Parazitni kapacitet i parazitni induktivitet Via

1. Putem

Otvori su jedna od važnih komponenti višeslojnih PCB-a, a trošak bušenja obično iznosi 30 do 40 posto troškova proizvodnje PCB-a. Jednostavno rečeno, svaka rupa na tiskanoj ploči može se nazvati prolazom. Iz perspektive funkcije, vias se mogu podijeliti u dvije kategorije: jedan se koristi za električnu vezu između slojeva; drugi se koristi za fiksiranje ili pozicioniranje uređaja. U smislu procesa, ovi otvori se općenito dijele u tri kategorije, naime slijepi otvori, ukopani otvori i prolazni otvori. Slijepe rupe nalaze se na gornjoj i donjoj površini tiskane pločice i imaju određenu dubinu za spajanje površinskog kruga i donjeg unutarnjeg kruga. Dubina rupe obično ne prelazi određeni omjer (otvor blende). Ukopane rupe odnose se na rupe za spajanje koje se nalaze u unutarnjem sloju tiskane ploče, a koje se ne protežu do površine tiskane ploče. Gornje dvije vrste rupa nalaze se u unutarnjem sloju tiskane ploče. Prije laminacije, za dovršetak se koristi proces oblikovanja kroz otvor, a nekoliko unutarnjih slojeva može se preklapati tijekom formiranja prolaza. Treća vrsta naziva se prolazna rupa, koja prolazi kroz cijelu tiskanu ploču i može se koristiti za ostvarivanje unutarnjeg međusobnog povezivanja ili kao rupa za pozicioniranje komponenti. Budući da je prolazni otvor lakše realizirati u procesu i cijena je niža, većina tiskanih pločica koristi ga umjesto druge dvije vrste vias. Dolje spomenuti otvori, osim ako nije drugačije navedeno, smatraju se otvorima. Sa stajališta dizajna, otvor se uglavnom sastoji od dva dijela, jedan je izbušena rupa u sredini, a drugi je područje s jastučićem oko izbušene rupe, kao što je prikazano na donjoj slici. Veličina ova dva dijela određuje veličinu otvora. Očito, u PCB dizajnu velike brzine i velike gustoće, dizajner se uvijek nada da što je manji otvor, to bolje, tako da se na ploči može ostaviti više prostora za ožičenje. Osim toga, što je manja rupica, manji je sam parazitni kapacitet. Što je manji, to je prikladniji za strujne krugove velike brzine. Međutim, smanjenje veličine otvora također dovodi do povećanja troškova, a veličina prolaznog otvora ne može se smanjivati ​​na neodređeno vrijeme. Ograničeno je tehnologijom bušenja i galvaniziranja: što je rupa manja, to ju je lakše bušiti Što dulje traje rupa, to je lakše odstupiti od središnjeg položaja; a kada dubina rupe premašuje 6 puta promjer izbušene rupe, nemoguće je osigurati da se stijenka rupe može ravnomjerno obložiti bakrom. Na primjer, debljina (dubina otvora) normalne 6-slojne PCB ploče je oko 50 Mil, tako da je promjer bušenja koji proizvođači PCB-a mogu osigurati samo 8 Mil.

Drugo, parazitski kapacitet via

Sama rupa ima parazitski kapacitet prema zemlji. Ako je poznato da je promjer izolacijske rupe na osnovnom sloju D2, promjer jastučića D1, debljina PCB ploče T, a dielektrična konstanta supstrata ploče ε, parazitni kapacitet prolaznog otvora je približno: C=1.41εTD1/(D2-D1) Glavni utjecaj parazitskog kapaciteta prolaznog otvora na krug je produljenje vremena porasta signala i smanjenje brzina kruga. Na primjer, za PCB ploču debljine 50Mila, ako se koristi prolazni otvor s unutarnjim promjerom od 10Mila i promjerom podloge od 20Mila, a udaljenost između jastučića i uzemljenog bakrenog područja je 32 Mil, tada možemo približno odrediti propusni otvor gornjom formulom. 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 priključka nije očit, ako se priključak koristi više puta u ožičenju za prebacivanje između slojeva, dizajner i dalje treba pažljivo ga razmotrite.

3. Parazitska induktivnost viasa

Slično tome, postoji parazitni induktivitet kao i parazitni kapacitet u prolazu. U dizajnu digitalnih sklopova velike brzine, šteta uzrokovana parazitskim induktivitetom prolaznog otvora često je veća od utjecaja parazitskog kapaciteta. Njegov parazitni serijski induktivitet će oslabiti doprinos premosnog kondenzatora i oslabiti učinak filtriranja cijelog elektroenergetskog sustava. Možemo upotrijebiti sljedeću formulu za jednostavno izračunavanje približne parazitske induktivnosti priključka: () - Smjernice za projektiranje PCB-a - O otvoru gdje se L odnosi na induktivitet otvora, h je duljina otvora, a d je promjer središnju izbušenu rupu. Iz formule se može vidjeti da promjer otvora za prolaz ima mali utjecaj na induktivitet, ali duljina otvora za prolaz ima veliki utjecaj na induktivitet. I dalje koristeći gornji primjer, induktivnost vija može se izračunati kao: L=5.08x0.050[ln(4x0,050/0,010) 1]=1.015nH. Ako je vrijeme porasta signala 1ns, tada je njegova ekvivalentna impedancija: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takva impedancija više se ne može zanemariti kada kroz nju prolazi struja visoke frekvencije. Konkretno, treba napomenuti da premosni kondenzator treba proći kroz dva viasa kada povezuje sloj snage i sloj uzemljenja, tako da će se parazitski induktivitet viasa udvostručiti. 4. Projektiranje otvora u PCB-u velike brzine. Kroz gornju analizu parazitskih karakteristika spojnica, možemo vidjeti da u dizajnu PCB-a velike brzine, naizgled jednostavni spojnici često donose velike negativne učinke na dizajn sklopa. posljedica.

Kako bismo smanjili štetne učinke izazvane parazitskim učincima viasa, možemo dati sve od sebe u dizajnu:

1. Uzimajući u obzir cijenu i kvalitetu signala, odaberite razumnu veličinu otvora. Na primjer, za 6-10 slojeva PCB dizajna memorijskog modula, bolje je koristiti 10/20 Mil (bušenje/podloga) otvore. Za neke ploče velike gustoće i male veličine, također možete pokušati koristiti 8/18 Mil vias. rupa. U trenutnim tehničkim uvjetima teško je koristiti otvore manjih dimenzija. Za priključke za napajanje ili uzemljenje razmislite o korištenju veće veličine kako biste smanjili impedanciju.

2. Iz dvije gore navedene formule može se zaključiti da je upotreba tanje PCB ploče korisna za smanjenje dvaju parazitskih parametara via.

3. Pokušajte ne mijenjati sloj tragova signala na PCB-u, to jest pokušajte ne koristiti nepotrebne vias.

4. Pinove napajanja i uzemljenje treba izbušiti kroz rupe u blizini. Što su kraći vodovi između otvora i pinova, to bolje, jer će povećati induktivitet. U isto vrijeme, vodovi napajanja i uzemljenja trebaju biti što deblji kako bi se smanjila impedancija.

5. Postavite nekoliko uzemljenih otvora blizu otvora gdje signal mijenja slojeve kako biste osigurali zatvorenu petlju za signal. Čak je moguće postaviti veliki broj redundantnih priključaka za uzemljenje na PCB. Naravno, postoji potreba za fleksibilnošću u dizajnu. Gore razmotren model via je slučaj gdje svaki sloj ima podlogu, a ponekad možemo smanjiti ili čak ukloniti podloge nekih slojeva. Osobito u slučaju vrlo velike gustoće otvora, to može uzrokovati slomljeni utor koji izolira petlju na sloju bakra. Da bismo riješili ovaj problem, osim pomicanja položaja otvora, također možemo razmotriti postavljanje otvora na sloj bakra. Veličina jastučića je smanjena.