Notizie PCB - Capacitanza parassitica e induttanza dei vias

La via stessa ha una capacità parassitaria randagio. Se è noto che il diametro della maschera di saldatura sullo strato di terra della via è D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, allora la capacità parassitaria della via è approssimativamente la seguente:

C=1,41εTD1/(D2-D1)

L'effetto principale della capacità parassitaria della via sul circuito è quello di estendere il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per un PCB con uno spessore di 50Mil, se il diametro del pad via è 20Mil (il diametro del foro è 10Mils), e il diametro della maschera di saldatura è 40Mil, allora possiamo approssimare il foro passante dalla formula di cui sopra La capacità parassitaria è approssimativamente:

C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF

La quantità di variazione nel tempo di salita causata da questa parte della capacità è approssimativamente:

T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps

Da questi valori, si può vedere che anche se l'effetto del ritardo di risalita causato dalla capacità parassitaria di una singola via non è molto evidente, se la via viene utilizzata più volte nella traccia per passare da uno strato all'altro, verranno utilizzate più vie., Il disegno deve essere attentamente considerato. Nella progettazione effettiva, la capacità parassitaria può essere ridotta aumentando la distanza tra la via e l'area in rame (Anti-pad) o riducendo il diametro del pad.

Le capacità parassitarie esistono in vias così come nelle induttanze parassitarie. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dalle induttanze parassitarie dei vias è spesso maggiore dell'impatto della capacità parassitaria. La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass e indebolirà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo usare la seguente formula empirica per calcolare semplicemente l'induttanza parassitaria di una via:

L=5,08h[ln(4h/d)+1]

Quando L si riferisce all'induttanza della via, h è la lunghezza della via e d è il diametro del foro centrale. Si può vedere dalla formula che il diametro della via ha una piccola influenza sull'induttanza e la lunghezza della via ha la maggiore influenza sull'induttanza. Sempre usando l'esempio precedente, l'induttanza della via può essere calcolata come:

L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH

Se il tempo di salita del segnale è 1ns, allora la sua impedenza equivalente è: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Tale impedenza non può più essere ignorata quando passano le correnti ad alta frequenza. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al fatto che il condensatore bypass deve passare attraverso due vie quando si collega il piano di potenza e il piano di terra, in modo che l'induttanza parassitaria dei vie aumenterà esponenzialmente.

Come usare i vias

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nella progettazione PCB ad alta velocità, vias apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione dei circuiti PCB. Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dagli effetti parassitari dei vias, nel disegno si possono fare quanto segue:

1. Considerando sia il costo che la qualità del segnale, scegliere una dimensione ragionevole tramite dimensione. Se necessario, può prendere in considerazione l'uso di diverse dimensioni di vias. Ad esempio, per via di alimentazione o messa a terra, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza, e per tracce di segnale, è possibile utilizzare via più piccole. Naturalmente, man mano che la dimensione della via diminuisce, il costo corrispondente aumenterà.

2. Le due formule discusse sopra possono essere concluse che l'utilizzo di un PCB più sottile è utile per ridurre i due parametri parassitari della via.

3.Prova a non cambiare gli strati delle tracce del segnale sulla scheda PCB, cioè cerca di non utilizzare vias inutili.

4. I perni dell'alimentazione elettrica e del terreno dovrebbero essere forati nelle vicinanze e il cavo tra la via e il perno dovrebbe essere il più breve possibile. Considerare la foratura di vie multiple in parallelo per ridurre l'induttanza equivalente.

5.Place alcuni vias a terra vicino ai vias dello strato di cambio del segnale per fornire il percorso di ritorno più vicino per il segnale. È anche possibile posizionare alcuni vias di terra ridondanti sul PCB.

6.For schede PCB ad alta densità ad alta velocità, è possibile considerare l'utilizzo di micro vias.