Dati PCB - Capacitanza parassitaria e induttanza parassitaria della scheda PCB vias

1. Via

Vias sono uno dei componenti importanti di multi-strato Scheda PCB, e il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo di Scheda PCB produzione. In poche parole, Ogni foro su un PCB può essere chiamato via. Dal punto di vista della funzione, via può essere diviso in due categorie: una è utilizzata per il collegamento elettrico tra strati; l'altro è utilizzato per il fissaggio o il posizionamento del dispositivo. In termini di processo, queste vie sono generalmente suddivise in tre categorie, cioè vias ciechi, vias sepolti, e per via endovenosa. I fori ciechi si trovano sulla superficie superiore e inferiore del circuito stampato, con una certa profondità, per il collegamento del circuito superficiale e del circuito interno sottostante, and the depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (diameter). I vias sepolti si riferiscono ai fori di collegamento situati nello strato interno del circuito stampato, che non si estendono alla superficie del circuito stampato. I due tipi di fori sopra sono situati nello strato interno del circuito stampato e sono completati dal processo di formazione del foro passante prima della laminazione. Durante la formazione del foro passante, più strati interni possono essere sovrapposti. Il terzo tipo è chiamato foro passante, che penetra l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per l'interconnessione interna o come foro di montaggio per componenti. Perché il foro passante è più facile da realizzare nel processo e il costo è inferiore, la maggior parte dei circuiti stampati lo usano invece degli altri due tipi di fori passanti. I fori passanti indicati di seguito sono considerati fori passanti se non diversamente specificato. Dal punto di vista progettuale, una via è composta principalmente da due parti, uno è il buco centrale, e l'altra è l'area del pad intorno al foro, come mostrato nella figura sottostante. La dimensione di queste due parti determina la dimensione della via. Ovviamente, nella progettazione di alta velocità e alta densità Scheda PCBs, I progettisti sperano sempre che più piccolo è il foro via, meglio è, in modo che più spazio di cablaggio possa essere lasciato sulla scheda. Inoltre, più piccolo è il foro passante, Più la sua capacità parassitaria Più piccola è, più adatto ai circuiti ad alta velocità. Tuttavia, La riduzione della dimensione del foro porta anche ad un aumento dei costi, e la dimensione dei vias non può essere ridotta indefinitamente. È limitato da tecnologie di processo come foratura e galvanizzazione: più piccolo è il foro, più tempo ci vuole per perforare. Più lungo è, più facile è deviare dalla posizione centrale; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro forato, non può essere garantito che la parete del foro possa essere placcata uniformemente con rame. Per esempio, spessore di un normale 6 strati Scheda PCB (through hole depth) is about 50Mil, quindi il diametro del foro fornito dal Scheda PCB Il produttore è molto piccolo e può raggiungere solo 8Mil.

2. Capacità parassitica di vias

Il foro stesso ha capacità parassitaria al suolo. Se è noto che il diametro del foro di isolamento della via sullo strato di terra 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 del foro via è simile a: C=1.41εTD1/(D2-D1) L'effetto principale della capacità parassitaria del foro via sul circuito è quello di prolungare il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per una scheda PCB con uno spessore di 50Mil, se viene utilizzato un foro passante con un diametro interno di 10Mil e un diametro del pad di 20Mil e la distanza tra il pad e l'area di rame a terra è 32Mil, possiamo approssimare il foro passante attraverso la formula di cui sopra. La capacità parassitaria è approssimativamente: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, il cambiamento del tempo di aumento causato da questa parte della capacità è: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Da questi valori, si può vedere che anche se l'effetto di rallentamento dell'aumento causato dalla capacità parassitaria di una singola via non è molto evidente, il progettista dovrebbe considerare attentamente se la via viene utilizzata per passare più volte tra gli strati della traccia.

3. Induttanza parassitica dei vias

Allo stesso modo, l'induttanza parassitaria esiste insieme alla capacità parassitaria dei vias. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassitaria dei vias è spesso maggiore dell'influenza della capacità parassitaria. La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass e ridurrà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Il diametro della via ha poco effetto sull'induttanza, mentre la lunghezza della via ha un grande effetto 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 le correnti ad alta frequenza passano attraverso. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al fatto che il condensatore bypass deve passare attraverso due vie quando si collega lo strato di alimentazione e lo strato di terra in modo che l'induttanza parassitaria dei vie sarà moltiplicata.

4. Via progettazione su una scheda PCB ad alta velocità

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nella progettazione di schede PCB ad alta velocità, vias apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione dei circuiti. Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dagli effetti parassitari delle vie, si può cercare di fare il più possibile nella progettazione:

1) Considerando sia il costo che la qualità del segnale, selezionare un via la dimensione di una dimensione ragionevole. Ad esempio, per un progettazione della scheda PCB del modulo di memoria a 6-10 strati, è meglio utilizzare vias 10/20Mil (perforazione / pad). Per alcune schede di piccole dimensioni ad alta densità, puoi anche provare a utilizzare 8/18Mil. vias. Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile utilizzare vias più piccoli. Per via di alimentazione o messa a terra, prendere in considerazione l'utilizzo di dimensioni più grandi per ridurre l'impedenza.

2) Dalle due formule discusse sopra, si può concludere che l'utilizzo di una scheda PCB più sottile è utile per ridurre i due parametri parassitari della via.

3) Cercate di non cambiare gli strati delle tracce del segnale sul PCB, vale a dire, cercate di non utilizzare vias inutili.

4) I perni dell'alimentazione elettrica e del terreno devono essere forati il più vicino possibile. Più breve è il cavo tra via e pin, meglio è, perché aumenteranno l'induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di potenza e terra dovrebbero essere il più spessi possibile per ridurre l'impedenza.

5) Place some grounded vias near the vias where the signal changes layers to provide a close return path for the signal. È anche possibile posizionare alcuni vias di terra ridondanti sul Scheda PCB in gran numero. Naturalmente, La flessibilità è richiesta anche nella progettazione. Il modello via discusso in precedenza è il caso in cui ogni strato ha pad, e a volte, possiamo ridurre o anche rimuovere i pad di alcuni strati. Soprattutto nel caso di una densità molto elevata di vias, può portare alla formazione di un interruttore sullo strato di rame. Per risolvere questo problema, oltre a spostare la posizione della via, possiamo anche considerare di posizionare il Scheda PCB via sullo strato di rame. La dimensione del pad è ridotta.