Parasittisk kapasitans og parasittisk induktans av Via

1. Via

Vias er en av de viktige komponentene i flerlags PCB, og kostnadene ved boring utgjør vanligvis 30 prosent til 40 prosent av kostnadene ved PCB-produksjon. Enkelt sagt kan hvert hull på PCB kalles en via. Fra et funksjonsperspektiv kan vias deles inn i to kategorier: den ene brukes til elektrisk forbindelse mellom lag; den andre brukes til festing eller plassering av enheter. Når det gjelder prosess, er disse viaene generelt delt inn i tre kategorier, nemlig blinde viaer, begravde viaer og gjennomvias. Blindhull er plassert på topp- og bunnflaten på kretskortet og har en viss dybde for forbindelsen mellom overflatekretsen og den underliggende indre kretsen. Dybden på hullet overstiger vanligvis ikke et visst forhold (åpning). Nedgravde hull refererer til tilkoblingshull plassert i det indre laget av kretskortet, som ikke strekker seg til overflaten av kretskortet. Ovennevnte to typer hull er plassert i det indre laget av kretskortet. Før laminering brukes den gjennomgående hullformingsprosessen for å fullføre, og flere indre lag kan overlappes under dannelsen av det gjennomgående hullet. Den tredje typen kalles et gjennomgående hull, som går gjennom hele kretskortet og kan brukes til å realisere intern sammenkobling eller som et monteringsposisjoneringshull for komponenter. Siden det gjennomgående hullet er lettere å realisere i prosessen og kostnadene er lavere, bruker de fleste kretskort det i stedet for de to andre typene vias. Viaene nevnt nedenfor, med mindre annet er spesifisert, anses som vias. Fra et designsynspunkt er en via hovedsakelig sammensatt av to deler, den ene er borehullet i midten, og den andre er puteområdet rundt borehullet, som vist i figuren nedenfor. Størrelsen på disse to delene bestemmer størrelsen på viaen. Åpenbart, i høyhastighets, høy tetthet PCB-design, håper designeren alltid at jo mindre gjennomgangshull, jo bedre, slik at mer ledningsplass kan være igjen på brettet. I tillegg, jo mindre via-hullet er, jo mindre er den parasittiske kapasitansen til seg selv. Jo mindre den er, jo mer egnet er den for høyhastighetskretser. Imidlertid medfører reduksjonen i hullstørrelse også en kostnadsøkning, og størrelsen på gjennomgangshullet kan ikke reduseres i det uendelige. Det er begrenset av teknologien for boring og plating: jo mindre hullet er, jo lettere er det å bore Jo lenger hullet tar, jo lettere er det å avvike fra midtposisjonen; og når dybden av hullet overstiger 6 ganger diameteren til det borede hullet, er det umulig å sikre at hullveggen kan bli jevnt belagt med kobber. For eksempel er tykkelsen (gjennomhullsdybden) på et vanlig 6-lags PCB-kort ca. 50Mil, så borediameteren som PCB-produsenter kan tilby er så liten som 8Mil.

For det andre, den parasittiske kapasitansen til viaen

Selve hullet har en parasittisk kapasitans til bakken. Hvis det er kjent at diameteren til isolasjonshullet på grunnlaget er D2, er diameteren på viaputen D1, tykkelsen på PCB-kortet er T, og den dielektriske konstanten til brettsubstratet er ε, den parasittiske kapasitansen av via-hullet er omtrentlig: C=1.41εTD1/(D2-D1) Hovedpåvirkningen av den parasittiske kapasitansen til via-hullet på kretsen er å forlenge stigetiden til signalet og redusere hastigheten på kretsen. For eksempel, for et PCB-kort med en tykkelse på 50Mil, hvis et gjennomgangshull med en indre diameter på 10Mil og en putediameter på 20Mil brukes, og avstanden mellom puten og det jordede kobberområdet er 32Mil, så kan vi tilnærme gjennomgangshullet ved hjelp av formelen ovenfor. Den parasittiske kapasitansen er omtrent: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, og stigetidsvariasjonen forårsaket av denne delen av kapasitansen er: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Fra disse verdiene kan det ses at selv om effekten av å bremse den stigende forsinkelsen forårsaket av den parasittiske kapasitansen til en enkelt via ikke er åpenbar, hvis viaen brukes flere ganger i ledningen for å bytte mellom lag, må designeren fortsatt vurdere det nøye.

3. Parasittisk induktans av vias

På samme måte er det parasittisk induktans så vel som parasittisk kapasitans i via-hullet. Ved utformingen av høyhastighets digitale kretser er skaden forårsaket av den parasittiske induktansen til via-hullet ofte større enn påvirkningen av den parasittiske kapasitansen. Dens parasittiske serieinduktans vil svekke bidraget til bypass-kondensatoren og svekke filtreringseffekten til hele kraftsystemet. Vi kan bruke følgende formel for ganske enkelt å beregne den omtrentlige parasittiske induktansen til en via: () - PCB Design Guidelines - Om Vias der L refererer til induktansen til viaen, h er lengden på viaen, og d er diameteren til det senterborede hullet. Det kan sees av formelen at diameteren på viahullet har liten innflytelse på induktansen, men lengden på viahullet har stor innvirkning på induktansen. Fortsatt ved å bruke eksemplet ovenfor, kan induktansen til via beregnes som: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. Hvis stigetiden til signalet er 1ns, er dens ekvivalente impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Slik impedans kan ikke lenger ignoreres når det er en høyfrekvent strøm som passerer gjennom. Spesielt bør det bemerkes at bypass-kondensatoren må passere gjennom to vias når du kobler sammen kraftlaget og jordlaget, slik at den parasittiske induktansen til viaene dobles. 4. Via design i høyhastighets PCB Gjennom analysen ovenfor av parasittiske egenskaper til vias, kan vi se at i høyhastighets PCB design, gir tilsynelatende enkle vias ofte store negative effekter på kretsdesign. effekt.

For å redusere de uønskede effektene forårsaket av de parasittiske effektene av vias, kan vi prøve vårt beste i designet:

1. Med tanke på både kostnad og signalkvalitet, velg en rimelig hullstørrelse. For eksempel, for 6-10 lag med minnemodul PCB-design, er det bedre å bruke 10/20Mil (boring/pad) vias. For noen brett med høy tetthet og små størrelser, kan du også prøve å bruke 8/18Mil vias. hull. Under dagens tekniske forhold er det vanskelig å bruke mindre viaer. For strøm- eller jordvias bør du vurdere å bruke en større størrelse for å redusere impedansen.

2. Fra de to formlene diskutert ovenfor, kan det konkluderes med at bruk av et tynnere PCB-kort er fordelaktig for å redusere de to parasittparametrene til viaen.

3. Prøv å ikke endre laget av signalsporene på PCB, det vil si, prøv å ikke bruke unødvendige vias.

4. Pinnene til strømforsyningen og bakken bør bores via hull i nærheten. Jo kortere ledningene er mellom gjennomgangshullene og pinnene, jo bedre, fordi de vil øke induktansen. Samtidig bør ledningene til strøm og jord være så tykke som mulig for å redusere impedansen.

5. Plasser noen jordede vias i nærheten av viaene der signalet skifter lag for å gi en tett sløyfe for signalet. Det er til og med mulig å plassere et stort antall redundante jordvias på kretskortet. Selvfølgelig er det behov for fleksibilitet i design. Via-modellen diskutert ovenfor er tilfellet der hvert lag har en pute, og noen ganger kan vi redusere eller til og med fjerne putene til noen lag. Spesielt i tilfellet med en veldig stor viahulltetthet, kan det forårsake et ødelagt spor som isolerer sløyfen på kobberlaget. For å løse dette problemet kan vi i tillegg til å flytte viaens posisjon også vurdere å plassere viaen på kobberlaget. Putestørrelsen er redusert.