Технология PCB - влияние перерывов на передачу высокочастотных сигналов

1. The basic concept of vias

Via is one of the important components of многослойный PCB, стоимость бурения обычно составляет от три0 до 40% стоимости производства PCB. Simply put, Каждая лунка на PCB может называться. From the point of view of function, Перерывы можно разделить на две категории: одну для электрического соединения между слоями; другое устройство для фиксации или локации. In terms of process, Эти проходные отверстия обычно делятся на три категории, namely blind vias, закопать отверстие и пробить отверстие. Blind vias are located on the top and bottom surfaces of the printed circuit board and have a certain depth. Они используются для соединения поверхностных и нижних внутренних линий. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). Buried hole refers to the connection hole located in the inner layer of the printed circuit board, не растянутая на поверхность платы. The above-mentioned two types of holes are located in the inner layer of the circuit board, технология формования через отверстие перед слоем, and several inner layers may be overlapped during the formation of the via.

Третий тип называется сквозным отверстием, которое проходит через всю схему и может быть использовано для внутреннего межсоединения или в качестве установочного отверстия для сборки. Большинство печатных плат используют его вместо двух других типов проходных отверстий, поскольку они легче поддаются реализации в процессе и менее дорогостоящи. если не предусмотрено иное, следующие проходные отверстия считаются пористыми.

Via

From a design point of view, a via is mainly composed of two parts, одна скважина посередине, and the other is the pad area around the drill hole. размер этих двух частей определяет размер проходного отверстия. Obviously, высокая скорость, высокая плотность PCBdesign, дизайнер всегда хотел, чтобы проход был меньше, лучше, the better, Таким образом, можно оставить на платы больше пространства для проводов. In addition, пропуск отверстия, the parasitic capacitance of its own. Чем меньше, the more suitable it is for high-speed circuits. Однако, the reduction in hole size also brings about an increase in cost, и размер проходного отверстия не может быть бесконечно уменьшен. It is limited by process technologies such as drilling and plating: the smaller the hole, Чем больше скважин, тем больше их время, the easier it is to deviate from the center position; and when the depth of the hole exceeds 6 times the diameter of the drilled hole, нельзя обеспечить равномерное меднение стенки отверстия. For example, if the thickness of a normal 6-layer PCB board(through hole depth) is 50Mil, потом в нормальных условиях, the minimum drilling diameter that the PCB manufacturer can provide can only reach 8Mil. с развитием технологии лазерной перфорации, the size of the hole can be smaller and smaller. В общем, a via with a diameter less than or equal to 6Mils is called a micro-hole. Microvias are often used in HDI (High Density Interconnect Structure) designs. Microvia technology allows vias to be directly punched on the pad (Via-in-pad), это значительно повышает производительность цепи и экономит пространство для проводки.

Перерывы на линии передачи проявляются как разрывные точки сопротивлений, что приводит к отражению сигнала. обычно эквивалентное сопротивление проходного отверстия примерно на 12% ниже, чем эквивалентное сопротивление передающей линии. например, сопротивление линии электропередач 50 ом при проходе через отверстие уменьшится на 6 ом (в частности, это связано с размером и толщиной проходного отверстия, а не с абсолютным снижением). Однако на самом деле, отражение, вызванное разрывным сопротивлением отверстия, очень мало. коэффициент отражения составляет только: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. проблемы, связанные с проходными отверстиями, в большей степени связаны с паразитной емкостью и индуктивностью. влияние.

паразитная емкость и индуктивность через отверстие

само отверстие имеет паразитную емкость рассеяния. If it is known that the diameter of the solder mask on the ground layer of the via is D2, диаметр диафрагмы D1, the thickness of the PCB board is T, диэлектрическая постоянная на подложке описанных пластин, паразитная емкость отверстия примерно: с = 1.41εTD1/((D2 - D1))

паразитная емкость пропускания через отверстие оказывает основное влияние на цепь, удлиняя время нарастания сигнала и снижая скорость цепи. например, для PCB толщиной 50 мм, если проходной диск диаметром 20 мм (диаметр отверстия - 10 мм) и сварочный шаблон диаметром 40 мм, то можно использовать эту формулу для приближения размеров отверстий. 4x0. 050x0. 020 / (0040-0.020) = изменение времени нарастания, вызванное частичной емкостью 0.31pF, примерно следующим образом: T10 - 90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2.2x0.31x (50 / 2) = 17.05ps

From these values, можно отметить, что, хотя воздействие паразитной емкости одного проходного отверстия на задержку подъема не является очевидным, if the via is used multiple times in the trace to switch between layers, Использовать несколько пропусков., The design must be carefully considered. В настоящем проекте, the parasitic capacitance can be reduced by increasing the distance between the via and the copper area (Anti-pad) or reducing the diameter of the pad.

в перерыве есть паразитная емкость и паразитная индуктивность. при проектировании высокоскоростных цифровых схем вредность паразитной индуктивности через отверстия часто превышает воздействие паразитных емкостей. его паразитная последовательная индуктивность ослабит вклад блокированной емкости и эффективность фильтрации всей энергосистемы. Мы можем просто рассчитать паразитную индуктивность отверстий, используя следующую эмпирическую формулу: L = 5.08h [ln (4h / d) + 1], где L является индуктивностью отверстий, h - длиной отверстия и d - диаметром центральной отверстия. из формулы видно, что диаметр проходного отверстия меньше влияет на индуктивность, а длина проходного отверстия больше всего влияет на индуктивность. по - прежнему используются приведенные выше примеры, при которых индуктивность отверстия может быть рассчитана как L = 5.08x0. 050 [ln (4x0.050 / 0.010) + 1] = 1,015nH, если время нарастания сигнала составляет 1нс, то эквивалентное сопротивление: XL = восприимчивость к переносу болезни L / T10 - 90 = 3,19. когда ток высокой частоты проходит, это сопротивление больше не может быть проигнорировано. особое внимание следует обратить на то, что при соединении поверхностей электропитания и пластов блокирующие конденсаторы должны проходить через два отверстия, с тем чтобы паразитная индуктивность через них удвоилась.

паразитная емкость и индуктивность через отверстие

В - третьих, как использовать отверстие

Through the above analysis of the parasitic characteristics of vias, we can see that in high-speed PCBdesign, seemingly simple vias often bring great negative effects to circuit design. в целях уменьшения негативного воздействия паразитного эффекта, the following can be done in the design:

1. учитывая стоимость и качество сигнала, выберите разумный размер проходного отверстия. при необходимости можно рассмотреть возможность использования отверстий разных размеров. например, для питания или заземления через отверстие можно рассмотреть возможность использования более крупного размера для снижения импеданса, а для сигнальных линий можно использовать более мелкие отверстия. Конечно, с уменьшением размеров отверстий соответствующие затраты также возрастут.

   
   

2. Две Обсуждавшиеся выше формулы позволяют сделать вывод о том, что использование более тонкой PCB способствует снижению двух паразитных параметров отверстия.
3. Try not to change the layers of the signal traces on the PCB board, То есть, try not to use unnecessary vias.
4. The pins of the power supply and the ground should be drilled nearby, провод между отверстиями и выводами должен быть как можно короче. Consider drilling multiple vias in parallel to reduce the equivalent inductance.
5. Place some grounded vias near the vias of the signal change layer to provide the nearest return path for the signal. даже на PCB можно разместить избыточное заземление.
6. For high-density high-speed PCBboards, Вы можете рассмотреть возможность использования микропроходного отверстия.