PCB Tecnico - Progettazione PCB ad alta velocità

Nella scheda multistrato PCB ad alta velocità, la trasmissione del segnale da uno strato di linea di interconnessione a un altro strato di linea di interconnessione deve essere collegata tramite vias. Quando la frequenza è inferiore a 1GHz, i vias possono svolgere un buon ruolo nella connessione. La sua capacità parassitaria e induttanza possono essere ignorate.

Quando la frequenza è superiore a 1 GHz, l'effetto parassitario della via non può essere ignorato sull'integrità del segnale. In questo momento, la via appare come un punto di interruzione discontinuo dell'impedenza sul percorso di trasmissione, che causerà riflessione, ritardo e attenuazione del segnale. E altri problemi di integrità del segnale.

Quando il segnale viene trasmesso ad un altro livello attraverso il foro via, lo strato di riferimento della linea del segnale funge anche da percorso di ritorno del segnale via foro e la corrente di ritorno fluirà tra gli strati di riferimento attraverso l'accoppiamento capacitivo e causerà problemi come rimbalzo a terra.

Tipo di via

Le vie sono generalmente divise in tre categorie: fori passanti, fori ciechi e fori sepolti.

Foro cieco: Si trova sulle superfici superiori e inferiori del circuito stampato, con una certa profondità, utilizzato per il collegamento del circuito superficiale e del circuito interno sottostante, la profondità del foro e il diametro del foro di solito non superano un certo rapporto.

Foro sepolto: si riferisce al foro di collegamento situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estende alla superficie del circuito stampato.

Foro passante: Questo tipo di foro passa attraverso l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per l'interconnessione interna o come foro di posizionamento dell'installazione del componente. Poiché i fori passanti sono più facili da implementare nel processo e costi inferiori, sono generalmente utilizzati sui circuiti stampati.

Capacità parassita di via

La via stessa ha capacità parassitaria di terra. Se il diametro del foro di isolamento sullo strato di terra della via è D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore del PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, quindi la capacità parassitaria della via è simile a:

C = 1,41 µTD1/(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. Più piccolo è il valore di capacità, minore è l'effetto.

Induttanza parassitica dei vias

La via stessa ha induttanza parassitaria. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassitaria della via è spesso maggiore dell'influenza della capacità parassitaria. L'induttanza di serie parassitaria della via indebolirà la funzione del condensatore bypass e indebolirà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Se L si riferisce all'induttanza della via, h è la lunghezza della via e d è il diametro del foro centrale, l'induttanza parassitaria della via è simile a:

L=5,08hï¼"ln(4h/d) 1ï¼½

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.

Via progettazione in PCB ad alta velocità

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) Scegliere un ragionevole via dimensione. Per la progettazione PCB a densità generale multistrato, è meglio usare i vias di 0.25mm/0.51mm/0.91mm (fori perforati/pads/area di isolamento POWER); per alcuni PCB ad alta densità, 0.20mm/0.46 può essere utilizzato anche Per vie di mm/0.86mm, è possibile provare anche vie non passanti; 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) Più grande è l'area di isolamento POWER, meglio è, considerando la densità di via sul PCB, generalmente D1 = D2 + 0,41;

(3) Le tracce del segnale sul PCB non dovrebbero essere modificate il più possibile, vale a dire, i vias dovrebbero essere ridotti il più possibile;

(4) L'uso di un PCB più sottile favorisce la riduzione dei due parametri parassitari della via;

(5) Il potere e i perni di terra dovrebbero essere vicini ai vias. Più breve è il cavo tra i vias e i perni, 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;

(6) Posizionare alcuni vias di messa a terra vicino ai vias dello strato del segnale per fornire un ciclo a breve distanza per il segnale.

Inoltre, la lunghezza della via è anche uno dei principali fattori che influenzano l'induttanza della via. Per i fori passanti utilizzati per gli strati superiori e inferiori, la lunghezza passante è uguale allo spessore del PCB. A causa del continuo aumento del numero di strati di PCB, lo spessore del PCB raggiunge spesso più di 5 mm. Tuttavia, nella progettazione di PCB ad alta velocità, al fine di ridurre i problemi causati da vias, la lunghezza dei vias è generalmente controllata entro 2,0 mm. Per vias con una lunghezza superiore a 2,0 mm, la continuità di via impedenza può essere migliorata in una certa misura aumentando l'apertura del via. Quando la lunghezza della via è di 1,0 mm o inferiore, il diametro del foro migliore è di 0,20 mm-0,30 mm.