PCB Tecnico - Elementi essenziali del PCB tramite caratteristiche parassitiche

Nell'industria della scheda di copia PCB, il costo della perforazione sulla scheda PCB è solitamente dal 30% al 40% del costo della scheda PCB e la via è uno dei componenti importanti del PCB multistrato. In breve, ogni foro sul PCB può essere chiamato via.

Vias appaiono come punti di interruzione con impedenza discontinua sulla linea di trasmissione, che causerà riflessi del segnale. Generalmente, l'impedenza equivalente di una via è circa il 12% inferiore a quella di una linea di trasmissione. Ad esempio, l'impedenza di una linea di trasmissione da 50 ohm diminuirà di 6 ohm quando passa attraverso una via (nello specifico, è legata alla dimensione e allo spessore della via, non una riduzione assoluta). Tuttavia, il riflesso causato dall'impedenza discontinua della via è in realtà trascurabile, e il suo coefficiente di riflessione è solo: (44-50)/(44+50)=0,06. I problemi causati dalla via sono più concentrati sulla capacità parassitaria e l'induttanza. Impatto.

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 Per ε, La capacità parassitaria della via è simile a: C=1.41ε La capacità parassitaria della via avrà l'effetto principale sul circuito è quello 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 il diametro del pad via è 20Mil (il diametro del foro è 10Mils) e il diametro della maschera di saldatura è 40Mil, il parassita del via può essere approssimato dalla formula di cui sopra La capacità è approssimativamente:

Il cambiamento del tempo di salita causato da questa parte della capacità è approssimativamente:

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.

Ci sono capacità parassitarie in vias e 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. La seguente formula empirica può essere utilizzata per calcolare semplicemente l'induttanza parassitaria di una via:

dove 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:

Se il tempo di salita del segnale è 1ns, allora l'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 va prestata al fatto che il condensatore bypass deve passare attraverso due vie quando collega il piano di potenza e il piano di terra, in modo che l'induttanza parassitaria delle vie aumenterà esponenzialmente.

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, si può vedere che nella progettazione PCB ad alta velocità, vias apparentemente semplici spesso porteranno 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:

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.

Le due formule discusse sopra possono essere concluse che l'uso di un PCB più sottile favorisce la riduzione dei due parametri parassitari della via.

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

． I perni dell'alimentatore e del terreno dovrebbero essere forati nelle vicinanze e il cavo tra la via e il perno dovrebbe essere il più breve possibile. Considera di riprodurre più vie in parallelo per ridurre l'induttanza equivalente.

Posizionare 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.

． Per schede PCB ad alta densità ad alta velocità, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di micro vias.

La scheda di copia PCB è una sorta di ricerca inversa. Come la progettazione PCB, ci sono i problemi di cui sopra.