Παρασιτική χωρητικότητα και παρασιτική επαγωγή της Via

1. Μέσω

Οι vias είναι ένα από τα σημαντικά συστατικά των πολυστρωματικών PCB και το κόστος της γεώτρησης συνήθως αντιπροσωπεύει το 30 τοις εκατό έως το 40 τοις εκατό του κόστους κατασκευής PCB. Με απλά λόγια, κάθε τρύπα στο PCB μπορεί να ονομαστεί via. Από την άποψη της λειτουργίας, τα vias μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: η μία χρησιμοποιείται για ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ στρωμάτων. το άλλο χρησιμοποιείται για τη στερέωση ή την τοποθέτηση συσκευών. Όσον αφορά τη διαδικασία, αυτές οι διόδους χωρίζονται γενικά σε τρεις κατηγορίες, δηλαδή τυφλές διόδους, θαμμένες διόδους και μέσω διαδρομών. Οι τυφλές οπές βρίσκονται στην επάνω και στην κάτω επιφάνεια της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος και έχουν ένα ορισμένο βάθος για τη σύνδεση μεταξύ του κυκλώματος επιφάνειας και του υποκείμενου εσωτερικού κυκλώματος. Το βάθος της οπής συνήθως δεν υπερβαίνει μια ορισμένη αναλογία (διάφραγμα). Οι θαμμένες οπές αναφέρονται σε οπές σύνδεσης που βρίσκονται στο εσωτερικό στρώμα της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος, οι οποίες δεν εκτείνονται στην επιφάνεια της πλακέτας κυκλώματος. Οι δύο παραπάνω τύποι οπών βρίσκονται στο εσωτερικό στρώμα της πλακέτας κυκλώματος. Πριν από την πλαστικοποίηση, η διαδικασία σχηματισμού διαμπερούς οπής χρησιμοποιείται για να ολοκληρωθεί και πολλά εσωτερικά στρώματα μπορεί να επικαλύπτονται κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της διαμπερούς οπής. Ο τρίτος τύπος ονομάζεται διαμπερής οπή, η οποία διέρχεται από ολόκληρη την πλακέτα κυκλώματος και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πραγματοποίηση εσωτερικής διασύνδεσης ή ως οπή τοποθέτησης για εξαρτήματα. Δεδομένου ότι η διαμπερής οπή είναι ευκολότερο να πραγματοποιηθεί στη διαδικασία και το κόστος είναι χαμηλότερο, οι περισσότερες πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων τη χρησιμοποιούν αντί για τους άλλους δύο τύπους vias. Οι διόδους που αναφέρονται παρακάτω, εκτός εάν ορίζεται διαφορετικά, θεωρούνται vias. Από σχεδιαστική άποψη, ένα via αποτελείται κυρίως από δύο μέρη, το ένα είναι η οπή διάτρησης στη μέση και το άλλο είναι η περιοχή του μαξιλαριού γύρω από την οπή διάτρησης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το μέγεθος αυτών των δύο μερών καθορίζει το μέγεθος του via. Προφανώς, στη σχεδίαση PCB υψηλής ταχύτητας και υψηλής πυκνότητας, ο σχεδιαστής ελπίζει πάντα ότι όσο μικρότερη είναι η οπή διέλευσης, τόσο το καλύτερο, ώστε να μπορεί να μείνει περισσότερος χώρος καλωδίωσης στην πλακέτα. Επιπλέον, όσο μικρότερη είναι η οπή διέλευσης, τόσο μικρότερη είναι η παρασιτική χωρητικότητα της ίδιας. Όσο μικρότερο είναι, τόσο πιο κατάλληλο είναι για κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Ωστόσο, η μείωση του μεγέθους της οπής επιφέρει επίσης αύξηση του κόστους και το μέγεθος της οπής διέλευσης δεν μπορεί να μειωθεί επ' αόριστον. Περιορίζεται από την τεχνολογία διάτρησης και επιμετάλλωσης: όσο μικρότερη είναι η τρύπα, τόσο πιο εύκολο είναι να τρυπηθεί Όσο περισσότερο διαρκεί η τρύπα, τόσο πιο εύκολο είναι να αποκλίνει κανείς από την κεντρική θέση. Και όταν το βάθος της οπής υπερβαίνει το 6 φορές τη διάμετρο της τρυπημένης οπής, είναι αδύνατο να διασφαλιστεί ότι το τοίχωμα της οπής μπορεί να επιμεταλλωθεί ομοιόμορφα με χαλκό. Για παράδειγμα, το πάχος (βάθος διαμπερούς οπής) μιας κανονικής πλακέτας PCB 6-στρώματος είναι περίπου 50 Mil, επομένως η διάμετρος διάτρησης που μπορούν να παρέχουν οι κατασκευαστές PCB είναι τόσο μικρή όσο 8Mil.

Δεύτερον, η παρασιτική χωρητικότητα του via

Η ίδια η τρύπα έχει μια παρασιτική χωρητικότητα στο έδαφος. Εάν είναι γνωστό ότι η διάμετρος της οπής απομόνωσης στο στρώμα εδάφους είναι D2, η διάμετρος της διόδου είναι D1, το πάχος της πλακέτας PCB είναι T και η διηλεκτρική σταθερά του υποστρώματος της πλακέτας είναι ε , η παρασιτική χωρητικότητα της οπής διέλευσης είναι περίπου: C=1.41εTD1/(D2-D1) Η κύρια επίδραση της παρασιτικής χωρητικότητας της οπής διέλευσης στο κύκλωμα είναι η παράταση του χρόνου ανόδου του σήματος και η μείωση την ταχύτητα του κυκλώματος. Για παράδειγμα, για μια πλακέτα PCB με πάχος 50Mil, εάν χρησιμοποιείται διαμπερής οπή με εσωτερική διάμετρο 10Mil και διάμετρο μαξιλαριού 20Mil, και η απόσταση μεταξύ του μαξιλαριού και της επιφάνειας του αλεσμένου χαλκού είναι 32Mil, τότε μπορούμε να προσεγγίσουμε την οπή διέλευσης με τον παραπάνω τύπο Η παρασιτική χωρητικότητα είναι περίπου: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, και η διακύμανση του χρόνου ανόδου που προκαλείται από αυτό το τμήμα της χωρητικότητας είναι: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0,517x(55/2)=31.28ps. Από αυτές τις τιμές, μπορεί να φανεί ότι παρόλο που η επίδραση της επιβράδυνσης της καθυστέρησης ανόδου που προκαλείται από την παρασιτική χωρητικότητα ενός μόνο via δεν είναι προφανής, εάν η via χρησιμοποιηθεί πολλές φορές στην καλωδίωση για εναλλαγή μεταξύ των στρωμάτων, ο σχεδιαστής πρέπει να εξετάστε το προσεκτικά.

3. Παρασιτική επαγωγή των vias

Ομοίως, υπάρχει παρασιτική επαγωγή καθώς και παρασιτική χωρητικότητα στην οπή διέλευσης. Στο σχεδιασμό ψηφιακών κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας, η βλάβη που προκαλείται από την παρασιτική επαγωγή της οπής διέλευσης είναι συχνά μεγαλύτερη από την επίδραση της παρασιτικής χωρητικότητας. Η παρασιτική σειρά αυτεπαγωγής του θα αποδυναμώσει τη συμβολή του πυκνωτή παράκαμψης και θα αποδυναμώσει το αποτέλεσμα φιλτραρίσματος ολόκληρου του συστήματος ισχύος. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ακόλουθο τύπο για να υπολογίσουμε απλώς την κατά προσέγγιση παρασιτική επαγωγή του a via: () - Οδηγίες σχεδίασης PCB - Σχετικά με τις Vias όπου το L αναφέρεται στην επαγωγή του via, h είναι το μήκος του via και d είναι η διάμετρος του η κεντρική τρύπα. Μπορεί να φανεί από τον τύπο ότι η διάμετρος της οπής διέλευσης έχει μικρή επίδραση στην αυτεπαγωγή, αλλά το μήκος της οπής διέλευσης έχει μεγάλη επίδραση στην αυτεπαγωγή. Ακόμα χρησιμοποιώντας το παραπάνω παράδειγμα, η επαγωγή του via μπορεί να υπολογιστεί ως: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. Εάν ο χρόνος ανόδου του σήματος είναι 1ns, τότε η ισοδύναμη σύνθετη αντίστασή του είναι: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Αυτή η αντίσταση δεν μπορεί πλέον να αγνοηθεί όταν διέρχεται ρεύμα υψηλής συχνότητας. Ειδικότερα, πρέπει να σημειωθεί ότι ο πυκνωτής παράκαμψης πρέπει να διέρχεται από δύο διόδους κατά τη σύνδεση του στρώματος ισχύος και του στρώματος γείωσης, έτσι ώστε η παρασιτική επαγωγή των αγωγών να διπλασιαστεί. 4. Μέσω σχεδίασης σε PCB υψηλής ταχύτητας Μέσω της παραπάνω ανάλυσης των παρασιτικών χαρακτηριστικών των vias, μπορούμε να δούμε ότι στη σχεδίαση PCB υψηλής ταχύτητας, οι φαινομενικά απλές διόδους συχνά επιφέρουν μεγάλα αρνητικά αποτελέσματα στο σχεδιασμό του κυκλώματος. αποτέλεσμα.

Προκειμένου να μειώσουμε τις αρνητικές επιπτώσεις που προκαλούνται από τις παρασιτικές επιδράσεις των vias, μπορούμε να κάνουμε το καλύτερο δυνατό στον σχεδιασμό:

1. Λαμβάνοντας υπόψη τόσο το κόστος όσο και την ποιότητα του σήματος, επιλέξτε ένα λογικό μέγεθος οπής. Για παράδειγμα, για 6-10 επίπεδα σχεδίασης PCB μονάδας μνήμης, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε vias 10/20Mil (διάτρηση/pad). Για ορισμένες πλακέτες υψηλής πυκνότητας και μικρού μεγέθους, μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε να χρησιμοποιήσετε vias 8/18Mil. τρύπα. Υπό τις τρέχουσες τεχνικές συνθήκες, είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν vias μικρότερου μεγέθους. Για αγωγούς ισχύος ή γείωσης, σκεφτείτε να χρησιμοποιήσετε μεγαλύτερο μέγεθος για να μειώσετε την αντίσταση.

2. Από τους δύο τύπους που συζητήθηκαν παραπάνω, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η χρήση μιας πιο λεπτής πλακέτας PCB είναι ευεργετική για τη μείωση των δύο παρασιτικών παραμέτρων του via.

3. Προσπαθήστε να μην αλλάξετε τη στρώση των ιχνών σήματος στο PCB, δηλαδή προσπαθήστε να μην χρησιμοποιήσετε περιττές διόδους.

4. Οι ακίδες του τροφοδοτικού και του εδάφους πρέπει να τρυπηθούν από οπές κοντά. Όσο μικρότερες είναι οι απαγωγές μεταξύ των οπών διέλευσης και των ακίδων, τόσο το καλύτερο, γιατί θα αυξήσουν την αυτεπαγωγή. Ταυτόχρονα, τα καλώδια ισχύος και γείωσης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο παχιά για να μειωθεί η σύνθετη αντίσταση.

5. Τοποθετήστε μερικές γειωμένες διόδους κοντά στις διόδους όπου το σήμα αλλάζει επίπεδα για να παρέχει έναν στενό βρόχο για το σήμα. Είναι ακόμη δυνατό να τοποθετήσετε έναν μεγάλο αριθμό πλεονασμάτων γείωσης στο PCB. Φυσικά, υπάρχει ανάγκη για ευελιξία στο σχεδιασμό. Το μοντέλο via που συζητήθηκε παραπάνω είναι η περίπτωση όπου κάθε στρώμα έχει ένα μαξιλάρι και μερικές φορές μπορούμε να μειώσουμε ή ακόμα και να αφαιρέσουμε τα μαξιλαράκια ορισμένων στρωμάτων. Ειδικά στην περίπτωση μιας πολύ μεγάλης πυκνότητας διαμπερούς οπής, μπορεί να προκαλέσει σπασμένη σχισμή που απομονώνει τον βρόχο στο στρώμα χαλκού. Για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα, εκτός από τη μετακίνηση της θέσης του via, μπορούμε επίσης να εξετάσουμε την τοποθέτηση του via στο στρώμα χαλκού. Το μέγεθος του μαξιλαριού μειώνεται.