PCB-Neuigkeiten - Analyse parasitärer Eigenschaften von PCB-Durchkontaktierungen und Aufmerksamkeitspunkten

In der Leiterplattenindustrie, die Kosten der Bohrung auf dem Leiterplatte beträgt in der Regel 30% bis 40% der Kosten der Leiterplatte, und die Via ist einer der wichtigen Komponenten der Mehrschichtige Leiterplatte. Kurz gesagt, Jedes Loch auf der Leiterplatte kann ein via aufgerufen werden.

Vias erscheinen als diskontinuierliche Impedanzbrechpunkte auf der Übertragungsleitung, die Signalreflexionen verursachen. Allgemein, die äquivalente Impedanz eines Durchgangs ist etwa 12% niedriger als die einer Übertragungsleitung. Zum Beispiel, the impedance of a 50 ohm transmission line will decrease by 6 ohms when passing through a via (specifically, Es hängt von der Größe und Dicke des, not an absolute reduction). Allerdings, die Reflexion durch die diskontinuierliche Impedanz des Durchgangs ist eigentlich sehr gering. The reflection coefficient is only: (44-50)/(44+50)=0.06. Die Probleme, die durch die Via verursacht werden, konzentrieren sich stärker auf die parasitäre Kapazität und Induktivität. Auswirkungen.

Die Via selbst hat parasitäre Streumkapazität. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser der Lötmaske auf der Bodenschicht des Durchgangs D2 ist, der Durchmesser des Durchgangspads ist D1, die Dicke der Leiterplatte ist T, und die Dielektrizitätskonstante des Plattensubstrats ist ε, Die Größe der parasitären Kapazität des Durchgangs ist ähnlich wie: C=1.41ε Die parasitäre Kapazität des Durchgangs hat den Haupteffekt auf die Schaltung ist, die Anstiegszeit des Signals zu verlängern und die Geschwindigkeit der Schaltung zu reduzieren. Zum Beispiel, für eine Leiterplatte mit einer Dicke von 50Mil, if the diameter of the via pad is 20Mil (the diameter of the hole is 10Mils), und der Durchmesser der Lötmaske ist 40Mil, then we can approximate the through hole by the above formula The parasitic capacitance is roughly:

The amount of change in rise time caused by this part of the capacitance is roughly:

From these values, Es ist zu sehen, dass die Wirkung der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität eines einzelnen Durchgangs verursacht wird, nicht sehr offensichtlich ist, wenn das Via mehrfach in der Trace verwendet wird, um zwischen Ebenen zu wechseln, mehrere Durchkontaktierungen werden verwendet., Das Design muss sorgfältig geprüft werden. Im eigentlichen Design, the parasitic capacitance can be reduced by increasing the distance between the via and the copper area (Anti-pad) or reducing the diameter of the pad.

Parasitische Kapazitäten existieren sowohl in Vias als auch in parasitären Induktivitäten. Bei der Gestaltung von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen, Der Schaden, der durch parasitäre Induktivitäten von Vias verursacht wird, ist oft größer als der Einfluss parasitärer Kapazität. Seine parasitäre Reiheninduktivität schwächt den Beitrag des Bypass-Kondensators und schwächt die Filterwirkung des gesamten Stromsystems. We can use the following empirical formula to simply calculate the parasitic inductance of a via:

Where L refers to the inductance of the via, h ist die Länge des Durchgangs, und d ist der Durchmesser des Mittellochs. Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Durchmesser des Durchgangs einen geringen Einfluss auf die Induktivität hat, und die Länge des Durchgangs hat den größten Einfluss auf die Induktivität. Verwenden Sie weiterhin das obige Beispiel, the inductance of the via can be calculated as:

If the rise time of the signal is 1ns, dann ist seine äquivalente Impedanz: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Diese Impedanz kann nicht mehr ignoriert werden, wenn hochfrequente Ströme passieren. Besonderes Augenmerk sollte darauf gelegt werden, dass der Bypass-Kondensator beim Anschluss der Leistungsebene und der Masseebene zwei Durchgänge durchlaufen muss, so dass die parasitäre Induktivität der Vias exponentiell zunimmt.

Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften von Vias, Wir können sehen, dass in High-Speed PCB Design, Scheinbar einfache Durchkontaktierungen bringen oft große negative Auswirkungen auf das Schaltungsdesign. Um die negativen Auswirkungen der parasitären Effekte der Vias zu reduzieren, Im Design kann folgendes getan werden:

. Sowohl Kosten als auch Signalqualität berücksichtigen, Wählen Sie eine angemessene Größe über Größe. Falls nötig, Sie können verschiedene Größen von Vias in Betracht ziehen. Zum Beispiel, für Strom- oder Masseverbindungen, Sie können eine größere Größe zur Reduzierung der Impedanz in Betracht ziehen, und für Signalspuren, Sie können kleinere Vias verwenden. Natürlich, wenn die Größe des Durchgangs abnimmt, die entsprechenden Kosten steigen.
. Die beiden oben diskutierten Formeln können geschlossen werden, dass die Verwendung einer dünneren Leiterplatte vorteilhaft ist, um die beiden parasitären Parameter der.
. Versuchen Sie nicht, die Schichten der Signalspuren auf dem Leiterplatte, das ist, Versuchen Sie, keine unnötigen Vias zu verwenden.
. Die Stifte des Netzteils und des Bodens sollten in der Nähe gebohrt werden, und die Leitung zwischen dem Durchgang und dem Stift sollte so kurz wie möglich sein. Erwägen Sie, mehrere Durchgänge parallel zu bohren, um die äquivalente Induktivität zu reduzieren.
. Platzieren Sie einige geerdete Durchkontaktierungen in der Nähe der Durchkontaktierungen der Signalwechselschicht, um den nächsten Rückweg für das Signal bereitzustellen. Sie können sogar einige redundante Masseverschlüsse auf der Leiterplatte platzieren.
. Für hohe Geschwindigkeiten mit höherer Dichte Leiterplattes, Sie können die Verwendung von Micro Vias in Betracht ziehen.