Data PCB - Bagaimana mengelakkan kesan negatif melalui reka papan PCB kelajuan tinggi

1. Konsep asas melalui

Melalui lubang adalah bahagian penting dari papan PCB berbilang lapisan, dan biaya pengeboran biasanya menghasilkan 30% hingga 40% biaya penghasilan PCB. Dalam pendek, setiap lubang di PCB boleh dipanggil lubang melalui. Dari perspektif fungsi, vias boleh dibahagi ke dua kategori: satu digunakan sebagai sambungan elektrik antara lapisan; Kedua, ia digunakan untuk memperbaiki atau menempatkan peranti. Dalam bentuk proses, kunci ini biasanya dibahagi ke tiga kategori, iaitu lubang buta, lubang terkubur dan melalui lubang. Lubang buta ditempatkan pada permukaan atas dan bawah papan sirkuit cetak, dan mempunyai kedalaman tertentu. Ia digunakan untuk menyambung garis permukaan dan garis dalaman bawah. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). Lubang terbenam merujuk lubang sambungan yang terletak dalam lapisan dalaman papan sirkuit cetak, yang tidak akan berlanjut ke permukaan papan sirkuit dicetak. Dua jenis lubang di atas ditempatkan dalam lapisan dalam papan sirkuit. Sebelum laminasi, proses bentuk lubang melalui digunakan untuk menyelesaikan lubang. Semasa proses bentuk lubang, beberapa lapisan dalaman mungkin ditutup. Yang ketiga dipanggil melalui lubang, yang melewati seluruh papan sirkuit dan boleh digunakan untuk sambungan dalaman atau sebagai pemasangan dan posisi lubang komponen. Kerana lubang melalui adalah lebih mudah untuk menyedari dalam teknologi dan lebih rendah dalam kos, kebanyakan papan sirkuit dicetak menggunakannya selain dari dua jenis lubang melalui. Via berikut, kecuali dinyatakan sebaliknya, dianggap sebagai lubang melalui. Dari sudut pandang desain, a melalui kebanyakan terdiri dari dua bahagian: satu adalah lubang latihan tengah, dan yang lain ialah kawasan pad di sekitar lubang bor. Saiz dua bahagian ini menentukan saiz vias. Jelas., semasa merancang kelajuan tinggi dan densiti tinggi Papan PCB, desainer selalu berharap bahawa semakin kecil vias, semakin baik, supaya lebih banyak kawat boleh ditinggalkan di papan. Selain itu, semakin kecil melalui, semakin kecil kapasitasinya, yang lebih sesuai untuk sirkuit kelajuan tinggi. Namun, pengurangan saiz lubang juga membawa meningkat kos, dan saiz kunci tidak boleh dikurangkan tanpa keterangan. Ia terbatas dengan teknologi pengeboran dan elektroplating: semakin kecil lubang, semakin lama masa pengeboran akan mengambil, dan semakin mudah ia melepaskan diri dari pusat; Dan apabila kedalaman lubang melebihi 6 kali diameter pengeboran, ia mustahil untuk memastikan dinding lubang boleh dipenuhi tembaga secara seragam. Contohnya, if the thickness (through-hole depth) of a normal 6-layer PCB is 50Mil, kemudian dalam keadaan normal, diameter lubang yang disediakan oleh pembuat PCB hanya boleh mencapai 8Mil. Dengan pengembangan teknologi pengeboran laser, saiz pengeboran juga boleh menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Secara umum, Via dengan diameter kurang dari atau sama dengan 6Mil dipanggil mikropore. Microholes are often used in HDI (high-density interconnection structure) design. Teknologi Microhole membenarkan vias untuk ditembak secara langsung pada pads, yang meningkatkan prestasi sirkuit dan menyimpan ruang kawat. Via pada garis penghantaran bertindak sebagai titik putus dengan impedance berhenti, yang akan menyebabkan refleksi isyarat. Secara umum, impedance yang sama dalam vias adalah kira-kira 12% lebih rendah daripada garis penghantaran. Contohnya, the impedance of a 50 ohm transmission line will decrease by 6 ohm when it passes through the vias (specifically related to the size of the vias and the thickness of the plates, not the reduction). Namun, refleksi yang disebabkan oleh impedance yang terus-menerus Vias sebenarnya sangat kecil, and its reflection coefficient is only (44-50)/(44+50)=0.06. Masalah disebabkan oleh vias lebih berkonsentrasi pada kesan kapasitas parasit dan induktan.

2. Kapensiensi parasitik dan induktan melalui

Ada kapasitasi parasit yang tersesat dalam melalui dirinya sendiri. Jika diketahui bahawa diameter kawasan topeng solder melalui lantai adalah D2, diameter pad melalui adalah D1, tebal PCB adalah T, dan konstan dielektrik substrat papan adalah ε, Kemudian kapasitasi parasitik melalui adalah kira-kira C=1.41 ε Kapsitasi parasitik TD1/(D2-D1) melalui terutama akan mempengaruhi sirkuit dengan memperpanjang masa naik isyarat dan mengurangi kelajuan sirkuit. Contohnya, untuk PCB dengan tebal 50Mil, jika diameter pad melalui 20Mil (diameter pengeboran adalah 10Mil) dan diameter kawasan topeng askar adalah 40Mil, Kita boleh kira-kira mengira kapasitas parasit melalui formula di atas: C=1.41x 4.4 x 0.050 x 0.020/(0.040-0.020)=0.31pF Perubahan masa naik disebabkan oleh bahagian kapasitas ini adalah kira-kira T10-90=2.2C (Z0/2)=2.2x 0.31x (50/2)=17.05ps. Ia boleh dilihat dari nilai-nilai ini bahawa walaupun kesan keterlaluan naik disebabkan oleh kapasitasi parasit satu melalui tidak terlalu jelas, jika melalui digunakan untuk bertukar antar lapisan untuk banyak kali dalam perjalanan, vial berbilang akan digunakan, yang seharusnya dipertimbangkan dengan hati-hati dalam desain. Dalam rancangan praktik, kapasitas parasit boleh dikurangkan dengan meningkatkan jarak antara melalui dan kawasan lapisan tembaga atau mengurangkan diameter pad. Kapensiensi parasit dan induktan wujud dalam kunci. Dalam rancangan sirkuit digital kelajuan tinggi, induktan parasit vias sering membawa bahaya lebih daripada kapasitasi parasit. Induktansi seri parasitik akan lemahkan kontribusi kondensator bypass dan efektivitas penapisan seluruh sistem bekalan kuasa. Kita boleh gunakan formula empirik berikut untuk menghitung induktan parasit kira-kira melalui: L=5.08h [ln (4h/d)+1] di mana L adalah induktan melalui, h adalah panjang melalui, dan d adalah diameter lubang bore tengah. Ia boleh dilihat dari formula bahawa diameter melalui mempunyai sedikit pengaruh pada induktan, sementara panjang melalui mempunyai sedikit pengaruh pada induktan. Dengan contoh di atas, ia boleh dihitung bahawa indunan melalui adalah: L=5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010)+1]=1.015nH Jika masa naik isyarat adalah 1ns, impedance yang sama adalah XL=ϣ L/T10-90=3.19 Ω. Impedasi seperti ini tidak boleh diabaikan apabila semasa frekuensi tinggi berlalu melalui. Terutama, kondensator bypass perlu melewati dua vial apabila menyambung lapisan kuasa dan stratum, jadi induktan parasit vial akan didarab.

3. Bagaimana menggunakan kunci

Melalui analisis atas ciri-ciri parasit vias, kita boleh melihat bahawa dalam rekaan PCB kelajuan tinggi, kelihatannya vias sederhana sering membawa kesan negatif besar pada rekaan sirkuit. Untuk mengurangi kesan negatif yang disebabkan oleh kesan parasit vias, tindakan berikut boleh diambil dalam rancangan:

1) Mengingat kualiti kos dan isyarat, saiz yang masuk akal vias dipilih. Jika perlu, anda boleh pertimbangkan menggunakan kunci saiz yang berbeza. Contohnya, untuk bekalan kuasa atau vias wayar tanah, anda boleh pertimbangkan menggunakan saiz yang lebih besar untuk mengurangi impedance, sementara untuk wayar isyarat, anda boleh menggunakan vias yang lebih kecil. Sudah tentu, dengan pengurangan melalui saiz, biaya yang sepadan akan meningkat.

2) Dari kedua-dua formula yang dibincangkan di atas, boleh dikatakan bahawa penggunaan PCB yang lebih tipis adalah bermanfaat untuk mengurangi dua parameter parasit vias.

3) Kawalan isyarat pada PCB tidak boleh mengubah lapisan sebanyak yang mungkin, iaitu, butang tidak perlu digunakan sebanyak yang mungkin.

4) Pin bekalan kuasa dan tanah akan ditembak dekat, dan memimpin antara laluan dan pin akan menjadi sebaik mungkin pendek. Beberapa botol boleh dibuang secara selari untuk mengurangi induktan yang sama.

5) Letakkan beberapa kunci mendarat dekat kunci untuk perubahan lapisan isyarat, supaya menyediakan sirkuit dekat untuk isyarat. Anda bahkan boleh meletakkan beberapa vial pendaratan berlebihan pada PCB.

6) For high-speed Papan PCB dengan ketepatan tinggi, Via mikro boleh dianggap.