Parasitisk kapacitans och parasitisk induktans av Via

1. Via

Vias är en av de viktiga komponenterna i flerskikts-PCB, och kostnaden för borrning står vanligtvis för 30 procent till 40 procent av kostnaden för PCB-tillverkning. Enkelt uttryckt kan varje hål på PCB kallas en via. Ur funktionsperspektiv kan vias delas in i två kategorier: en används för elektrisk anslutning mellan skikten; den andra används för fixering eller positionering av anordningar. När det gäller process är dessa vior generellt indelade i tre kategorier, nämligen blinda vias, begravda vias och through vias. Blindhål finns på kretskortets övre och undre yta och har ett visst djup för anslutningen mellan ytkretsen och den underliggande inre kretsen. Hålets djup överstiger vanligtvis inte ett visst förhållande (öppning). Nedgrävda hål avser anslutningshål placerade i det inre lagret av kretskortet, som inte sträcker sig till kretskortets yta. Ovanstående två typer av hål finns i det inre lagret av kretskortet. Före laminering används den genomgående hålformningsprocessen för att fullborda, och flera inre skikt kan överlappas under bildningen av det genomgående hålet. Den tredje typen kallas ett genomgående hål, som passerar genom hela kretskortet och kan användas för att realisera intern sammankoppling eller som ett monteringspositioneringshål för komponenter. Eftersom det genomgående hålet är lättare att realisera i processen och kostnaden är lägre, använder de flesta kretskort det istället för de andra två typerna av vior. Viaerna som nämns nedan, om inte annat anges, betraktas som vias. Ur designsynpunkt är en via huvudsakligen sammansatt av två delar, den ena är borrhålet i mitten och den andra är kuddområdet runt borrhålet, som visas i figuren nedan. Storleken på dessa två delar bestämmer storleken på via. Uppenbarligen, i höghastighets- och högdensitets-PCB-design, hoppas designern alltid att ju mindre via-hålet är, desto bättre, så att mer ledningsutrymme kan lämnas på kortet. Dessutom, ju mindre via-hålet är, desto mindre är den parasitiska kapacitansen för sig själv. Ju mindre den är, desto mer lämplig är den för höghastighetskretsar. Minskningen av hålstorleken medför emellertid också en kostnadsökning, och storleken på genomgångshålet kan inte minskas på obestämd tid. Det begränsas av tekniken för borrning och plätering: ju mindre hålet är, desto lättare är det att borra Ju längre hålet tar, desto lättare är det att avvika från mittläget; och när hålets djup överstiger 6 gånger diametern på det borrade hålet är det omöjligt att säkerställa att hålväggen kan pläteras jämnt med koppar. Till exempel är tjockleken (genomhålsdjupet) på ett normalt 6-skikts PCB-kort cirka 50Mil, så borrdiametern som PCB-tillverkarna kan tillhandahålla är så liten som 8Mil.

För det andra, den parasitiska kapacitansen för via

Själva hålet har en parasitisk kapacitans mot marken. Om det är känt att diametern på isoleringshålet på markskiktet är D2, är diametern på via-dynan D1, tjockleken på PCB-kortet är T, och den dielektriska konstanten för kortsubstratet är ε, den parasitära kapacitansen av viahålet är ungefär: C=1.41εTD1/(D2-D1) Den huvudsakliga inverkan av viahålets parasitkapacitans på kretsen är att förlänga stigtiden för signalen och minska kretsens hastighet. Till exempel, för ett kretskort med en tjocklek på 50Mil, om ett genomgångshål med en innerdiameter på 10Mil och en paddiameter på 20Mil används, och avståndet mellan dynan och det jordade kopparområdet är 32Mil, då kan vi approximera via-hålet med formeln ovan. Den parasitiska kapacitansen är ungefär: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, och stigtidsvariationen som orsakas av denna del av kapacitansen är: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Från dessa värden kan man se att även om effekten av att bromsa den stigande fördröjningen som orsakas av den parasitära kapacitansen hos en enda via inte är uppenbar, om via används flera gånger i ledningarna för att växla mellan lager, måste designern fortfarande överväg det noga.

3. Parasitisk induktans av vias

På liknande sätt finns det parasitisk induktans såväl som parasitisk kapacitans i viahålet. Vid utformningen av digitala höghastighetskretsar är skadan som orsakas av den parasitära induktansen i via-hålet ofta större än påverkan av den parasitära kapacitansen. Dess parasitiska serieinduktans kommer att försvaga bidraget från bypass-kondensatorn och försvaga filtreringseffekten för hela kraftsystemet. Vi kan använda följande formel för att helt enkelt beräkna den ungefärliga parasitinduktansen för en via: () - PCB Design Guidelines - Om Vias där L hänvisar till induktansen för via, h är längden på via, och d är diametern på det mittborrade hålet. Det kan ses av formeln att diametern på viahålet har liten inverkan på induktansen, men längden på viahålet har stor inverkan på induktansen. Fortfarande med exemplet ovan kan induktansen för via beräknas som: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. Om stigtiden för signalen är 1ns, är dess ekvivalenta impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Sådan impedans kan inte längre ignoreras när det finns en högfrekvent ström som passerar igenom. Speciellt bör det noteras att förbikopplingskondensatorn måste passera genom två vior när kraftskiktet och jordskiktet ansluts, så att den parasitära induktansen för vias kommer att fördubblas. 4. Via-design i höghastighets-PCB Genom ovanstående analys av parasitegenskaperna hos vias kan vi se att i höghastighets-PCB-design ger till synes enkla vias ofta stora negativa effekter på kretsdesign. effekt.

För att minska de negativa effekterna av parasitiska effekter av vias kan vi göra vårt bästa i designen:

1. Med tanke på både kostnad och signalkvalitet, välj en rimlig hålstorlek. Till exempel, för 6-10 lager av minnesmoduls PCB-design, är det bättre att använda 10/20Mil (borrning/pad) vias. För vissa brädor med hög densitet och små storlekar kan du också prova att använda 8/18Mil vias. hål. Under rådande tekniska förhållanden är det svårt att använda mindre vias. För ström- eller jordvias, överväg att använda en större storlek för att minska impedansen.

2. Från de två formlerna som diskuterats ovan kan man dra slutsatsen att användning av ett tunnare PCB-kort är fördelaktigt för att reducera de två parasitära parametrarna för via.

3. Försök att inte ändra lagret av signalspåren på kretskortet, det vill säga försök att inte använda onödiga vias.

4. Stiften på nätaggregatet och marken ska borras via hål i närheten. Ju kortare ledningarna mellan genomgångshålen och stiften är, desto bättre, eftersom de kommer att öka induktansen. Samtidigt bör ledningarna för kraft och jord vara så tjocka som möjligt för att minska impedansen.

5. Placera några jordade vior nära viorna där signalen byter lager för att ge en nära slinga för signalen. Det är till och med möjligt att placera ett stort antal redundanta jordvägar på kretskortet. Givetvis finns det ett behov av flexibilitet i designen. Via-modellen som diskuteras ovan är fallet där varje lager har en kudde, och ibland kan vi minska eller till och med ta bort kuddarna från vissa lager. Speciellt i fallet med en mycket stor genomhålstäthet kan det orsaka en trasig slits som isolerar slingan på kopparskiktet. För att lösa detta problem kan vi, förutom att flytta vias position, även överväga att placera viaan på kopparskiktet. Kuddstorleken minskas.