Паразитен капацитет и паразитна индуктивност на Via

1. Чрез

Входните отвори са един от важните компоненти на многослойните печатни платки и разходите за пробиване обикновено възлизат на 30 до 40 процента от разходите за производство на печатни платки. Просто казано, всяка дупка на печатната платка може да се нарече преход. От гледна точка на функцията отворите могат да бъдат разделени на две категории: едната се използва за електрическа връзка между слоевете; другият се използва за фиксиране или позициониране на устройства. По отношение на процеса, тези отвори обикновено се разделят на три категории, а именно слепи отвори, заровени отвори и проходни отвори. Слепите отвори са разположени на горната и долната повърхност на печатната платка и имат определена дълбочина за свързване между повърхностната верига и основната вътрешна верига. Дълбочината на отвора обикновено не надвишава определено съотношение (апертура). Заровените отвори се отнасят за отвори за свързване, разположени във вътрешния слой на печатната платка, които не се простират до повърхността на платката. Горните два вида отвори са разположени във вътрешния слой на печатната платка. Преди ламинирането се използва процесът на формиране на проходен отвор за завършване и няколко вътрешни слоя могат да бъдат припокрити по време на формирането на проходния отвор. Третият тип се нарича проходен отвор, който минава през цялата печатна платка и може да се използва за осъществяване на вътрешно свързване или като отвор за позициониране на компоненти. Тъй като проходният отвор е по-лесен за реализиране в процеса и цената е по-ниска, повечето печатни платки го използват вместо другите два вида отвори. Отворите, споменати по-долу, освен ако не е посочено друго, се считат за отвори. От гледна точка на дизайна отворът се състои главно от две части, едната е отворът за пробиване в средата, а другата е зоната на подложката около отвора за пробиване, както е показано на фигурата по-долу. Размерът на тези две части определя размера на отвора. Очевидно, при високоскоростен дизайн на печатни платки с висока плътност, дизайнерът винаги се надява, че колкото по-малък е междинният отвор, толкова по-добре, така че повече пространство за окабеляване да може да се остави на платката. В допълнение, колкото по-малък е проходният отвор, толкова по-малък е самият паразитен капацитет. Колкото по-малък е, толкова по-подходящ е за високоскоростни вериги. Въпреки това, намаляването на размера на отвора също води до увеличаване на разходите и размерът на междинния отвор не може да бъде намален безкрайно. Ограничава се от технологията на пробиване и обшивка: колкото по-малък е отворът, толкова по-лесно е пробиването. Колкото по-дълго отнема отворът, толкова по-лесно е да се отклони от централната позиция; и когато дълбочината на отвора надвишава 6 пъти диаметъра на пробития отвор, е невъзможно да се гарантира, че стената на отвора може да бъде равномерно покрита с мед. Например, дебелината (дълбочината на отвора) на нормална 6-пластова печатна платка е около 50 Mil, така че диаметърът на пробиване, който производителите на PCB могат да осигурят, е само 8 Mil.

Второ, паразитният капацитет на преходния канал

Самата дупка има паразитен капацитет спрямо земята. Ако е известно, че диаметърът на изолационния отвор на основния слой е D2, диаметърът на подложката е D1, дебелината на печатната платка е T, а диелектричната константа на субстрата на платката е ε, паразитният капацитет на преходния отвор е приблизително: C=1.41εTD1/(D2-D1) Основното въздействие на паразитния капацитет на преходния отвор върху веригата е да удължи времето на нарастване на сигнала и да намали скоростта на веригата. Например, за печатна платка с дебелина 50Mil, ако се използва междинен отвор с вътрешен диаметър 10Mil и диаметър на подложката 20Mil, и разстоянието между подложката и земната медна площ е 32 Mil, тогава можем да изчислим приблизително междинния отвор по горната формула. Паразитният капацитет е приблизително: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0,020/(0.032-0.020)=0.517pF, а промяната във времето на нарастване, причинена от тази част от капацитета, е: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0,517x(55/2)=31.28ps. От тези стойности може да се види, че въпреки че ефектът от забавяне на нарастващото закъснение, причинено от паразитния капацитет на един отвор, не е очевиден, ако отворът се използва многократно в окабеляването за превключване между слоевете, дизайнерът все още трябва да обмислете го внимателно.

3. Паразитна индуктивност на отворите

По същия начин има паразитна индуктивност, както и паразитен капацитет в проходния отвор. При проектирането на високоскоростни цифрови схеми вредата, причинена от паразитната индуктивност на проходния отвор, често е по-голяма от влиянието на паразитния капацитет. Неговата паразитна последователна индуктивност ще отслаби приноса на байпасния кондензатор и ще отслаби филтриращия ефект на цялата енергийна система. Можем да използваме следната формула, за да изчислим просто приблизителната паразитна индуктивност на отвора: () - Указания за проектиране на печатни платки - Относно отвора, където L се отнася за индуктивността на отвора, h е дължината на отвора, а d е диаметърът на централния пробит отвор. От формулата може да се види, че диаметърът на преходния отвор има малко влияние върху индуктивността, но дължината на преходния отвор има голямо влияние върху индуктивността. Все още като използваме горния пример, индуктивността на отвора може да се изчисли като: L=5.08x0.050[ln(4x0,050/0,010) 1]=1.015nH. Ако времето на нарастване на сигнала е 1ns, тогава неговият еквивалентен импеданс е: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Такъв импеданс вече не може да бъде игнориран, когато през него преминава високочестотен ток. По-специално, трябва да се отбележи, че байпасният кондензатор трябва да премине през два отвора, когато свързва силовия слой и заземяващия слой, така че паразитната индуктивност на отворите да се удвои. 4. Проектиране на отвори във високоскоростни печатни платки Чрез горния анализ на паразитните характеристики на отворите можем да видим, че при дизайна на високоскоростни печатни платки, привидно прости отвори често носят големи отрицателни ефекти върху дизайна на веригата. ефект.

За да намалим неблагоприятните ефекти, причинени от паразитните ефекти на виас, можем да направим всичко възможно в дизайна:

1. Имайки предвид цената и качеството на сигнала, изберете разумен размер на отвора. Например, за 6-10 слоеве на дизайна на PCB на модул памет е по-добре да използвате 10/20Mil (пробиване/подложка) отвори. За някои платки с висока плътност и малки размери можете също да опитате да използвате отвори 8/18Mil. дупка. При настоящите технически условия е трудно да се използват отвори с по-малък размер. За захранващи или заземяващи отвори обмислете използването на по-голям размер, за да намалите импеданса.

2. От двете формули, обсъдени по-горе, може да се заключи, че използването на по-тънка печатна платка е от полза за намаляване на двата паразитни параметъра на прехода.

3. Опитайте се да не променяте слоя на сигналните следи върху печатната платка, тоест опитайте се да не използвате ненужни връзки.

4. Щифтовете на захранването и земята трябва да бъдат пробити през дупки наблизо. Колкото по-къси са проводниците между преходните отвори и щифтовете, толкова по-добре, защото те ще увеличат индуктивността. В същото време проводниците на захранването и земята трябва да са възможно най-дебели, за да се намали импедансът.

5. Поставете няколко заземени отвори близо до отворите, където сигналът променя слоевете, за да осигурите затворен контур за сигнала. Възможно е дори да поставите голям брой излишни заземяващи отвори върху печатната платка. Разбира се, има нужда от гъвкавост в дизайна. Обсъденият по-горе модел на via е случаят, когато всеки слой има подложка и понякога можем да намалим или дори да премахнем подложките на някои слоеве. Особено в случай на много голяма плътност на отворите, това може да причини счупен слот, който изолира примката върху медния слой. За да разрешим този проблем, в допълнение към преместването на позицията на отвора, можем също така да обмислим поставянето на отвора върху медния слой. Размерът на подложката е намален.