PCB Tecnico - Analisi di induttanza dei fori passanti nei circuiti stampati PCB

Per i progettisti di PCB, l'induttanza dei vias PCB è più importante della capacità. Ogni foro passante ha un'induttanza parassitaria nel collegamento. Poiché la struttura fisica del foro passante è piccola, le sue caratteristiche sono elementi di circuito molto pixel grumi. L'effetto principale dell'induttanza di serie passante è quello di ridurre l'efficacia del condensatore di bypass dell'alimentazione elettrica, che peggiorerà l'effetto filtrante dell'intero alimentatore.

Lo scopo del condensatore bypass è quello di cortocircuito i due piani di potenza insieme nella gamma ad alta frequenza. Se si presume che un circuito integrato sia collegato tra l'alimentazione elettrica e il piano di terra al punto a, vi è un condensatore di bypass ideale per montaggio superficiale al punto b. Si prevede che l'impedenza ad alta frequenza tra i vcs del punto di legame del chip e il piano di terra sia zero. Tuttavia, non è così. Ogni connessione tramite induttanza che collega il condensatore al piano VC e di massa introduce una induttanza piccola ma misurabile. La dimensione approssimativa di questa induttanza è:

Tra questi, l=induttanza del foro passante, nh

H=lunghezza del foro passante, in

D=diametro del foro passante, in

Poiché la formula di cui sopra include un logaritmo, il cambiamento nel diametro del foro passante ha poco effetto sull'induttanza, ma il cambiamento nella lunghezza del foro passante può causare un grande cambiamento.

L'induttanza del foro passante ad un segnale con una velocità del bordo ascendente di 1ns. Per prima cosa calcolare l'induttanza:

H=0,063 (lunghezza del foro passante, in)

D=0,016 (diametro passante del foro, in)

T10~90%=1,00 (velocità del bordo crescente, ns)

La corrente ad alta frequenza viene deviata dal chip e il valore di 3,8 ohm non è abbastanza basso. Allo stesso tempo, tenere a mente che un'estremità del condensatore di bypass è solitamente collegata al piano di terra attraverso un foro passante e l'altra estremità è anche collegata al piano +5v attraverso un foro passante, quindi l'effetto dell'induttanza passante sarà raddoppiato. Il condensatore bypass è montato sul lato della scheda più vicino al piano di potenza e terra, che aiuta a ridurre il suo impatto. Infine, eventuali cavi tra il condensatore e la via aggiungeranno più induttanza. Queste tracce devono essere sempre il più largo possibile.

Utilizzando più condensatori bypass tra l'alimentazione elettrica e la terra può ottenere impedenza molto bassa. Per i prodotti digitali, come linea guida approssimativa, assumere che i piani di potenza e terra siano conduttori ideali e l'induttanza è zero. Consideriamo solo l'induttanza del condensatore bypass e le sue tracce e vias associate. All'interno di una certa gamma, tutti i condensatori bypass saranno collegati in parallelo, riducendo l'impedenza tra l'alimentazione elettrica e il terreno. Il raggio effettivo che produce questo effetto è pari a 1/12, dove 1 è la lunghezza elettrica del bordo ascendente. Entro 1/6 del diametro, tutti i condensatori agiscono collettivamente come un circuito nodulo.

La lunghezza di propagazione del bordo ascendente di 1ns in materiale fr-4 è di circa 1=6in. In questo esempio, se la spaziatura della griglia del condensatore è maggiore di 1/12=0.5in, non ci sarà alcun vantaggio.

Per il condensatore bypass dell'alimentazione elettrica, più breve è il tempo di salita, più difficile diventerà il bypass. Quando il tempo di salita viene accorciato, anche il valore del raggio effettivo diventa più piccolo. Il numero di condensatori nel raggio effettivo diminuisce con il quadrato del tempo di salita.

Questa è una domanda completa. Man mano che il tempo di salita diminuisce, aumenta la frequenza digitale dell'angolo, che aumenta l'induttanza di ogni via. Il risultato finale è che per un condensatore bypass con una configurazione specifica che funziona a una certa frequenza, quando la fabbrica PCB dimezza il tempo di salita, il suo effetto sarà ridotto di 8 volte. Secondo il criterio del rapporto, l'esperienza acquisita da una gamma di frequenze di lavoro può essere facilmente convertita in una nuova gamma di frequenze di lavoro