Технология PCB - Влияние отверстия PCB на передачу сигнала

Проникающие отверстия являются важной частью многослойной пластины PCB, и стоимость бурения обычно составляет от 30% до 40% от стоимости изготовления пластины PCB. Проще говоря, каждое отверстие в PCB можно назвать сквозным отверстием.

Влияние отверстия PCB на передачу сигнала

Проникающие отверстия (VIA) являются важной частью многослойных ПХБ, а стоимость бурения обычно составляет от 30% до 40% от стоимости изготовления ПХБ - пластин. Проще говоря, каждое отверстие в PCB можно назвать сквозным отверстием. С функциональной точки зрения отверстия можно разделить на две категории: один используется для электрического соединения между слоями. Другой используется для фиксации или позиционирования оборудования. С технологической точки зрения эти сквозные отверстия обычно делятся на три категории: слепые отверстия, погребенные отверстия и сквозные отверстия. Слепые отверстия расположены на верхней и нижней поверхностях плат PRINTED и имеют определенную глубину для подключения поверхностных цепей к внутренним схемам ниже. Глубина отверстия обычно не превышает определенного соотношения (апертуры). Погребенное отверстие представляет собой соединительное отверстие внутри печатной платы, которое не простирается до поверхности печатной платы. Оба типа отверстий расположены во внутреннем слое монтажной платы, который выполняется с помощью процесса сквозного формования до ламинирования, и несколько внутренних слоев могут перекрываться во время формирования сквозного отверстия.

Третий тип, называемый сквозными отверстиями, проходит через всю монтажную плату и может использоваться для внутреннего соединения или в качестве отверстия для установки и позиционирования компонентов. Поскольку сквозное отверстие легче реализовать в процессе и дешевле, большинство печатных плат используют его вместо двух других сквозных отверстий. Следующие проходные отверстия считаются сквозными без специального указания.

С точки зрения конструкции отверстие состоит в основном из двух частей, одна из которых представляет собой промежуточное отверстие, а другая - область прокладки вокруг отверстия. Размер этих двух частей определяет размер отверстия. Очевидно, что при проектировании высокоскоростных и высокоплотных PCB дизайнеры всегда хотят, чтобы отверстие было как можно меньше, и этот образец может оставить больше места для проводки, кроме того, чем меньше отверстие, тем меньше его собственная паразитическая емкость, более подходящая для высокоскоростных схем. Но уменьшение размера отверстия также приводит к увеличению затрат, и размер отверстия не может быть уменьшен без ограничений, он ограничен такими технологиями, как бурение (сверление) и покрытие (покрытие): чем меньше отверстие, тем дольше время бурения, тем легче отклониться от центра; Когда глубина отверстия превышает диаметр отверстия в 6 раз, невозможно обеспечить равномерное медное покрытие стенки отверстия. Например, если толщина нормальной 6 - слойной PCB - пластины (глубина отверстия) составляет 50 миль, то производитель PCB может обеспечить апертуру 8 миль при нормальных условиях. С развитием технологии лазерного бурения размер скважины также может быть все меньше и меньше. Обычно диаметр отверстия меньше или равен 6 милям, что мы называем микроотверстием. Микроскопы часто используются при проектировании HDI (структура межсоединений высокой плотности). Технология микропористости позволяет пробивать отверстие непосредственно на сварном диске (VIA в сварном диске), что значительно повышает производительность схемы и экономит пространство для проводки.

Прорывное отверстие линии передачи - это точка останова с разрывом сопротивления, которая вызывает отражение сигнала. Как правило, эквивалентное сопротивление сквозного отверстия примерно на 12% ниже, чем эквивалентное сопротивление линии передачи. Например, когда линия передачи 50 Ом проходит через сквозное отверстие, его сопротивление уменьшается на 6 Ом (в зависимости от размера сквозного отверстия и толщины пластины, а не уменьшается). Однако отражения, вызванные разрывом сопротивления через отверстие, на самом деле очень малы, а коэффициент отражения составляет всего: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Проблемы, вызванные дырками, больше сосредоточены на воздействии паразитной емкости и индуктивности.

Паразитная емкость через отверстие

Сами отверстия имеют паразитную емкость к земле. Если диаметр изолированного отверстия на прокладочном слое составляет D2, диаметр сквозного сварного диска - D1, толщина пластины PCB - T, диэлектрическая константа фундамента - остров, паразитная емкость отверстия прохода примерно следующая: паразитная емкость отверстия TD1 / (D2 - D1) на острове C = 1.41 влияет на схему главным образом за счет увеличения времени подъема сигнала и снижения скорости электрического пути. Например, для пластин ПХБ толщиной 50 миль, если внутренний диаметр отверстия составляет 10 миль, а диаметр сварного диска - 20 миль, а расстояние между сварным диском и медным полом - 32 мили, мы можем использовать формулу выше, чтобы приблизить паразитарную емкость отверстия: C = 1.41x4.050x0.020 / (0032 - 0.020) = 0.517pF, а время подъема, вызванное этой частью емкости, изменяется следующим образом: T10 - 90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2,2x0.517x (55 / 2 = 31,28ps. Из этих значений ясно, что, хотя паразитическая емкость одной дырки не оказывает заметного влияния на задержку подъема, дизайнеры должны быть осторожны, если для межслойного переключения используется несколько дырок.

Паразитная индуктивность через отверстие

При проектировании высокоскоростных цифровых схем паразитная индуктивность дырок часто более вредна, чем паразитная емкость. Его паразитная последовательная индуктивность ослабляет вклад байпасной емкости и снижает эффективность фильтрации всей энергосистемы. Мы можем просто рассчитать паразитную индуктивность, приближенную к сквозному отверстию, используя следующую формулу: L = 5.08 h [ln (4h / d) + 1], где L является сквозной индуктивностью, длиной сквозного отверстия и d диаметром центрального отверстия. Из уравнения видно, что диаметр отверстия мало влияет на индуктивность, но длина отверстия влияет на индуктивность. Используя приведенный выше пример, индуктивность вне отверстия может быть рассчитана как L = 5.08x0.050 [ln (4x0.050 / 0.010) + 1] = 1015nh. Если время подъема сигнала составляет 1ns, размер эквивалентного сопротивления равен: XL = NIL / T10 - 90 = 3.19í. При наличии высокочастотного тока это сопротивление нельзя игнорировать. В частности, шунтирующий конденсатор должен проходить через два отверстия, чтобы соединить слой снабжения с пластом, удваивая паразитную индуктивность отверстия.

Влияние отверстия PCB на передачу сигнала

Из приведенного выше анализа паразитических свойств сквозных отверстий мы видим, что в высокоскоростной конструкции PCB, казалось бы, простые сквозные отверстия часто оказывают большое негативное влияние на конструкцию схемы. Чтобы уменьшить негативное влияние паразитических эффектов дырок, мы можем попытаться сделать следующие вещи при проектировании:

1. Выберите разумный размер апертуры как с точки зрения затрат, так и с точки зрения качества сигнала. Например, для 6 - 10 - слойной конструкции модуля MEMORY PCB лучше выбрать перфорацию 10 / 20mil (сверление / сварочный диск), а для некоторых мелкомасштабных пластин высокой плотности также можно попробовать использовать перфорацию 8 / 18mil. С нынешней технологией трудно использовать меньшие отверстия. Для проходных отверстий источника питания или заземления можно рассмотреть возможность использования больших размеров для снижения сопротивления.

Две формулы, рассмотренные выше, показывают, что использование более тонкой пластины PCB помогает уменьшить два паразитических параметра через отверстие.

3. Подключатели питания и грунта должны быть сверлены поблизости. Чем короче провод между выводами и отверстиями, тем лучше, потому что они вызывают увеличение индуктивности. В то же время источник питания и заземление должны быть как можно толще, чтобы уменьшить сопротивление.

Сигнальная проводка на PCB - панели должна быть как можно менее измененной, то есть стараться не использовать ненужные отверстия.

5. Установка некоторых заземляющих отверстий вблизи отверстий, изменяющихся в сигнальном слое, для обеспечения замкнутого контура сигнала. Вы можете даже добавить много дополнительных заземленных отверстий к печатной плате. Конечно, ваш дизайн требует гибкости. Модель сквозного отверстия, о которой говорилось выше, представляет собой ситуацию, когда в каждом слое имеется сварочный диск. Иногда мы можем уменьшить или даже удалить прокладки некоторых слоев. Особенно если плотность отверстий очень велика, это может привести к образованию в медном слое прорезей в разрезной цепи, и для решения этой проблемы, помимо положения движущегося отверстия, мы также можем рассмотреть образование отверстий в медном слое, чтобы уменьшить размер сварного диска.

В высокоскоростной конструкции PCB полное рассмотрение и разумный контроль влияния сквозного отверстия является ключом к обеспечению стабильной и надежной производительности схемы. Благодаря постоянным технологическим инновациям и оптимизации дизайна мы можем добиться более эффективного и надежного проектирования высокоскоростных схем.