Leiterplattentechnisch - Parasitische Kapazität und Induktivität von Vias und wie man Vias verwendet

Parasitische Kapazität und Induktivität von Vias und wie man Vias verwendet

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 PCB ist T, und die dielektrische Konstante der Leiterplatte substrate is ε, Die parasitäre Kapazität des Durchgangs beträgt ungefähr C=1.41εTD1/(D2-D1)
The main effect of the parasitic capacitance of the via hole on the circuit is to extend the rise time of the signal and reduce the speed of the circuit. Zum Beispiel, für eine PCB mit einer Dicke von 50 mils, if the diameter of the via pad is 20 mils (drilling diameter is 10 mils) and the diameter of the solder mask is 40 mils, the parasitic capacitance of the vias can be approximated by the above formula for
C=1.41*4.4*0.050*0*0.020**/(0.040-0.020)≈0.31pF

The rise time change caused by this part of the capacitance is roughly T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
It can be seen from these values that although the effect of slowing the rising edge caused by the parasitic capacitance of a single via is not very obvious, wenn der Durchgang mehrfach in der Verdrahtung zum Umschalten zwischen Schichten verwendet wird, mehrere Durchkontaktierungen werden verwendet. Überlegen Sie sorgfältig bei der Gestaltung. Im eigentlichen Design, the parasitic capacitance can be reduced by increasing the distance between the via and the copper-clad area (Anti-pad) or reducing the diameter of the plate.
Vias haben parasitäre Kapazitäten sowie parasitäre Induktivitäten. Bei der Gestaltung von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen, Der Schaden, der durch die parasitäre Induktivität der Vias verursacht wird, ist oft größer als der Einfluss der parasitären Kapazität. Seine parasitäre Reiheninduktivität schwächt den Beitrag des Bypass-Kondensators und schwächt die Filterwirkung des gesamten Stromsystems. The following empirical formula can be used to simply calculate the parasitic inductance of a via:
L=5.08h[1n(4h/d)+1] where L is the length of the via hole, h ist die Länge des Durchgangslochs, 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 größte Auswirkung auf die Induktivität ist die Länge des Durchgangs. Verwenden Sie weiterhin das obige Beispiel, Die Induktivität des Durchgangs kann als L=5 berechnet werden.08*0.050*[1n(4*0.050/0.010)+1]≈1.015nH
If the rise time of the signal is 1ns, dann ist die äquivalente Impedanz XL=πL/T10-90â­3.19Ω. Eine solche Impedanz kann nicht mehr ignoriert werden, wenn ein Hochfrequenzstrom durchläuft.

Hinweis: Der Bypass-Kondensator muss beim Anschluss der Leistungsebene und der Masseebene zwei Durchgänge durchlaufen, so dass die parasitäre Induktivität der Vias exponentiell zunimmt.
Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften der Vias, Es kann gesehen werden, dass in der Konstruktion von Hochgeschwindigkeits- Leiterplatten, Scheinbar einfache Vias bringen oft große negative Auswirkungen auf das Schaltungsdesign. Um die negativen Auswirkungen der parasitären Effekte der Vias zu reduzieren, Die folgenden sechs Punkte sollten so viel wie möglich in der Konstruktion gemacht werden.
1. Sowohl Kosten als auch Signalqualität berücksichtigen, Wählen Sie eine angemessene Größe über. Falls nötig, Verwenden Sie Vias unterschiedlicher Größe. Zum Beispiel, für Strom- oder Masseverbindungen, Sie können erwägen, eine größere Größe zu verwenden, um Impedanz zu reduzieren; für Signalverdrahtung, Sie können ein kleineres via verwenden. Natürlich, da die Größe des Durchgangs reduziert wird, die entsprechenden Kosten werden auch steigen.
2. Die Verwendung eines Verdünnungsmittels PCB ist vorteilhaft, um die beiden parasitären Parameter der.
3. Die Signalverdrahtung auf dem PCB sollte nicht so viel wie möglich verändert werden, Das bedeutet, dass unnötige Vias nicht so oft wie möglich verwendet werden sollten.
4. Die Power- und Massepunkte 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.
5. Platzieren Sie einige geerdete Durchkontaktierungen in der Nähe der Durchkontaktierungen des Signallagenwechsels, um die nächste Schleife für das Signal bereitzustellen. Sie können sogar einige redundante Masseverbindungen auf dem PCB.
6. For high-density Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten, Sie können die Verwendung von Micro Vias in Betracht ziehen.