PCB Tecnico - L'effetto del PCB attraverso il foro sulla trasmissione del segnale

Attraverso il foro è uno dei componenti importanti delle schede PCB multistrato e il costo dei fori di perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo di produzione della scheda PCB. In poche parole, ogni foro su un PCB può essere chiamato foro di passaggio.

L'effetto del PCB attraverso il foro sulla trasmissione del segnale

Attraverso il foro (VIA) è una parte importante del PCB multistrato e il costo dei fori di perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo della produzione di schede PCB. In poche parole, ogni foro su un PCB può essere chiamato foro di passaggio. In termini di funzione, il foro può essere diviso in due categorie: una viene utilizzata per il collegamento elettrico tra strati. L'altro è utilizzato per il fissaggio o il posizionamento del dispositivo. In termini di processo, questi fori passanti sono generalmente suddivisi in tre categorie, vale a dire via cieca, via sepolta e via. I fori ciechi si trovano sulla superficie superiore e inferiore del circuito stampato e hanno una certa profondità per collegare il circuito superficiale al circuito interno sottostante. La profondità dei fori di solito non supera un certo rapporto (apertura). I fori sepolti sono fori di collegamento nello strato interno del circuito stampato che non si estendono alla superficie del circuito stampato. I due tipi di fori si trovano nello strato interno del circuito stampato, che è completato dal processo di stampaggio del foro passante prima della laminazione e diversi strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione del foro passante.

Il terzo tipo, chiamato fori passanti, attraversa l'intero circuito e può essere utilizzato per interconnessioni interne o come fori di montaggio e posizionamento per componenti. Poiché il foro passante è più facile da implementare nel processo, il costo è inferiore, quindi la maggior parte dei circuiti stampati sono utilizzati, piuttosto che gli altri due tipi di foro passante. I seguenti fori passanti, senza spiegazioni particolari, sono considerati fori passanti.

Dal punto di vista della progettazione, un foro passante è composto principalmente da due parti, una è il foro del trapano nel mezzo e l'altra è l'area del pad intorno al foro del trapano. La dimensione di queste due parti determina la dimensione del foro passante. Ovviamente, nella progettazione di PCB ad alta velocità e ad alta densità, il progettista vuole sempre il foro il più piccolo possibile, questo campione può lasciare più spazio di cablaggio, inoltre, più piccolo è il foro, la sua capacità parassitaria è più piccola, più adatta per il circuito ad alta velocità. Ma la dimensione del foro diminuisce allo stesso tempo porta l'aumento dei costi e la dimensione del foro non può essere ridotta senza limite, è limitata da perforazione (trapano) e placcatura (placcatura) e altra tecnologia: più piccolo il foro, più tempo ci vuole per perforare, più facile è deviare dal centro; Quando la profondità del foro è più di 6 volte il diametro del foro, è impossibile garantire la placcatura uniforme in rame della parete del foro. Ad esempio, se lo spessore (profondità del foro passante) di una normale scheda PCB a 6 strati è 50Mil, il produttore di PCB può fornire un diametro del foro di 8Mil in condizioni normali. Con lo sviluppo della tecnologia di perforazione laser, la dimensione della perforazione può anche essere sempre più piccola. Generalmente, il diametro del foro è inferiore o uguale a 6Mils, lo chiamiamo micro foro. I microfori sono spesso utilizzati nella progettazione HDI (struttura di interconnessione ad alta densità). La tecnologia Microhole consente al foro di essere colpito direttamente sul pad (VIA-in-pad), migliorando notevolmente le prestazioni del circuito e risparmiando spazio di cablaggio.

Il foro passante sulla linea di trasmissione è un punto di rottura della discontinuità di impedenza, che causerà la riflessione del segnale. Generalmente, l'impedenza equivalente del foro passante è circa il 12% inferiore a quella della linea di trasmissione. Ad esempio, l'impedenza della linea di trasmissione 50ohm diminuirà di 6 ohm quando passa attraverso il foro passante (lo specifico è legato alla dimensione del foro passante e allo spessore della piastra, non diminuito). Tuttavia, il riflesso causato dalla discontinuità di impedenza attraverso il foro è in realtà molto piccolo, e il suo coefficiente di riflessione è solo:(44-50)/(44+50) =0,06. I problemi causati dal foro sono più focalizzati sull'influenza della capacità parassitaria e dell'induttanza.

Una capacità parassitaria attraverso il foro

Il foro passante ha capacità parassitaria al suolo. Se il diametro del foro di isolamento sullo strato di pavimentazione è D2, il diametro del pad del foro passante è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato è ε, la capacità parassitaria del foro passante è approssimativamente come segue: La capacità parassitaria del foro C=1.41εTD1 / (d2-D1) influenza principalmente il circuito prolungando il tempo di aumento del segnale e riducendo la velocità del circuito. Ad esempio, per una scheda PCB con uno spessore di 50Mil, se il diametro interno del foro è 10Mil, il diametro del pad è 20Mil e la distanza tra il pad e il pavimento in rame è 32Mil, possiamo approssimare la capacità parassitaria del foro utilizzando la formula di cui sopra: C=1.41x4.4x0.050xx.020 / (0.032-0.020) =0.517pF, la variazione del tempo di aumento causata da questa parte della capacità è: T10-90=2.2C (Z0/2) =2.2x2.517x (55/2) =31.2831 ps. Da questi valori, è chiaro che sebbene l'effetto della capacità parassitaria di un singolo foro sul ritardo di salita non sia evidente, i progettisti dovrebbero fare attenzione se vengono utilizzati più fori per la commutazione strato-strato.

Attraverso il foro induttanza parassitaria

Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, l'induttanza parassitaria del foro è spesso più dannosa della capacità parassitaria. La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo della capacità di bypass e ridurrà l'efficacia di filtraggio dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo semplicemente calcolare l'induttanza parassitaria di un'approssimazione del foro passante usando la seguente formula:L=5.08h [ln (4h/d) +1] dove L si riferisce all'induttanza del foro passante, è la lunghezza del foro passante e D è il diametro del foro centrale. Si può vedere dall'equazione che il diametro del foro ha poco effetto sull'induttanza, ma la lunghezza del foro ha un effetto sull'induttanza. Sempre usando l'esempio precedente, l'induttanza fuori dal foro 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 dimensione dell'impedenza equivalente è: XL=πL/T10-90=3,19 π. Questa impedenza non può essere ignorata in presenza di corrente ad alta frequenza. In particolare, il condensatore bypass deve passare attraverso due fori per collegare lo strato di alimentazione alla formazione, raddoppiando così l'induttanza parassitaria del foro.

L'effetto del PCB attraverso il foro sulla trasmissione del segnale

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei fori passanti, possiamo vedere che nella progettazione PCB ad alta velocità, i fori passanti apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito. Al fine di ridurre gli effetti avversi dell'effetto parassitario del foro, possiamo provare a fare come segue nel disegno:

1.From il costo e la qualità del segnale di due aspetti, scegliere una dimensione ragionevole del foro. Ad esempio, per 6-10 strati di progettazione PCB modulo MEMORY, è meglio scegliere 10/20mil (perforazione/pad) attraverso il foro, per alcune schede ad alta densità di piccole dimensioni, si può anche provare a utilizzare 8/18mil attraverso il foro. Con la tecnologia attuale, sarebbe difficile utilizzare fori più piccoli. Per l'alimentazione elettrica o il cavo di massa attraverso i fori può essere considerato di utilizzare una dimensione più grande per ridurre l'impedenza.

2. Le due formule discusse sopra mostrano che l'uso di schede PCB più sottili aiuta a ridurre i due parametri parassitari attraverso i fori.

3. I perni dell'alimentazione elettrica e del terreno dovrebbero essere forati nelle vicinanze. Più corto è il cavo tra i perni e i fori, meglio è,perché porteranno ad un aumento dell'induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di potenza e terra dovrebbero essere il più spessi possibile per ridurre l'impedenza.

4.Il cablaggio del segnale sulla scheda PCB non dovrebbe cambiare lo strato per quanto possibile, vale a dire, cercare di non utilizzare fori inutili.

5.Place alcuni fori di messa a terra vicino ai fori del cambiamento dello strato del segnale al fine di fornire un ciclo vicino per il segnale. Puoi anche mettere un sacco di fori di terra extra sul PCB. Naturalmente, è necessario essere flessibili nel vostro design. Il modello di foro passante discusso sopra è una situazione in cui ci sono pad in ogni strato. A volte, possiamo ridurre o persino rimuovere i pad in alcuni strati. Soprattutto nel caso della densità del foro è molto grande, può portare alla formazione di una scanalatura del circuito tagliato nello strato di rame, per risolvere un tale problema oltre a spostare la posizione del foro, possiamo anche considerare il foro nello strato di rame per ridurre le dimensioni del pad.

Nella progettazione PCB ad alta velocità, la considerazione completa e il controllo ragionevole dell'impatto del foro passante sono la chiave per garantire prestazioni stabili e affidabili del circuito. Attraverso l'innovazione tecnologica continua e l'ottimizzazione della progettazione, possiamo raggiungere la progettazione di circuiti ad alta velocità più efficiente e affidabile.