Leiterplattentechnisch - Grundlagen der PCB über parasitische Eigenschaften

In der Leiterplattenindustrie, Die Kosten für das Bohren auf der Leiterplatte beträgt normalerweise 30% bis 40% der Kosten für die 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 Breakpoints mit diskontinuierlicher Impedanz auf der Übertragungsleitung, die Signalreflexionen verursachen. Im Allgemeinen ist die äquivalente Impedanz eines Durchgangs etwa 12% niedriger als die einer Übertragungsleitung. Zum Beispiel verringert sich die Impedanz einer 50-Ohm-Übertragungsleitung um 6-Ohm-beim Durchlaufen eines Durchgangs (insbesondere hängt sie von der Größe und Dicke des Durchgangs ab, nicht von einer absoluten Reduktion). Allerdings ist die Reflexion, die durch die diskontinuierliche Impedanz des Durchgangs verursacht wird, tatsächlich vernachlässigbar, und ihr Reflexionskoeffizient ist nur: (44-50)/(44+50)=0.06. Die Probleme, die durch das Durchgang verursacht werden, konzentrieren sich mehr auf die parasitäre Kapazität und Induktivität. Aufprall.

Die Via selbst hat parasitäre Streumapazitäten. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser der Lötmaske auf der Bodenschicht des Durchgangs D2 ist, ist der Durchmesser des Durchgangs D1, die Dicke der Leiterplatte ist T und die Dielektrizitätskonstante des Leiterplattensubstrats Für ε, Die parasitäre Kapazität des Durchgangs ist ähnlich wie: C=1.41ε Die parasitäre Kapazität des Durchgangs hat den Haupteffekt auf die Schaltung besteht darin, die Anstiegszeit des Signals zu verlängern und die Geschwindigkeit des Stromkreises zu verringern. Zum Beispiel für eine Leiterplatte mit einer Dicke von 50Mil, wenn der Durchmesser des Durchgangspads 20Mil ist (der Durchmesser des Lochs 10Mils) und der Durchmesser der Lötmaske 40Mil ist, kann der Parasit des Durchgangs durch die obige Formel approximiert werden.

Die Anstiegszeit, die durch diesen Teil der Kapazität verursacht wird, ist ungefähr:

Aus diesen Werten kann man sehen, dass, obwohl die Wirkung der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität eines einzelnen Durchgangs verursacht wird, nicht sehr offensichtlich ist, wenn das Durchgang mehrfach in der Leiterbahn zum Umschalten zwischen Schichten verwendet wird, mehrere Durchgänge verwendet werden. Das Design muss sorgfältig geprüft werden. Im eigentlichen Design kann die parasitäre Kapazität durch Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Durchgangs- und dem Kupferbereich (Anti-Pad) oder Verringerung des Durchmessers des Pads verringert werden.

Es gibt parasitäre Kapazitäten in Vias und parasitäre Induktivitäten. Bei der Konstruktion von Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen ist der Schaden, der durch die parasitären Induktivitäten von Durchkontaktierungen verursacht wird, oft größer als der Einfluss parasitärer Kapazität. Seine parasitäre Reiheninduktivität schwächt den Beitrag des Bypass-Kondensators und schwächt die Filterwirkung des gesamten Stromsystems. Mit der folgenden empirischen Formel lässt sich die parasitäre Induktivität eines Via einfach berechnen:

wobei L sich auf die Induktivität des Durchgangs bezieht, 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 den größten Einfluss auf die Induktivität hat. Anhand des obigen Beispiels kann die Induktivität des Durchgangs wie folgt berechnet werden:

Wenn die Anstiegszeit des Signals 1ns ist, dann ist die äquivalente Impedanz: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Eine solche Impedanz kann nicht mehr ignoriert werden, wenn Hochfrequenzströme passieren. Besonderes Augenmerk sollte darauf gelegt werden, dass der Bypass-Kondensator beim Verbinden der Leistungsebene und der Masseebene zwei Durchgänge durchlaufen muss, damit die parasitäre Induktivität der Durchgänge exponentiell zunimmt.

Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften von Vias, Es ist zu sehen, dass in Hochgeschwindigkeits- 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:

． In Anbetracht der Kosten und der Signalqualität, wählen Sie eine angemessene Größe über Größe. Bei Bedarf können Sie verschiedene Durchgangsgrößen in Betracht ziehen. Zum Beispiel können Sie bei Strom- oder Masseverschlüssen eine größere Größe zur Reduzierung der Impedanz in Betracht ziehen, und für Signalspuren kleinere Durchschlüsse. Wenn die Größe des Durchgangs abnimmt, steigen natürlich die entsprechenden Kosten.

． Die beiden oben diskutierten Formeln können geschlossen werden, dass die Verwendung einer dünneren Leiterplatte zur Verringerung der beiden parasitären Parameter des Durchgangs förderlich ist.

． Versuchen Sie nicht, die Schichten der Signalspuren auf der Leiterplatte zu ändern, das heißt, versuchen Sie, keine unnötigen Durchgänge zu verwenden.

． Die Pins der Stromversorgung und des Bodens sollten in der Nähe gebohrt werden, und die Leitung zwischen dem Durchgang und dem Stift sollte so kurz wie möglich sein. Überlegen Sie, mehrere Vias parallel zu spielen, 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 Dichte Hochgeschwindigkeits-PCB Bretter, Sie können die Verwendung von Micro Vias in Betracht ziehen.

PCB Copy Board ist eine Art umgekehrte Forschung. Wie PCB-Design gibt es die oben genannten Probleme.