Parazitna kapacitivnost in parazitska induktivnost Via

1. Prek

Vias so ena od pomembnih komponent večplastnih tiskanih vezij, stroški vrtanja pa običajno predstavljajo 30 do 40 odstotkov stroškov proizvodnje tiskanih vezij. Preprosto povedano, vsako luknjo na tiskanem vezju lahko imenujemo prehod. Z vidika funkcije lahko prehode razdelimo v dve kategoriji: eden se uporablja za električno povezavo med plastmi; drugi se uporablja za pritrditev ali pozicioniranje naprav. Glede na postopek so ti prehodi na splošno razdeljeni v tri kategorije, in sicer slepi prehodi, zakopani prehodi in prehodi. Slepe luknje se nahajajo na zgornji in spodnji površini tiskanega vezja in imajo določeno globino za povezavo med površinskim vezjem in spodnjim notranjim vezjem. Globina luknje običajno ne presega določenega razmerja (odprtina). Zakopane luknje se nanašajo na priključne luknje v notranji plasti tiskanega vezja, ki ne segajo do površine vezja. Zgornji dve vrsti lukenj se nahajata v notranji plasti vezja. Pred laminacijo se za dokončanje uporabi postopek oblikovanja skoznje luknje in med oblikovanjem skoznje luknje se lahko prekriva več notranjih plasti. Tretji tip se imenuje skoznja luknja, ki poteka skozi celotno vezje in se lahko uporablja za izvedbo notranjega medsebojnega povezovanja ali kot montažna pozicionirna luknja za komponente. Ker je skoznjo luknjo lažje realizirati v procesu in je cena nižja, jo večina tiskanih vezij uporablja namesto drugih dveh tipov vias. Spodaj omenjeni prehodi, če ni drugače določeno, se štejejo za prehode. Z vidika oblikovanja je odprtina v glavnem sestavljena iz dveh delov, eden je vrtalna luknja na sredini, drugi pa je območje blazinice okoli vrtalne luknje, kot je prikazano na spodnji sliki. Velikost teh dveh delov določa velikost prehoda. Očitno je, da pri načrtovanju tiskanih vezij visoke hitrosti in gostote načrtovalec vedno upa, da čim manjša je odprtina, tem bolje, tako da lahko na plošči ostane več prostora za ožičenje. Poleg tega manjša kot je prehodna luknja, manjša je sama parazitska kapacitivnost. Manjši kot je, bolj primeren je za hitra vezja. Vendar pa zmanjšanje velikosti luknje povzroči tudi povečanje stroškov, velikosti odprtine pa ni mogoče zmanjševati v nedogled. Omejuje ga tehnologija vrtanja in galvaniziranja: manjša kot je luknja, lažje jo je vrtati Čim dlje traja luknja, lažje odstopa od središča; in ko globina luknje preseže 6-kratni premer izvrtane luknje, je nemogoče zagotoviti, da bo stena luknje enakomerno prevlečena z bakrom. Na primer, debelina (globina skoznje luknje) običajne 6-plastne PCB plošče je približno 50 Mil, tako da je premer vrtanja, ki ga lahko zagotovijo proizvajalci PCB, le 8 Mil.

Drugič, parazitska kapacitivnost prehoda

Sama luknja ima parazitsko kapacitivnost do tal. Če je znano, da je premer izolacijske luknje na osnovni plasti D2, premer prehodne plošče D1, debelina PCB plošče T in dielektrična konstanta podlage plošče ε, parazitna kapacitivnost pretočne luknje je približno: C=1.41εTD1/(D2-D1) Glavni vpliv parazitne kapacitivnosti pretočne luknje na vezje je podaljšanje časa vzpona signala in zmanjšanje hitrost vezja. Na primer, za ploščo tiskanega vezja z debelino 50Milov, če se uporabi odprtina za prehod z notranjim premerom 10Milov in premer ploščice 20Milov, in razdalja med ploščico in ozemljenim bakrenim območjem je 32 Mil, potem lahko približno ocenimo pretočno luknjo z zgornjo formulo. Parazitna kapacitivnost je približno: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0,020/(0.032-0.020)=0.517pF, variacija časa vzpona, ki jo povzroča ta del kapacitivnosti, pa je: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0,517x(55/2)=31.28ps. Iz teh vrednosti je razvidno, da čeprav učinek upočasnitve naraščajoče zakasnitve, ki jo povzroča parazitska kapacitivnost posameznega prehoda, ni očiten, mora načrtovalec še vedno, če se prehod večkrat uporabi v ožičenju za preklapljanje med plastmi. skrbno razmislite.

3. Parazitska induktivnost vias

Podobno obstajata parazitska induktivnost in parazitna kapacitivnost v prečni luknji. Pri zasnovi visokohitrostnih digitalnih vezij je škoda, ki jo povzroči parazitska induktivnost prehodne luknje, pogosto večja od vpliva parazitske kapacitivnosti. Njegova parazitska serijska induktivnost bo oslabila prispevek obvodnega kondenzatorja in oslabila učinek filtriranja celotnega elektroenergetskega sistema. Za preprost izračun približne parazitske induktivnosti prehoda lahko uporabimo naslednjo formulo: () - Smernice za načrtovanje tiskanega vezja - O prehodih, kjer se L nanaša na induktivnost prehoda, h je dolžina prehoda in d premer sredinsko izvrtano luknjo. Iz formule je razvidno, da ima premer premerne luknje majhen vpliv na induktivnost, vendar ima dolžina pretočne luknje velik vpliv na induktivnost. Če še vedno uporabimo zgornji primer, lahko induktivnost prehoda izračunamo kot: L=5.08x0.050[ln(4x0,050/0,010) 1]=1.015nH. Če je čas vzpona signala 1 ns, je njegova ekvivalentna impedanca: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takšne impedance ni več mogoče prezreti, ko skozenj teče visokofrekvenčni tok. Zlasti je treba opozoriti, da mora obvodni kondenzator iti skozi dva prehoda, ko povezuje močnostno plast in ozemljitveno plast, tako da se parazitska induktivnost prehodov podvoji. 4. Načrtovanje prehodov v tiskanem vezju za visoke hitrosti Z zgornjo analizo parazitskih značilnosti vezja lahko vidimo, da pri načrtovanju tiskanega vezja za visoke hitrosti na videz preprosti prehodi pogosto povzročijo velike negativne učinke na načrtovanje vezja. učinek.

Da bi zmanjšali škodljive učinke, ki jih povzročajo parazitski učinki vias, se lahko potrudimo po svojih najboljših močeh pri načrtovanju:

1. Glede na ceno in kakovost signala izberite razumno velikost odprtine. Na primer, za 6-10 plasti zasnove tiskanega vezja pomnilniškega modula je bolje uporabiti 10/20 Mil (vrtanje/podloga) prehode. Za nekatere plošče z visoko gostoto in majhne velikosti lahko poskusite uporabiti tudi 8/18 Mil vias. luknja. V trenutnih tehničnih pogojih je težko uporabljati prehode manjših dimenzij. Za napajalne ali ozemljitvene prehode razmislite o uporabi večje velikosti, da zmanjšate impedanco.

2. Iz obeh zgornjih formul je mogoče sklepati, da je uporaba tanjše PCB plošče koristna za zmanjšanje dveh parazitskih parametrov prehoda.

3. Poskusite ne spreminjati plasti signalnih sledi na tiskanem vezju, se pravi, poskusite ne uporabljati nepotrebnih prehodov.

4. Zatiči napajalnika in tla je treba izvrtati skozi luknje v bližini. Čim krajši so vodi med odprtinami za prehode in zatiči, tem bolje, ker bodo povečali induktivnost. Hkrati morajo biti napajalni in ozemljitveni kabli čim debelejši, da se zmanjša impedanca.

5. Postavite nekaj ozemljenih prehodov blizu prehodov, kjer signal spreminja plasti, da zagotovite tesno zanko za signal. Možno je celo postaviti veliko število redundantnih ozemljitvenih prehodov na PCB. Seveda obstaja potreba po prilagodljivosti oblikovanja. Zgoraj obravnavani model via je primer, ko ima vsaka plast blazinico in včasih lahko zmanjšamo ali celo odstranimo blazinice nekaterih plasti. Zlasti v primeru zelo velike gostote odprtin lahko povzroči zlomljeno režo, ki izolira zanko na bakreni plasti. Da bi rešili to težavo, lahko poleg premikanja položaja prehoda razmislimo tudi o namestitvi prehoda na bakreno plast. Velikost blazinice je zmanjšana.