Новости PCB - Анализ и внимание к паразитным характеристикам отверстий печатные платы

В индустрии производства копировальных плат стоимость сверления отверстий на печатные платы обычно составляет от 30 до 40 % стоимости печатные платы, а отверстия являются одним из важных компонентов многослойной печатные платы. Короче говоря,каждое отверстие на печатной плате можно назвать проходом.

Виа выглядят как точки разрыва импеданса в линии передачи, что приводит к отражению сигнала. Как правило,эквивалентный импеданс виаса примерно на 12 % ниже,чем у линии передачи. Например, импеданс 50-омной линии передачи уменьшится на 6 Ом при прохождении через виа (в частности, это зависит от размера и толщины виа,а не от абсолютного уменьшения). Однако отражение,вызванное разрывом импеданса виа, на самом деле очень мало. Коэффициент отражения составляет всего: (44-50)/(44+50)=0.06. Проблемы, вызываемые виа, в большей степени связаны с паразитной емкостью и индуктивностью.

Сам переход имеет паразитную паразитную емкость.Если известно,что диаметр паяльной маски на слое заземления виа равен D2, диаметр площадки виа равен D1, толщина печатной платы равна T, а диэлектрическая проницаемость подложки платы равна ε,то паразитная емкость виа подобна: C=1,41ε Паразитная емкость проходного отверстия будет оказывать основное влияние на схему - увеличивать время нарастания сигнала и снижать скорость работы схемы.Например,для печатные платы толщиной 50 мил, если диаметр проходной площадки составляет 20 мил (диаметр отверстия - 10 мил), а диаметр паяльной маски - 40 мил, то мы можем приблизительно определить размер проходной площадки.

Паразитная емкость равна приблизительно:

Из этих значений видно, что, хотя эффект задержки нарастания, вызванный паразитной емкостью одного виа, не очень очевиден, если виа используется несколько раз в трассе для переключения между слоями, то будет использоваться несколько виа, что должно быть тщательно продумано. В реальной конструкции паразитная емкость может быть уменьшена за счет увеличения расстояния между виа и медной площадкой (Anti-pad) или уменьшения диаметра площадки.

Существуют паразитные емкости в виалах и паразитные индуктивности. При проектировании высокоскоростных цифровых схем ущерб, наносимый паразитной индуктивностью виа, часто превышает влияние паразитной емкости. Паразитная последовательная индуктивность ослабляет вклад шунтирующего конденсатора и ослабляет эффект фильтрации всей системы питания. Мы можем использовать следующую эмпирическую формулу для простого расчета паразитной индуктивности виа:

где L - индуктивность витка, h - длина витка, а d - диаметр центрального отверстия. Из формулы видно, что диаметр сквозного отверстия оказывает незначительное влияние на индуктивность, а длина сквозного отверстия оказывает наибольшее влияние на индуктивность. Используя приведенный выше пример, индуктивность сквозного канала можно рассчитать следующим образом:

Если время нарастания сигнала составляет 1нс, то эквивалентный импеданс равен: XL=πL/T10-90=3,19Ω. Такой импеданс уже нельзя игнорировать при прохождении высокочастотных токов. Особое внимание следует уделить тому факту, что шунтирующий конденсатор должен пройти через два виаса при соединении плоскости питания и плоскости заземления, поэтому паразитная индуктивность виасов будет расти экспоненциально.

Из приведенного выше анализа паразитных характеристик виа, мы видим, что при проектировании высокоскоростных печатных плат, казалось бы, простые виа часто оказывают большое негативное влияние на схему.

Чтобы уменьшить негативное влияние паразитных эффектов, вызываемых межслойными отверстиями, при проектировании можно сделать следующее:

Учитывая стоимость и качество сигнала, выберите разумный размер проходов. При необходимости можно рассмотреть возможность использования различных размеров проходных отверстий. Например, для силовых или заземляющих виа можно использовать виа большего размера, чтобы уменьшить импеданс, а для сигнальных трасс можно использовать виа меньшего размера. Разумеется, при уменьшении размера проходного отверстия соответствующая стоимость увеличивается.

Из двух формул, рассмотренных выше, можно сделать вывод, что использование более тонкой печатной платы выгодно для уменьшения двух паразитных параметров виа.

Старайтесь не менять слои сигнальных трасс на печатной плате, то есть старайтесь не использовать лишние виа.

Выводы источника питания и заземления следует сверлить рядом, а провод между виа и выводом должен быть как можно короче. Рассмотрите возможность параллельного сверления нескольких виа для уменьшения эквивалентной индуктивности.

Разместите несколько заземленных виа рядом с виа слоя изменения сигнала, чтобы обеспечить ближайший путь возврата сигнала. Можно даже разместить на печатной плате несколько резервных заземляющих виа.

Для высокоплотных высокоскоростных печатные платы можно рассмотреть возможность использования микропереходов.