Parazitni kapacitet i parazitna induktivnost via

1. Via

Viasi su jedna od važnih komponenti višeslojnih PCB-a, a troškovi bušenja obično čine 30 do 40 posto troškova proizvodnje PCB-a. Jednostavno rečeno, svaka rupa na PCB-u se može nazvati prolazom. Iz perspektive funkcije, vias se mogu podijeliti u dvije kategorije: jedna se koristi za električnu vezu između slojeva; drugi se koristi za fiksiranje ili pozicioniranje uređaja. Što se tiče procesa, ovi spojevi se generalno dijele u tri kategorije, odnosno slijepi spojevi, ukopani propusnici i prolazni spojevi. Slijepe rupe se nalaze na gornjoj i donjoj površini tiskane ploče i imaju određenu dubinu za vezu između površinskog i unutrašnjeg kruga ispod. Dubina rupe obično ne prelazi određeni omjer (otvor blende). Zakopane rupe se odnose na priključne rupe smještene u unutrašnjem sloju tiskane ploče, a koje se ne protežu na površinu ploče. Gore navedene dvije vrste rupa nalaze se u unutrašnjem sloju ploče. Prije laminacije, proces formiranja rupe se koristi da se završi, a nekoliko unutrašnjih slojeva se može preklapati tokom formiranja rupe. Treći tip se naziva prolazna rupa, koja prolazi kroz cijelu ploču i može se koristiti za ostvarivanje interne povezanosti ili kao rupa za montažu komponenti. Budući da je prolazni otvor lakše realizirati u procesu, a cijena je niža, većina tiskanih ploča koristi ga umjesto druge dvije vrste vijasa. Prelazni spojevi navedeni u nastavku, osim ako nije drugačije naznačeno, smatraju se prijelazima. Sa stanovišta dizajna, prolaz se uglavnom sastoji od dva dijela, jedan je rupa za bušenje u sredini, a drugi je područje podloge oko bušotine, kao što je prikazano na donjoj slici. Veličina ova dva dijela određuje veličinu prolaza. Očigledno, u dizajnu PCB-a velike brzine i visoke gustine, dizajner se uvijek nada da što je otvor za prolaz manji, to bolje, tako da se više prostora za ožičenje može ostaviti na ploči. Osim toga, što je manja prolazna rupa, manja je i sama parazitska kapacitivnost. Što je manji, to je pogodniji za kola velike brzine. Međutim, smanjenje veličine rupe također dovodi do povećanja troškova, a veličina prolazne rupe ne može se smanjivati ​​beskonačno. Ograničeno je tehnologijom bušenja i oblaganja: što je rupa manja, to je lakše izbušiti Što rupa duže traje, lakše je odstupiti od središnje pozicije; a kada dubina rupe prelazi 6 puta prečnik izbušene rupe, nemoguće je osigurati da se zid rupe ravnomjerno obloži bakrom. Na primjer, debljina (dubina otvora) normalne 6-slojne PCB ploče je oko 50Mil, tako da je prečnik bušenja koji proizvođači PCB-a mogu obezbijediti samo 8Mil.

Drugo, parazitski kapacitet otvora

Sama rupa ima parazitski kapacitet prema tlu. Ako je poznato da je promjer izolacijskog otvora na sloju zemlje D2, prečnik jastučića je D1, debljina PCB ploče je T, a dielektrična konstanta podloge ploče je ε , parazitska kapacitivnost otvora prolaza je približno: C=1.41εTD1/(D2-D1) Glavni uticaj parazitskog kapaciteta prolazne rupe na kolo je da produži vrijeme porasta signala i smanji brzina kola. Na primjer, za PCB ploču debljine 50Mil, ako se koristi rupa sa unutrašnjim prečnikom od 10Mil i promjerom jastučića 20Mil, a udaljenost između jastučića i uzemljenog bakrenog područja je 32Mil, tada možemo aproksimirati otvor preko gornje formule. Parazitni kapacitet je otprilike: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, a varijacija vremena porasta uzrokovana ovim dijelom kapacitivnosti je: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Iz ovih vrijednosti može se vidjeti da iako učinak usporavanja rastućeg kašnjenja uzrokovanog parazitskim kapacitetom jednog prolaza nije očigledan, ako se vez koristi više puta u ožičenju za prebacivanje između slojeva, projektant i dalje mora pažljivo razmotrite.

3. Parazitska induktivnost vijasa

Slično, postoji parazitska induktivnost kao i parazitski kapacitet u prolazu. U dizajnu digitalnih kola velike brzine, šteta uzrokovana parazitskom induktivnošću prolazne rupe je često veća od utjecaja parazitne kapacitivnosti. Njegova parazitska serijska induktivnost će oslabiti doprinos zaobilaznog kondenzatora i oslabiti efekat filtriranja cijelog elektroenergetskog sistema. Možemo koristiti sljedeću formulu da jednostavno izračunamo približnu parazitsku induktivnost spojnog spoja: () - Smjernice za projektovanje PCB-a - O vias gdje se L odnosi na induktivnost propusnog spoja, h je dužina prolaza, a d je promjer centralna izbušena rupa. Iz formule se može vidjeti da promjer prolaznog otvora ima mali utjecaj na induktivnost, ali dužina prolaznog otvora ima veliki utjecaj na induktivnost. I dalje koristeći gornji primjer, induktivnost spojnice se može izračunati kao: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. Ako je vrijeme porasta signala 1ns, tada je njegova ekvivalentna impedansa: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takva impedancija se više ne može zanemariti kada kroz nju prolazi struja visoke frekvencije. Posebno treba napomenuti da premosni kondenzator treba da prođe kroz dva vijasa kada povezuje sloj napajanja i sloj uzemljenja, tako da će se parazitna induktivnost vijasa udvostručiti. 4. Dizajn preko PCB-a za velike brzine Kroz gornju analizu parazitnih karakteristika vias-a, možemo vidjeti da u dizajnu PCB-a velike brzine, naizgled jednostavni vias često donose velike negativne efekte na dizajn kola. efekat.

Kako bismo smanjili štetne efekte koje izazivaju parazitski efekti viasa, možemo dati sve od sebe u dizajnu:

1. Uzimajući u obzir i cijenu i kvalitet signala, odaberite razumnu veličinu otvora. Na primjer, za 6-10 slojeve PCB dizajna memorijskog modula, bolje je koristiti 10/20Mil (bušenje/podmetač) spojeve. Za neke ploče visoke gustine i male veličine, možete pokušati koristiti i 8/18Mil vias. rupa. U trenutnim tehničkim uslovima, teško je koristiti vijače manje veličine. Za strujne ili uzemljene spojeve, razmislite o korištenju veće veličine kako biste smanjili impedanciju.

2. Iz dvije formule koje su prethodno razmotrene, može se zaključiti da je upotreba tanje PCB ploče korisna za smanjenje dva parazitska parametra priključka.

3. Pokušajte ne mijenjati sloj signalnih tragova na PCB-u, to jest, pokušajte da ne koristite nepotrebne prelaze.

4. Igle napajanja i zemlju treba izbušiti kroz rupe u blizini. Što su provodnici između prolaznih rupa i pinova kraći, to bolje, jer će povećati induktivnost. U isto vrijeme, provodnici napajanja i uzemljenja trebaju biti što deblji kako bi se smanjila impedancija.

5. Postavite neke uzemljene spojeve u blizini otvora gdje signal mijenja slojeve kako biste osigurali blisku petlju za signal. Čak je moguće postaviti veliki broj redundantnih uzemljenja na PCB. Naravno, postoji potreba za fleksibilnošću u dizajnu. Preko model koji je gore razmotren je slučaj u kojem svaki sloj ima podlogu, a ponekad možemo smanjiti ili čak ukloniti podloge nekih slojeva. Naročito u slučaju vrlo velike gustine otvora, to može uzrokovati slomljeni utor koji izoluje petlju na bakrenom sloju. Da bismo riješili ovaj problem, osim pomjeranja položaja otvora, možemo razmotriti i postavljanje otvora na sloj bakra. Veličina jastučića je smanjena.