Технология PCB - при проектировании высокоскоростной PCB, как избежать негативного воздействия сквозного отверстия

First, the basic concept of the hole

Through hole (VIA) is an important part of многослойный PCB, and the cost of drilling holes usually accounts for 30% to 40% of the cost of панель PCB производство. Simply put, Каждая лунка на PCB может называться. In terms of function, отверстие можно разделить на два вида: один тип электрического соединения между слоями; другой используется для фиксации или локации устройства. In terms of the process, Эти проходные отверстия обычно делятся на три категории, namely blind via, скрытый канал и проход. Blind holes are located on the top and bottom surfaces of the PRINTED circuit board and have a certain depth for connecting the surface circuit to the inner circuit below. The depth of the holes usually does not exceed a certain ratio (aperture). утопленное отверстие - это соединительное отверстие в внутренней оболочке печатной платы, не растянутое на поверхность печатной платы.. The two types of holes are located in the inner layer of the circuit board, формование через отверстие перед слоем, в процессе образования сквозного отверстия может быть несколько слоев перекрытия.

Третий тип называется отверстие для прохода через всю схему, которое может быть использовано для внутреннего межсоединения или для установки и установки компонентов. Поскольку в процессе обработки отверстие легче и дешевле, большинство печатных плат используют его, а не два других отверстия. следующие проходные отверстия следует рассматривать как пропускные отверстия, которые не требуют особого указания. с точки зрения конструкции, отверстие для проходки состоит из двух частей: одной - из промежуточной скважины, а другой - из прилегающей к ней площадки под прокладкой. размер этих двух деталей определяет размер проходного отверстия. Очевидно, что при проектировании высокоскоростной и плотной PCB конструкторы всегда хотели бы, чтобы отверстие было как можно меньше, чтобы этот образец оставлял больше пространства для проводки, и, кроме того, чем меньше отверстие, тем меньше его собственные паразитные емкости, тем больше подходят для высокоскоростных схем. Но уменьшение размеров отверстий также влечет за собой увеличение затрат, а размер отверстия не может быть бесконечно уменьшен, он ограничен такими технологиями, как бурение (бурение) и нанесение покрытия: чем меньше отверстия, тем длиннее бурение, тем легче отклоняться от центра; равномерное омеднение стенок отверстия невозможно обеспечить, если глубина отверстия в 6 раз превышает его диаметр. например, если толщина стандартной 6 - й пластины PCB (глубина отверстия) составляет 50 мм, производители PCB могут предоставить 8 - мм отверстия в нормальных условиях. с развитием технологии лазерной перфорации размер отверстия также может быть все меньше и меньше. обычно диаметр отверстия меньше или равно 6 мм, мы называем его микропористостью. микропористость обычно используется при проектировании HDI (конструкция межсоединений высокой плотности). техника микропористости позволяет непосредственно перфорировать на паяльном диске (через отверстие в сварном диске), что значительно повышает производительность цепи и экономит пространство для монтажа проводов.

проходное отверстие линии передачи - это разрывная точка сопротивления, которая вызывает отражение сигнала. обычно эквивалентное сопротивление проходного отверстия примерно на 12% ниже аналогичного сопротивления передающей линии. например, когда линия передачи 50 ом проходит через отверстие, его сопротивление будет снижено на 6 ом (конкретно в связи с размером проходного отверстия и толщиной плиты, а не ниже). Тем не менее, отражение, вызванное разрывом импеданса через отверстие, на самом деле очень невелико, и коэффициент отражения составляет всего лишь: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. проблемы, связанные с дырками, в большей степени связаны с воздействием паразитных емкостей и индуктивности.

паразитная емкость и индуктивность проходного отверстия

The parasitic stray capacitance exists in the hole itself. Если зона сопротивления сварки для отверстий на покрытии имеет диаметр D2, the diameter of the welding pad is D1, толщина панель PCB is T, диэлектрическая постоянная на подложке, the parasitic capacitance of the hole is approximately C=1.41%/(D2-D1).

паразитная емкость влияет на цепь главным образом на увеличение времени нарастания сигнала и снижение скорости цепи. например, для пластин PCB толщиной 50 мм, если проходной паяльный диск диаметром 20 мм (диаметр отверстия - 10 мм) и припой диаметром 40 мм, то мы можем приблизить паразитную емкость проходного отверстия по формуле выше: C = 1,41x4. 4x0. 050x0. 020 / (0040-0.020) = 03pF - изменение времени нарастания конденсатора примерно следующим образом: T10 - 90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2,2x0. 31x (50 / 2) = 17.05ps

Эти значения свидетельствуют о том, что, хотя влияние паразитной емкости одного отверстия на задержку подъема и замедление роста является незначительным, если в проводке используется несколько отверстий для межслойного переключения, будут использоваться несколько отверстий, которые следует тщательно продумать. в фактическом проектировании паразитная емкость может быть уменьшена путем увеличения расстояния между отверстиями и медным покрытием (предохранительный диск) или уменьшения диаметра паяльного диска.

при проектировании высокоскоростных цифровых схем паразитная индуктивность проходного отверстия более вредна, чем паразитная емкость. его паразитная последовательная индуктивность уменьшает вклад блокированной емкости и снижает эффективность фильтрации всей энергосистемы. Мы можем просто рассчитать паразитную индуктивность приблизительного значения проходного отверстия, используя следующие эмпирические формулы: L = 5.08h [ln (4h / d) + 1], где L является индуктивностью проходного отверстия, h - длиной проходного отверстия и d - диаметром центрального отверстия. из уравнений видно, что диаметр отверстия почти не влияет на индуктивность, но длина отверстия влияет на индуктивность. при повторном использовании вышеприведенных примеров внешняя индуктивность может быть рассчитана как L = 5.08x0. 050 [ln (4x050 / 0.010) + 1] = 1015 NH. если время нарастания сигнала составляет 1 НС, то эквивалентный размер импеданса составляет XL = Transcript L / T10 - 90 = 3.19 Transcript 137ed. при наличии тока высокой частоты это сопротивление нельзя игнорировать. в частности, блокирующие конденсаторы должны соединяться через два отверстия между слоем питания и пластом, что удваивает паразитную индуктивность отверстий.

В - третьих, как использовать эту дыру

анализ паразитных характеристик проходных отверстий, we can see that in high-speed PCB design, кажущееся простым сквозным отверстием часто оказывает большое негативное влияние на проектирование схемы. In order to reduce the adverse effects of the parasitic effect of the hole, мы могли бы попытаться в проектировании сделать следующее:

1. с учетом стоимости и качества сигнала выбран разумный размер отверстия. если необходимо, рассмотрите возможность использования отверстий разных размеров. например, для электрических или заземленных кабелей можно рассмотреть возможность использования больших размеров для снижения сопротивлений, а для сигнальных проводов можно использовать небольшие отверстия. Конечно, с уменьшением размеров отверстий соответствующие затраты также возрастут.

обе формулы, рассмотренные выше, указывают на то, что использование более тонких панелей PCB поможет сократить количество перфорированных паразитных параметров.

3. сигнальная проводка на панелях PCB как можно не менять слой, т.е. не использовать лишние отверстия, когда это возможно.

4. провода между отверстиями и зажимами должны быть как можно короче в ближайшей скважине. можно рассмотреть возможность объединения нескольких сквозных отверстий, чтобы уменьшить эквивалентную индуктивность.

5. установить заземляющие отверстия вблизи слоистого отверстия сигнала, чтобы обеспечить замкнутый контур сигнала. Вы можете даже добавить дополнительные заземляющие отверстия в PCB.

6. скоростной поезд панель PCB with higher density, учитываемая пора.