PCB Tecnico - L'influenza del circuito stampato vias sulla trasmissione del segnale

Via è uno dei componenti importanti dei circuiti stampati multistrato PCB, e il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo della produzione di PCB. In poche parole, ogni foro sul PCB può essere chiamato via.

1. Capacità parassitica di vias

La via stessa ha una capacità parassitaria al suolo. Se è noto che il diametro del foro di isolamento 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, La dimensione della capacità parassitaria della via è approssimativamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) La capacità parassitaria della via causerà al circuito di prolungare il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per un PCB con uno spessore di 50Mil, se viene utilizzata una via con un diametro interno di 10Mil e un diametro del pad di 20Mil e la distanza tra il pad e l'area di rame macinato è 32Mil, allora possiamo approssimare la via utilizzando la formula di cui sopra La capacità parassitaria è approssimativamente: C=1.41x4.4x0.050xx.020/(0.032-0.020)=0.517pF, Il cambiamento del tempo di salita causato da questa parte della capacità è: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Si può vedere da questi valori che anche se l'effetto del ritardo di risalita causato dalla capacità parassitaria di una singola via non è evidente, se la via viene utilizzata più volte nella traccia per passare tra strati, il progettista dovrebbe comunque considerare attentamente.

In secondo luogo, l'induttanza parassitaria della via

Allo stesso modo, ci sono capacità parassitarie insieme a vias. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassitaria 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 semplicemente calcolare l'induttanza parassitaria approssimativa di una via con la seguente formula: L=5.08h[ln(4h/d)+1] dove L si riferisce all'induttanza della via, h è la lunghezza della via, e d è il centro Il diametro del foro. 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 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.

3. Via progettazione in PCB ad alta velocità

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 del circuito. 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 via. Ad esempio, per il design PCB del modulo di memoria a 6-10 strati, è meglio utilizzare 10/20Mil (forato / pad). Per alcune schede ad alta densità di piccole dimensioni, puoi anche provare a utilizzare 8/18Mil. buco. Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile utilizzare vias più piccoli. Per via di alimentazione o messa a terra, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza.

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. il potere e i perni di terra dovrebbero essere forati nelle vicinanze e il cavo tra la via e il perno dovrebbe essere il più breve possibile, perché aumenteranno l'induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di potenza e terra dovrebbero essere il più spessi possibile per ridurre l'impedenza.

4. Cercate di non cambiare gli strati delle tracce del segnale sulla scheda PCB, cioè cercate di non utilizzare vias inutili.

5. Posizionare alcuni vias a terra vicino ai vias dello strato di segnale per fornire il loop più vicino per il segnale. È anche possibile posizionare un gran numero di vias di terra ridondanti sulla scheda PCB. Naturalmente, il design deve essere flessibile. Il modello via discusso in precedenza è il caso in cui ci sono pad su ogni strato. A volte, possiamo ridurre o persino rimuovere i pad di alcuni strati. Soprattutto quando la densità dei vias è molto alta, può portare alla formazione di una scanalatura di rottura che separa il loop nello strato di rame. Per risolvere questo problema, oltre a spostare la posizione della via, possiamo anche considerare di posizionare la via sullo strato di rame. La dimensione del tampone è ridotta.