Parazitná kapacita a parazitná indukčnosť Via

1. Cez

Prechody sú jednou z dôležitých súčastí viacvrstvových dosiek plošných spojov a náklady na vŕtanie zvyčajne predstavujú 30 až 40 percent nákladov na výrobu dosiek plošných spojov. Jednoducho povedané, každá diera na DPS sa dá nazvať prek. Z hľadiska funkcie môžu byť priechody rozdelené do dvoch kategórií: jedna sa používa na elektrické spojenie medzi vrstvami; druhý sa používa na upevnenie alebo umiestnenie zariadení. Z hľadiska procesu sú tieto priechody vo všeobecnosti rozdelené do troch kategórií, a to slepé priechody, zakopané priechody a priechodné priechody. Slepé otvory sú umiestnené na hornom a spodnom povrchu dosky plošných spojov a majú určitú hĺbku na spojenie medzi povrchovým obvodom a pod ním ležiacim vnútorným obvodom. Hĺbka otvoru zvyčajne nepresahuje určitý pomer (otvor). Zapustené otvory označujú spojovacie otvory umiestnené vo vnútornej vrstve dosky plošných spojov, ktoré nezasahujú až po povrch dosky s plošnými spojmi. Vyššie uvedené dva typy otvorov sú umiestnené vo vnútornej vrstve dosky plošných spojov. Pred laminovaním sa na dokončenie používa proces vytvárania priechodného otvoru a počas vytvárania priechodného otvoru sa môže prekrývať niekoľko vnútorných vrstiev. Tretí typ sa nazýva priechodný otvor, ktorý prechádza celou doskou plošných spojov a môže byť použitý na realizáciu vnútorného prepojenia alebo ako montážny polohovací otvor pre komponenty. Pretože sa v procese ľahšie realizuje priechodný otvor a náklady sú nižšie, väčšina dosiek s plošnými spojmi ho používa namiesto ostatných dvoch typov priechodov. Prechody uvedené nižšie, pokiaľ nie je uvedené inak, sa považujú za prestupy. Z konštrukčného hľadiska sa priechod skladá hlavne z dvoch častí, jednou je vyvŕtaný otvor v strede a druhou je oblasť podložky okolo vyvŕtaného otvoru, ako je znázornené na obrázku nižšie. Veľkosť týchto dvoch častí určuje veľkosť priechodu. Je zrejmé, že vo vysokorýchlostnom dizajne PCB s vysokou hustotou dizajnér vždy dúfa, že čím menší je priechodný otvor, tým lepšie, takže na doske môže zostať viac miesta na zapojenie. Navyše, čím menší je priechodný otvor, tým menšia je jeho parazitná kapacita. Čím je menší, tým je vhodnejší na vysokorýchlostné okruhy. Zmenšenie veľkosti otvoru však tiež prináša zvýšenie nákladov a veľkosť priechodného otvoru nemožno zmenšovať donekonečna. Je obmedzená technológiou vŕtania a pokovovania: čím je otvor menší, tým je vŕtanie jednoduchšie Čím dlhšie otvor trvá, tým ľahšie sa odchyľuje od stredovej polohy; a keď hĺbka otvoru presahuje 6-násobok priemeru vyvŕtaného otvoru, nie je možné zabezpečiť, aby stena otvoru mohla byť rovnomerne pokovovaná meďou. Napríklad hrúbka (hĺbka priechodného otvoru) normálnej 6-vrstvovej dosky plošných spojov je približne 50 miliónov, takže priemer vŕtania, ktorý môžu výrobcovia plošných spojov poskytnúť, je len 8 miliónov.

Po druhé, parazitná kapacita priechodu

Samotný otvor má parazitnú kapacitu voči zemi. Ak je známe, že priemer izolačného otvoru na základnej vrstve je D2, priemer prestupovej podložky je D1, hrúbka dosky plošných spojov je T a dielektrická konštanta substrátu dosky je ε , parazitná kapacita priechodného otvoru je približne: C=1.41εTD1/(D2-D1) Hlavným vplyvom parazitnej kapacity priechodového otvoru na obvode je predĺženie doby nábehu signálu a zníženie rýchlosť okruhu. Napríklad v prípade dosky plošných spojov s hrúbkou 50mil, ak sa použije priechodný otvor s vnútorným priemerom 10mil a priemerom podložky 20mil, a vzdialenosť medzi podložkou a zemnou medenou oblasťou je 32 mil, potom môžeme priechodový otvor aproximovať podľa vyššie uvedeného vzorca. Parazitná kapacita je približne: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0,020/(0.032-0.020)=0,517pF a kolísanie doby nárastu spôsobené touto časťou kapacity je: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x 0,517 x (55/2)=31,28ps. Z týchto hodnôt je vidieť, že hoci efekt spomalenia stúpajúceho oneskorenia spôsobeného parazitnou kapacitou jedného prekovu nie je zrejmý, ak sa prekov v elektroinštalácii použije viackrát na prepínanie medzi vrstvami, projektant ešte potrebuje dobre to zvážte.

3. Parazitná indukčnosť priechodov

Podobne je v priechodnom otvore parazitná indukčnosť, ako aj parazitná kapacita. Pri navrhovaní vysokorýchlostných digitálnych obvodov je poškodenie spôsobené parazitnou indukčnosťou priechodového otvoru často väčšie ako vplyv parazitnej kapacity. Jeho parazitná sériová indukčnosť oslabí príspevok obtokového kondenzátora a oslabí filtračný efekt celého energetického systému. Na jednoduchý výpočet približnej parazitnej indukčnosti priechodu a môžeme použiť nasledujúci vzorec: () - Pokyny pre návrh dosky plošných spojov - O priechodoch, kde L znamená indukčnosť priechodu, h je dĺžka priechodu a d je priemer priechodu. stredový vyvŕtaný otvor. Zo vzorca je zrejmé, že priemer priechodného otvoru má malý vplyv na indukčnosť, ale dĺžka priechodného otvoru má veľký vplyv na indukčnosť. Pri použití vyššie uvedeného príkladu možno indukčnosť priechodu vypočítať ako: L=5.08x0.050[ln(4x0,050/0,010) 1]=1.015nH. Ak je čas nábehu signálu 1 ns, jeho ekvivalentná impedancia je: XL=πL/T10-90=3,19Ω. Takúto impedanciu už nemožno ignorovať, keď cez ňu prechádza vysokofrekvenčný prúd. Predovšetkým je potrebné poznamenať, že obtokový kondenzátor musí pri spájaní napájacej vrstvy a uzemňovacej vrstvy prechádzať cez dva priechody, takže parazitná indukčnosť priechodov sa zdvojnásobí. 4. Návrh spojov vo vysokorýchlostných doskách plošných spojov Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy parazitných charakteristík spojov môžeme vidieť, že pri konštrukcii vysokorýchlostných DPS zdanlivo jednoduché spoje často prinášajú veľké negatívne účinky na návrh obvodu. účinok.

Aby sme znížili nepriaznivé účinky spôsobené parazitnými účinkami vias, môžeme sa pokúsiť čo najlepšie v dizajne:

1. Vzhľadom na cenu a kvalitu signálu vyberte primeranú veľkosť otvoru. Napríklad pre 6-10 vrstvy dizajnu PCB pamäťového modulu je lepšie použiť 10/20Mil (vŕtanie/podložka) priechodky. Pre niektoré dosky s vysokou hustotou a malými rozmermi môžete tiež skúsiť použiť priechody 8/18 Mil. diera. Za súčasných technických podmienok je ťažké použiť priechodky menších rozmerov. Pre napájacie alebo zemné priechody zvážte použitie väčšej veľkosti na zníženie impedancie.

2. Z dvoch vyššie uvedených vzorcov možno usúdiť, že použitie tenšej dosky plošných spojov je výhodné na zníženie dvoch parazitných parametrov priechodu.

3. Pokúste sa nemeniť vrstvu signálových stôp na DPS, to znamená, že nepoužívajte zbytočné priechody.

4. Kolíky napájacieho zdroja a zem by mali byť vyvŕtané cez otvory v blízkosti. Čím kratšie sú vodiče medzi priechodnými otvormi a kolíkmi, tým lepšie, pretože zvýšia indukčnosť. Súčasne by vodiče napájania a uzemnenia mali byť čo najhrubšie, aby sa znížila impedancia.

5. Umiestnite niekoľko uzemnených priechodov blízko priechodov, kde signál mení vrstvy, aby sa zabezpečila úzka slučka pre signál. Na DPS je dokonca možné umiestniť veľké množstvo nadbytočných uzemňovacích priechodov. Samozrejme, je potrebná flexibilita v dizajne. Model via diskutovaný vyššie je prípad, keď každá vrstva má podložku a niekedy môžeme podložky niektorých vrstiev zmenšiť alebo dokonca odstrániť. Najmä v prípade veľmi veľkej hustoty priechodných otvorov môže dôjsť k prasknutiu štrbiny, ktorá izoluje slučku na medenej vrstve. Na vyriešenie tohto problému môžeme okrem posunutia polohy prekovu zvážiť aj umiestnenie prekovu na medenú vrstvu. Veľkosť podložky je zmenšená.