Tecnologia RF - Analisi dell'induttanza del foro passante del circuito stampato

Per la progettazione del circuito stampato digitale, l'induttanza del foro passante è più importante della capacità. Ogni foro passante ha un induttore centrale parassitario. A causa della piccola struttura solida del foro passante, le sue caratteristiche sono elementi di circuito molto pixel grumi. L'effetto principale dell'induttore di serie passante è quello di ridurre l'efficacia del condensatore di bypass dell'alimentazione elettrica, che peggiorerà l'effetto filtrante dell'intera alimentazione elettrica.

Lo scopo del condensatore bypass è quello di cortocircuito i due piani di potenza insieme alla scheda ad alta frequenza. Se si presume che un circuito integrato sia collegato tra l'alimentazione elettrica e il piano di massa al punto A, esiste un condensatore di bypass ideale per montaggio superficiale al punto B. L'impedenza ad alta frequenza tra il VCS e il piano di massa alla saldatura del chip dovrebbe essere pari a zero.

Tuttavia, non è così. Ogni induttore passante di collegamento che collega il condensatore al VCC e al piano di terra introduce una piccola ma misurabile induttanza. La grandezza di questa induttanza è approssimativa:

Dove L = induttanza del foro passante, NH

H = lunghezza del foro passante, in

D = diametro del foro passante, in

Poiché l'equazione di cui sopra include un logaritmo, un cambiamento nel diametro del foro passante ha poco effetto sull'induttanza, ma un cambiamento nella lunghezza del foro passante può causare un grande cambiamento.

Reattanza induttiva del foro passante al segnale con velocità del bordo crescente di 1ns. Per prima cosa, calcolare l'induttanza:

H = 0,063 (lunghezza del foro passante, in)

D = 0,016 (diametro del foro passante, in)

T10 ~90%=1,00 (velocità del bordo crescente, ns)

Shunt corrente ad alta frequenza dal chip. 3,8 Ohm non è abbastanza basso. Inoltre tenere a mente che il condensatore bypass è solitamente collegato al piano di terra attraverso un foro ad un'estremità e anche al piano + 5V attraverso un foro all'altra estremità, quindi l'effetto dell'induttanza attraverso il foro è raddoppiato. Il condensatore bypass è montato sul lato della scheda più vicino all'alimentazione elettrica e al piano di terra per ridurre il suo impatto. Infine, qualsiasi cavo tra il condensatore e il foro passante aggiungerà più induttanza. Questi fili dovrebbero essere sempre il più largo possibile.

L'impedenza molto bassa può essere ottenuta utilizzando più condensatori bypass tra sorgente e terra. Per i prodotti digitali, come linea guida approssimativa, assumere che l'alimentazione elettrica e il piano di terra sono conduttori ideali con induttanza zero. Consideriamo solo la capacità di bypass e il relativo cablaggio associato e l'induttanza passante. In un intervallo particolare, tutti i condensatori di bypass agiranno parallelamente, riducendo l'impedenza tra l'alimentazione elettrica e il terreno. Il raggio effettivo per questo effetto è pari a 1/12, dove 1 è la lunghezza elettrica del bordo ascendente. Fino a 1/6 del diametro, tutti i condensatori agiscono collettivamente come un circuito nodulo.

La lunghezza di propagazione del bordo ascendente 1ns nel materiale FR-4 è di circa 1=6in. In questo esempio, un condensatore con una spaziatura della griglia maggiore di 1/12=0.5in non avrebbe alcun vantaggio.

Per il condensatore bypass dell'alimentatore, più breve è il tempo di salita, più difficile diventa il bypass. Quando il tempo di salita è accorciato, il raggio effettivo diventa più piccolo. Il numero di condensatori nel raggio effettivo diminuisce con il quadrato del tempo di salita.

Si tratta di un problema globale. Man mano che il tempo di salita diminuisce, la frequenza di tornitura digitale aumenta, in modo che la reattività induttiva di ogni foro passante aumenta. Il risultato è che per una configurazione specifica di condensatori bypass funzionanti ad una data frequenza, l'effetto è ridotto di un fattore di otto quando dimezziamo il tempo di salita. In base al criterio di proporzionalità, l'esperienza acquisita da una gamma di schede ad alta frequenza operativa può essere facilmente trasferita a una nuova gamma di frequenze operative.