Технология PCB - Высокоскоростной дизайн PCB

В высокоскоростных многослойных пластинах PCB передача сигнала от одного слоя к другому требует подключения через отверстие. Когда частота ниже 1 ГГц, перфорация может быть хорошей связью. Его паразитическая емкость и индуктивность незначительны.

Когда частота высокоскоростного PCB выше 1 ГГц, паразитический эффект перфорации на целостность сигнала нельзя игнорировать. На этом этапе перфорация проявляется как прерывистая точка останова сопротивления на пути передачи, что приводит к отражению сигнала, задержке и затуханию. И другие проблемы с целостностью сигнала.

Когда сигнал передается через перфорацию на другой слой, эталонный слой сигнальной линии также служит обратным путем перфорированного сигнала, и обратный ток будет течь между эталонными слоями через конденсаторную связь, вызывая такие проблемы, как отскок заземления.

Тип перфорации

Переломы обычно делятся на три категории: сквозные отверстия, слепые отверстия и погребенные отверстия.

Слепое отверстие: расположено на верхней и нижней поверхностях печатной платы, имеет определенную глубину для соединения поверхностных и внутренних цепей ниже, глубина отверстия и диаметр отверстия обычно не превышают определенного соотношения.

Погруженное отверстие: соединительное отверстие, расположенное внутри печатной платы и не простирающееся до поверхности платы.

Проникающее отверстие: это отверстие проходит через всю монтажную плату и может быть использовано для внутреннего соединения или установки позиционного отверстия в качестве компонента. Поскольку сквозные отверстия легче реализовать в процессе и дешевле, они обычно используются на печатных платах.

перфорированная паразитная емкость

Перфорация сама по себе имеет паразитную емкость к земле. Если диаметр изолированного отверстия на заземленном слое перфорации составляет D2, диаметр перфорированного сварного диска - D1, толщина PCB - T, а диэлектрическая константа фундамента - остров, паразитная емкость перфорации аналогична:

C = 1.41 Остров TD1 / (D2 - D1)

Основным воздействием перфорированной паразитной емкости на схему является увеличение времени подъема сигнала и снижение скорости цепи. Чем меньше емкость, тем меньше эффект.

Перфорированная паразитная индуктивность

Перфорация сама по себе обладает паразитической индуктивностью. При проектировании высокоскоростных цифровых схем паразитная индуктивность перфорации часто наносит больший вред, чем паразитная емкость. Паразитическая последовательная индуктивность перфорации ослабляет функцию шунтирующего конденсатора и ослабляет фильтрационный эффект всей энергосистемы. Если L относится к индуктивности перфорации, h - к длине перфорации, а d - к диаметру центрального отверстия, то паразитическая индуктивность перфорации похожа на:

L = 5.08 часов (4 часа / день) в течение 1 часа

Из формулы видно, что диаметр перфорации оказывает меньшее влияние на индуктивность, а длина перфорации оказывает наибольшее влияние на индуктивность.

Дизайн перфорации в высокоскоростном PCB

При высокоскоростном проектировании PCB простые, казалось бы, перфорации часто оказывают большое негативное влияние на конструкцию схемы. Чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты, вызванные паразитическим эффектом перфорации, при проектировании могут быть выполнены следующие действия:

(1) Выберите разумный размер перфорации. Для многослойной конструкции ПХБ с общей плотностью предпочтительно использовать перфорацию 0,25 мм / 0.51 мм / 0.91 мм (зона изоляции бурения / сварного диска / POWER); Для некоторых PCB высокой плотности также можно использовать 0.20mm / 0.46. Для пробоин mm / 0.86 мм вы также можете попробовать непроницаемое отверстие; Для перфорации питания или заземления можно рассмотреть возможность использования большего размера для снижения сопротивления;

(2) Учитывая плотность перфорации на ПХБ, чем больше зона изоляции POWER, тем лучше, обычно D1 = D2 + 0.041;

(3) Сигнальный след на ПХБ не должен быть изменен настолько, насколько это возможно, то есть перфорация должна быть сведена к минимуму;

(4) Использование более тонких PCB способствует уменьшению двух паразитических параметров перфорации;

(5) Подключатели питания и заземления должны быть близко к перфорации. Чем короче провод между перфорацией и выводом, тем лучше, потому что они увеличивают индуктивность. В то же время провода питания и заземления должны быть как можно толще, чтобы уменьшить сопротивление;

(6) Установка некоторых заземленных пробоин вблизи перфорации сигнального слоя обеспечивает короткое кольцо сигнала.

Кроме того, длина перфорации также является одним из основных факторов, влияющих на индуктивность перфорации. Для проходных отверстий, используемых в верхних и нижних слоях, длина проходных отверстий равна толщине PCB. Из - за постоянного увеличения количества слоев PCB толщина PCB часто достигает более 5 мм. Однако при высокоскоростной конструкции PCB длина перфорации обычно контролируется в пределах 2,0 мм. Для перфорации длиной более 2,0 мм непрерывность сопротивления перфорации может быть в определенной степени увеличена за счет увеличения апертуры перфорации. При длине перфорации 1,0 мм или более оптимальный диаметр перфорации составляет 0,20 мм - 0,30 мм.