Leiterplattentechnisch - Parasitische Eigenschaften von Leiterplatten-Durchkontaktierungen

Die Vias der Leiterplatte als diskontinuierliche Haltepunkte auf der Übertragungsleitung erscheinen, die Signalreflexion verursachen. Allgemein, die äquivalente Impedanz des Durchgangs ist etwa 12% niedriger als die der Übertragungsleitung. Zum Beispiel, the impedance of a 50 ohm transmission line will decrease by 6 ohms when passing through the 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 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 die Hauptwirkung auf die Schaltung ist, die Anstiegszeit des Signals zu verlängern und die Geschwindigkeit des Schaltkreises zu verringern. 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, Die parasitäre Kapazität ist ungefähr:

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 parasitären Induktivitäten. Bei der Gestaltung von Hochgeschwindigkeits- digitale Leiterplatte Schaltungen, Der Schaden, der durch die parasitären Induktivitäten von 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. Wir können die folgende empirische Formel verwenden, um einfach die parasitäre Induktivität eines Via zu 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 Durchkontaktierungen kann festgestellt werden, dass im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design scheinbar einfache Durchkontaktierungen oft große negative Auswirkungen auf das Schaltungsdesign haben. Um die negativen Auswirkungen, die durch die parasitären Effekte von Vias verursacht werden, zu reduzieren, kann im Design Folgendes getan werden:

·Aus Kosten- und Signalqualitätserwägungen 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 beschriebenen Formeln können geschlossen werden, dass die Verwendung einer dünneren Leiterplatte vorteilhaft ist, um die beiden parasitären Parameter des Durchgangs zu reduzieren.

·Das Signal Spuren auf der Leiterplatte Board sollte nicht so viel wie möglich gewechselt werden, Das bedeutet, dass unnötige Vias nicht so oft wie möglich verwendet werden sollten.

·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.