤觸發喚醒
  • 評估只用一顆 MOSFET 還是要兩顆背對背
不同電壓的晶片不能直接接在一起,中間要一個「轉換器」(level shifter)。用 MOSFET 做的轉換器很便宜,但 MOSFET 裡面天生有一顆二極體;一邊斷電時,電可能從那顆二極體漏過去。這頁讓你切換四種電源狀態,看每個點的電壓。
11 · METHOD & LIMITS

每個模型從哪裡來、跟什麼比過、哪裡還不夠

模型來源怎麼驗的限制(還沒做到的)
突波產生器IEC 61000-4-5 標準簡化電路;元件值取自 YouSpice 公開範例(Cc 7.76 µF、Rs1 14.8 Ω、Rm 1.05 Ω、Lr 9.74 µH、Rs2 23.3 Ω)開路電壓、短路電流的波前與持續時間用第 3 版定義計算,對標稱值;4 kV 打 42/12/2 Ω 的峰值對 ST AN4275 Table 2容許範圍表未取得原文;未做第 3 版 18 µF 電容驗證法
耦合網路40 Ω 串聯(ST AN4275 對其他線對地的描述);可加耦合電容(Teseq CDN 公開介紹有提到,容值未公開)可切換三種方式比較沒有原廠 CDN 的完整電路,耦合電容值是可調參數,不是實測
SIDACtorLittelfuse SIDACtor DO-214 datasheet(Rev. 01/06/14)p.142–143,P4500SCLHLRP:VS 530 V max @100 V/µs、IH 50 mA min、VT 4 V max @2.2 A、電容 25–65 pF、IPP 8/20 µs 400 A min、di/dt 500 A/µs max到 VS 一次閂鎖導通的開關+30 pF;峰值電流對原廠 IPP 額定未用原廠 SPICE 模型;VS 是 100 V/µs 下的值,突波上升更快時實際觸發點可能更高(可用滑桿往上掃);未模擬 IH 關斷;導通電阻是估計值;di/dt 尚未列入檢查
ESD 產生器150 pF/330 Ω(TI SLVA233A 提到的 human/metal model)+一條擬合的快速放電支路打進 2 Ω 量第一峰、10–90% 上升時間、30/60 ns 電流,對 TI SLVA233A Table 2(p.3)快速支路是擬合等效電路,不代表實體結構;30 ns 點偏低 13.5%;規範原文未取得
TVS兩顆背對背崩潰二極體+動態電阻+電容+封裝電感;預設值取自 TI TPD1E10B06 datasheet(Rev. G)參數由圖 5-3(TLP)擬合,再拿另一張量測圖 5-1(+8 kV 鉗位波形)獨立驗證;並檢查 §5.6 鉗位電壓上限圖是目測讀值(約 ±1 V);低電流區的軟膝點只用直線近似;尖峰高度取決於走線電感
受保護 IC腳位電容+內部 ESD 二極體(到 VDD 與地)—內部二極體導通電阻是估計值;VDD 當成理想電源
倒灌檢查器KiCad netlist 結構依 KiCad 原始碼 netlist_exporter_xml.cpp;電源域由 net 名稱推斷自建示範電路埋 3 個已知問題:3/3 抓到;另外 1 筆是同一條 SMBus 線的直連提醒(開汲極,屬保守提醒);倒灌電流對手算 (V−0.6)/(R+Roff)只認名稱規則,推錯要手動改;多電源晶片不知道腳位屬哪個電源;Allegro/OrCAD 格式還不支援(沒有樣本檔)
上拉計算器TI SLVA689 式 (1)(6);SMBus 3.1 的 VIL/VIH、tR 與 Note 7 量測範圍SLVA689 §4 例題:Rp(max)、Rp(min) 都對上;用 ngspice 在 Rp(max) 實跑,上升時間剛好等於 Fast mode 的上限(驗證式 5)匯流排電容當成一顆集中電容;沒有含走線傳輸線效應與裝置漏電流;SMBus 的 Rp 上限是我們推的
LDO 負載暫態行為等效模型(積分器控制的通過元件、上下不對稱增益、抗飽和下限、負載調整),以 TI TPS7A20 datasheet SBVS338H p.16–17 量測圖為基準圖 5-51、5-54 擬合 3 個參數;圖 5-53、5-52 的 3 個量測點獨立驗證,差 −9.5%~−11.5%從 0 mA 起跳做不到(−56%~−72%),最小負載擋 1 mA;只有 COUT=1 µF 的量測,改電容是外推;換別顆 LDO 要重新擬合;圖是目測讀值
TDR/傳輸線ngspice 無損傳輸線(T 元件)三段+負載 R∥C無損:對我們另外寫的反射(lattice)解析算法,4 項差 ≤0.002%;有損:波前衰減 e^(−Rℓ/2Z0) 與直流分壓 2 項,差 ≤0.054%;S 參數:ngspice 交流分析對 ABCD 矩陣解析,差 <10⁻¹⁰ dB有損模式只有直流導體電阻(沒有集膚效應、介質損耗、色散);耦合(串音)在「串音」那頁;負載電容的情況沒有解析對照
串音2D 電場數值解算偶/奇模(帶狀線算好前用 Cohn 精確解暫代),拆成偶模、奇模兩段傳輸線交給 ngspice(2026-10-12 前用耦合線元件 CPL,偶奇模一樣快時會出錯)近端平台對 Kb=(Ze−Zo)/(2(Ze+Zo))、遠端對一階近似、線長加倍遠端成正比,5 項差 ≤0.12%;場解另對 4 埠耦合微帶線範例檔(見成績單)沒有損耗與頻散;只算兩條線;帶狀線、防護地線、綠漆沒有;參數範圍 0.1 ≤ W/H、S/H ≤ 10
上電時序每條軌=跟著軟啟動斜坡的理想電壓源(1 mΩ 內阻)+輸出電容+電阻負載;PG=過門檻後再延遲PG 時間與湧入電流對解析解(延遲+門檻×軟啟動+PG 延遲;C×V÷tss+V÷R),3 項差 ≤1.3%沒有穩壓器的迴路動態、限流、電源軌之間的倒灌;負載只有電阻
Bob Smith 終端單一對線的簡化:中心抽頭 → 75 Ω → 高壓電容 → 機殼同一電路在命令列 ngspice 47 跑過對照未含變壓器漏感與四對線並聯;結果看相對大小
雙 N-MOSngspice LEVEL 1 MOSFET,Vth 1.0 V(PJT138K datasheet 典型值);寄生二極體用獨立二極體元件表示8 種狀態與命令列 ngspice 47 比對,最大差 3.5×10-7 VLEVEL 1 是簡化模型;CPU 輸入門檻以 RP2040 1.8 V IO 為例,實際要看該晶片的 datasheet
阻抗計算器我們自己寫的 2D 電場有限差分解(解截面 ∇·(ε∇φ)=0,算有板材與全空氣兩次的每單位長度電容,換成阻抗與 εeff),銅厚、綠漆、梯形截面照實畫進去零厚度帶狀線對 Cohn 精確解;Polar AP8259 偏置帶狀線差動對對 Polar 商用場解與測試板 TDR 實測;含銅厚對 scikit-rf 公開實測微帶線(見成績單)綠漆與梯形同時(這版只算綠漆)、旁邊有防護地或鋪銅、頻率相關的損耗與頻散;微帶線常用公式對照暫時拿掉,等照論文原文重寫
差動對 skew時域:ngspice 兩條獨立的無損傳輸線(P 線多 δ 的延遲);頻域:|Sdd21|=|cos(πfδ)|、|Scd21|=|sin(πfδ)|;限制值照 TI SLLA414Angspice 對解析式(見成績單)兩條線之間的耦合、損耗、繞線彎角本身的延遲差
過孔殘段兩段理想傳輸線(通過段+開路殘段),ngspice 交流分析掃 0~40 GHz對 ABCD 矩陣解析;趨勢對 Multek 2011 IPC APEX 公開實測(該文沒有逐點數字,未進成績單)過孔阻抗要自己填(3D 參考:鑽孔 0.25 mm、εr 3.8、地平面厚 0.035 mm,反焊盤 0.5/0.6/0.8 mm(平面每 0.15 mm)量到 35/40/46 Ω,平面每 0.25 mm 時 42 Ω;同軸公式只估 21/27/36 Ω,低估 23~40%;過孔裡的波速也比 √εr 估的慢約 1.3~1.5 倍)、板材損耗、相鄰過孔耦合、焊盤電容;未修正的四分之一波長值不能當安全邊際
電源阻抗 PDN穩壓器(R+L)並聯最多 4 組去耦電容(C+ESR+ESL+安裝電感),ngspice 交流分析 1 kHz~1 GHz;可貼原廠 SPICE 模型ngspice 對複數阻抗解析;三參數電容模型與原廠模型各自對 Murata 公開量測核對(只列誤差,量測值依條款不放)電源與地平面、封裝與晶片內部電容、MLCC 直流偏壓、穩壓器迴路響應;三參數模型在自諧振附近差 21~61%
DC-DC 降壓TI SLVA477C(漣波電流、峰值電流、輸出漣波)與 SLVA390A(導通損耗、DCR、效率);ngspice 理想同步降壓開關模擬ngspice 對 SLVA477C 公式;效率推算對 SLVA390A Table 1 的 TPS54620 實測 6 個電流點(差 −0.8~−1.5 個百分點)回授與穩定度(開迴路)、輕載不連續與省電模式、輸入電容與輸入漣波、EMI;RθJA 依 PCB 而定
讀入 S 參數/眼圖Touchstone 檔反 FFT 成脈衝與步階響應(TDR);眼圖用單一位元脈衝響應疊加 PRBS7自己匯出的檔讀回一致;scikit-rf 公開實測微帶線與共面波導、Qucs 4 埠耦合線範例檔;眼圖對解析值與直接模擬整串 PRBS時間解析度受檔案頻寬限制;缺低頻資料的檔不能用;驅動端理想線性,沒有抖動、雜訊與等化器
IBIS 驅動器IBIS Version 8.0 規格(ibis.org):讀 typ/min/max 三欄的 I-V 表、V-T 波形、C_comp、[Voltage Range]、[Package];用同一邊緣兩條不同治具的波形,在晶粒節點寫電流平衡解出上拉/下拉切換係數(規格沒規定演算法,自己推);B 電源查表交給 ngspiceIBIS I/O Buffer Accuracy Handbook §4.3 的做法:拿自己寫的電晶體級示範驅動器抽出 IBIS,兩者接到建模沒用過的三種負載比負載端 50% 延遲(typ、min、max 三角落 18 項+另一顆性質不同的驅動器 6 項,差 −2.6%~+0.9%);另外接回建模治具,跟表格最大差 <7.4 mV高阻抗治具(如 2 kΩ)的原廠檔:波形與 I-V 表在直流的小差會被放大成係數偏離 0~1(頁面會檢查並寫出);沒有差動、[Driver Schedule]、預強調、IBIS-AMI、多組電源;每個邊緣要兩條波形;還沒拿原廠 IBIS 對原廠量測
插入損失預算導體:2D 電場數值解+Wheeler 增量電感法(Pozar《Microwave Engineering》3.7 節);粗糙度:Hammerstad–Jensen(Polar AP8203 eq.2)、Huray(Huray 2010 eq.9)、Cannonball(Lamsim/Polar AP8203 eq.5~7);介質:Djordjevic–Sarkar(IEEE Trans. EMC 2001;以 scikit-rf 交叉核對);額度:USB-IF《USB 3.1 Channel Loss Budgets》與 2019《USB4 Cable Electricals and System Design》(usb.org 公開下載);PCIe Gen5 用 Electronic Design 的 Astera Labs 文章(2023)、Gen6 用 Tektronix 白皮書;PCIe Gen3/4 的主機板額度與溫濕度加成請照你手上的規格填(PCI-SIG 原始簡報查不到公開版,不引用)置中帶狀線導體損耗對 Pozar 式 3.198/3.199,三組差 0.5~3.9%;同一條帶狀線對 openEMS 3D(實心導體、代用導電率)網站高 1.4~2.8%;微帶線導體損耗用同樣做法對 openEMS 3D 網站高 2.8~4.4%(1 GHz 外插後約 5.2%);微帶線介質損耗對 openEMS 3D 網站高 0.8%;scikit-rf 公開實測微帶線(MSL100/200 相減)只用 1 GHz 反推 εr 與 Df,預測 3/5 GHz 的損耗(誤差見成績單);過孔用過孔殘段頁的 ABCD 解析綠漆、輻射、反射漣波、串音、微帶線的幾何頻散沒算(頻散公式的原始論文還沒取得);連接器與 AC 電容只能填 Nyquist 值;粗糙度參數沒有實測可對(高頻三種模型差很多);Gen6 額度只有廠商來源;USB 封裝損耗要自己填;只看損耗預算不等於通道合規(PCI-SIG 簡報原話的意思:要用統計模擬器跑 S 參數)
磁珠濾波磁珠用 Rdc 串 L∥R∥C 三元件近似(ADI《Ferrite Bead Demystified》的做法;預設 TE BMB2A1000LN2 零偏壓參數取自該文圖 1~2);電容 C+ESR+ESL;頻域複數阻抗分壓增益峰對二階 RLC 封閉解、整條曲線對 ngspice .ac 逐點,4 項差 ≤0.11%對 ADI 公開量測(讀圖):峰頻低 14%;峰高在源阻抗當 0 時多 12 dB,若源阻抗約 2 Ω 可解釋(此值由量測反推、不計分;TDK 磁珠 S 參數量測顯示磁珠本身跟簡易模型一致);磁珠直流偏壓只用「電感剩幾 %」近似;電容直流偏壓與溫度沒算;ADI 文章原文 PDF 從這邊打不開,參數取自轉載版(Power Systems Design)
輸出電壓公差VOUT=VREF(1+R1/R2)+IFB·R1;最壞情況把每項誤差的上下限所有組合都算一次;RSS 用各項靈敏度;蒙地卡羅固定亂數種子最壞情況對封閉式、蒙地卡羅標準差對 RSS(常態與均勻)、TI SSZT815 兩個算例、Sachs 分壓比算例(旁證),8 項差 ≤0.84%沒有算穩壓器的負載/線調整與迴路漣波、焊接與老化漂移;電阻出廠分布沒有原廠公開說明,兩種假設都給;TI 算例用線性近似,這頁算全部組合,所以差約 0.8%
晶振負載電容CL=C1·C2/(C1+C2)+Cs、gm_crit=4·ESR·(2πF)²·(C0+CL)²、驅動功率 DL=ESR(πF·Ctot·Vpp)²/2(ST AN2867 Rev 10 §3.3~3.5,從 Raltron 轉載版讀);頻率偏移與靈敏度(Raltron《Crystal Mini Primer》式 1.4、1.7);預設晶振 Abracon ABM8、Micro Crystal CM7V-T1A(datasheet 數值)ST AN2867 與 Raltron 的 6 個算例,6 項差 ≤1.6%(ST 的 gm_crit 原文只取兩位有效數字)晶片 gm 要自己查晶片 datasheet;ABM8 沒給動態電容(5 fF 是估計);沒算溫度漂移與老化;負阻要實測(ST 的串聯電阻法)
走線載流與溫升IPC-2221 公式 I=k·ΔT^0.44·A^0.725(A 用 mil²,外層 k 0.048、內層 0.024);並列 Brooks & Adam 2015 依 IPC-2152 數據擬合的式子(外層一組、內層依銅厚);電阻用退火銅電阻率與溫度係數擬合式對論文自己給的數字(內層 2 oz 圖上 100 °C 那一點、外層熱模擬 96 °C),2 項差 ≤17.3%;IPC-2221 對熱模擬那列是示範公式本身的偏差,不計入單一孤立走線、靜止空氣;鄰近走線、過孔、銅皮與平面層散熱、氣流都不算;擬合式只在論文有數據的銅厚與線寬內,超出不外推;IPC-2221 原圖只到 35 A、400 mil、溫升 10~100 °C、0.5~3 oz
走線熔斷電流Onderdonk 公式(絕熱:熱完全散不出去)33.5·(I/A)²·t=log10((1083−Ta)/(234+Ta)+1),Ta 20 °C 時 t=0.0346·(A/I)²;另列 Brooks & Adam 2015 熱模擬的實際倍數(只有論文的六組)常數對銅的物性自己積分推一次、論文例題(103 mil²、1 秒),2 項差 ≤0.82%不算散熱,所以對「故障時撐得住」是保守的、對「拿走線當保險絲」是反的;超過 10 秒不準;比熱隨溫度上升、相鄰走線、過孔都不算;倍數表不內插
開關節點 RC 緩衝器LC 共振:(f1/f2)²=(Cp+Cs)/Cp → Cp=Cs÷((f1/f2)²−1),Lp=1/((2πf1)²·Cp),Z=√(Lp/Cp),建議 R=Z、C 取 Cp 的 1~4 倍,電阻功耗 C·Vin²·fsw(ROHM 應用筆記、TI 論壇附件的方法)ROHM 實測例題(Cp、Lp、Z、功耗),4 項差 ≤0.30%;TI 論壇例題只列誤差等級;ngspice 兩列跟公式同一套物理,不計入寄生當成一組集中 L、C;振鈴幅度兩家都沒給數字,只驗頻率關係與建議阻值;實際要在板子上量波形確認
湧入電流I=C·0.8·VIN/tR(TI TPS22918 資料表算例);CT 換算用 TPS22918/TPS22965 資料表近似式;直接接電容用串聯 RLC 解析解,峰值上限 V/(R+ESR)(Vishay OS-CON);保險絲 I²t 與降額(Vishay 文件 50092)TI 算例、Vishay 兩個算例,與 TI SLVA670A 三組實測(兩組實測高約 12%、一組低 4%,低的那組原因判不了,可能是電容實際容值(陶瓷電容加直流偏壓後容值會變小)、電流探棒頻寬或上升時間讀值),7 項差 ≤12.4%沒有算電源本身的限流、MOSFET 的 SOA、熱插拔控制器的功率限制;CT 近似式跟資料表的表差 4~16%;保險絲降額要看各廠曲線
數字有變過的地方(對舊截圖時請看這裡)

2026-10-13 v7.53:差動對 skew 頁:USB3/PCIe 的對內長度差上限仍是 5 mil,出處改成非原廠應用筆記的公開文件(LattePanda Mu USB 3.2 設計指南、congatec AN53),並註明這是業界經驗值、USB-IF/PCI-SIG 規範原文沒有這個長度;DisplayPort/HDMI 不再提供預設上限,請填你的晶片廠或規範給的值(API 的 diff_skew 新增 lim 參數,沒帶時 limit_ps 回 null),所以選 DP/HDMI 的舊截圖判定會不同。阻抗頁與串音頁:同時填綠漆與蝕刻梯形時,結論句改成照實寫「有綠漆時截面以矩形計」(數值沒變,以前句子寫成梯形)。阻抗算法修正:梯形截面的斜邊格線改成跟走線厚度對齊(原本斜邊切成會隨網格跳的階梯),單線的計算也修正(原本梯形內縮分攤錯、計算邊界太近)。有填蝕刻(梯形)時數字會跟上一版不同,用 JLCPCB 4 層/6 層疊構實算:單端微帶 +0.27~+0.38%、帶狀線 +0.24~+0.66%、差動對 −0.53~−0.99%;阻抗頁蝕刻填 0 的結果不變;插入損失頁單端微帶的矩形也會小幅變(例如 53.70→53.85 Ω,往阻抗頁的值靠),導體損耗小幅下降(約 0.1~0.3%)。串音頁:算法改成偶模、奇模各一段無損傳輸線再接回兩條實體線(原本用 ngspice 的耦合線元件,偶模奇模一樣快時它分不開兩個模態),所以串音結果會變,例如微帶線 20 mm、50 ps 的遠端由 45.7 mV 變成 43.2 mV(約 −6%),舊截圖會對不上。IBIS 讀入:重建波形的取樣改成「波形表的時間點加上均勻 400 點」,驗證用的負載也加了漏電阻,所以上傳 IBIS 重建出來的波形與眼圖會跟舊版不同。成績單新增「阻抗計算器 vs 主流板廠線上計算器」65 列;另有 8 列倒灌檢查器的「人工判讀(自建示範)」不計進驗證總數;TI 對照的列只顯示誤差等級(<0.5%、0.5~1%、1~3%、>3%),不列誤差數值。

2026-10-10 v7.7:插入損失預算:PCI-SIG 兩份簡報在官網查不到公開版,網站上出自它們的數字拿掉——PCIe Gen3/4 的主機板額度改成自己填(新增「主機板額度」欄),PCIe Gen5 改引 Electronic Design 公開文章(總 36 dB、主機板最壞 16 dB,數字不變),每吋損耗代表值表與溫濕度加成百分比拿掉。預設介面從 PCIe 4 改成 PCIe 5,所以預設的判定跟舊截圖不同。USB 的出處都改附 usb.org 公開網址與頁碼。

2026-10-10 v7.6:電源阻抗 PDN 頁拿掉 5 個 Murata 料號的預設參數(從 Murata 量測檔抽出的值;Murata 使用條款禁止轉散布或重製資料),預設改成示範用整數(10 µF/1 µF/0.1 µF),所以預設的阻抗曲線和判定跟舊截圖不同。成績單 c1~c5 改成「以實測為 100%」顯示,誤差不變。

2026-10-10 v6.5:阻抗計算器不再顯示微帶線的公式對照欄(Hammerstad–Jensen、Kirschning–Jansen),串音頁的微帶線也不再用公式暫代,一律等 2D 數值解;原因:這兩套公式的程式實作來源要照論文原文乾淨重寫,重寫好再加回來。主答案本來就是數值解,數字不變;成績單因此少了「數值解對這兩套公式」的 5 列。先前「常用公式在細間距時高估約 12%」的發現仍然成立(那是拿公式結果對我們的數值解與 Polar 實測得出的)。另外插入損失頁的微帶線頻散還沒算,同樣等原始論文。

2026-10-10 v3.9:串音頁的阻抗從耦合線公式改成 2D 電場數值解(公式在細間距時不算銅厚)。預設情境(線寬、間距 0.15 mm、銅 35 µm)因此改變:差動阻抗 107.0 → 約 94 Ω、近端串音 5.34% → 約 5.9%、遠端串音 19.28% → 約 27.9%。

2026-10-10 v3.6:讀入 S 參數檔時,埠口一進去就不連續的檔,TDR 原本只讀到一半反射,已修正;實測微帶線那項由 47.69 Ω 更正為 48.46 Ω。

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