Leiterplattentechnisch - Induktionsanalyse von Durchgangslöchern in Leiterplatten

Für PCB-Designer, die Induktivität von Leiterplattenführungen ist wichtiger als Kapazität. Jedes Durchgangsloch hat eine parasitäre Induktivität in der Verbindung. Weil die physikalische Struktur des Durchgangslochs klein ist, seine Eigenschaften sind sehr pixel-lumped Schaltungselemente. Der Haupteffekt der Induktivität der Durchgangslochserie ist, die Wirksamkeit des Stromversorgungs-Bypass-Kondensators zu reduzieren, was den Filtereffekt des gesamten Netzteils verschlechtert.

Der Bypass-Kondensator dient zum Kurzschluss der beiden Leistungsebenen im Hochfrequenzbereich. Wenn angenommen wird, dass eine integrierte Schaltung zwischen der Stromversorgung und der Masseebene an Punkt a angeschlossen ist, gibt es an Punkt b einen idealen Bypass-Kondensator für die Oberflächenmontage. Es wird erwartet, dass die Hochfrequenz-Impedanz zwischen den vcs des Chip-Bondpunktes und der Masseebene Null ist. Dies ist jedoch nicht der Fall. Jede Verbindung über Induktivität, die den Kondensator mit der VCC- und Masseebene verbindet, führt eine kleine, aber messbare Induktivität ein. Die ungefähre Größe dieser Induktivität ist:

Darunter l=Durchgangslochinduktivität, nh

H=Länge des Durchgangslochs, in

D=Durchgangslochdurchmesser, in

Da die obige Formel einen Logarithmus enthält, hat die Änderung des Durchgangsdurchmessers wenig Einfluss auf die Induktivität, aber die Änderung der Länge des Durchgangslochs kann eine große Änderung verursachen.

Die Induktivität der Durchgangsbohrung zu einem Signal mit steigender Randgeschwindigkeit von 1ns. Berechnen Sie zuerst die Induktivität:

H=0,063 (Länge des Durchgangslochs, in)

D=0,016 (Durchgangslochdurchmesser, in)

T10~90%=1.00 (steigende Kantengeschwindigkeit, ns)

Der Hochfrequenzstrom wird vom Chip abgeleitet, und der Wert von 3,8 Ohms ist nicht niedrig genug. Beachten Sie gleichzeitig, dass ein Ende des Bypass-Kondensators normalerweise durch ein Durchgangsloch mit der Erdungsebene verbunden ist und das andere Ende auch mit der +5v-Ebene durch ein Durchgangsloch verbunden ist, so dass der Effekt der Durchgangslochinduktivität verdoppelt wird. Der Bypass-Kondensator ist auf der Seite der Platine montiert, die der Energie- und Masseebene am nächsten ist, was die Auswirkungen reduziert. Schließlich werden alle Leitungen zwischen Kondensator und Via mehr Induktivität hinzufügen. Diese Spuren sollten immer so breit wie möglich sein.

Die Verwendung mehrerer Bypass-Kondensatoren zwischen Netzteil und Masse kann eine sehr niedrige Impedanz erhalten. Für digitale Produkte gilt als grobe Richtlinie, dass die Leistungs- und Masseebenen ideale Leiter sind und die Induktivität Null ist. Dabei berücksichtigen wir nur die Induktivität des Bypass-Kondensators und die zugehörigen Leiterbahnen und Durchkontaktierungen. Innerhalb eines bestimmten Bereichs werden alle Bypass-Kondensatoren parallel geschaltet, wodurch die Impedanz zwischen Stromversorgung und Masse reduziert wird. Der effektive Radius, der diesen Effekt erzeugt, ist gleich 1/12, wobei 1 die elektrische Länge der aufsteigenden Kante ist. Innerhalb von 1/6 des Durchmessers fungieren alle Kondensatoren zusammen als eine Klumpenschaltung.

Die Ausbreitungslänge der aufsteigenden Kante von 1ns im fr-4 Material beträgt etwa 1=6in. Wenn in diesem Beispiel der Netzabstand des Kondensators größer als 1/12=0,5in ist, hat dies keinen Vorteil.

Für den Bypass-Kondensator der Stromversorgung wird der Bypass umso schwieriger, je kürzer die Anstiegszeit ist. Wenn die Anstiegszeit verkürzt wird, wird auch der Wert des effektiven Radius kleiner. Die Anzahl der Kondensatoren im effektiven Radius nimmt mit dem Quadrat der Anstiegszeit ab.

Dies ist eine umfassende Frage. Wenn die Anstiegszeit abnimmt, die digitale Eckfrequenz steigt, die Induktivität jedes. Das Endergebnis ist, dass für einen Bypass-Kondensator mit einer bestimmten Konfiguration, der mit einer bestimmten Frequenz arbeitet, wenn die Leiterplattenfabrik halbiert die Anstiegszeit, seine Wirkung wird um 8-mal reduziert. Nach dem Ratio-Kriterium, Die Erfahrungen aus einem Arbeitsfrequenzbereich können leicht in einen neuen Arbeitsfrequenzbereich umgewandelt werden