Via parazitārā kapacitāte un parazitārā induktivitāte

1. Izmantojot

Vias ir viena no svarīgākajām daudzslāņu PCB sastāvdaļām, un urbšanas izmaksas parasti veido 30–40 procentus no PCB ražošanas izmaksām. Vienkārši sakot, katru PCB caurumu var saukt par caurumu. No funkciju viedokļa caurumi var iedalīt divās kategorijās: vienu izmanto elektriskajam savienojumam starp slāņiem; otru izmanto ierīču fiksēšanai vai novietošanai. Procesa ziņā šie caurumi parasti tiek iedalīti trīs kategorijās, proti, aklie caurumi, aprakti caurumi un caurumi. Aklie caurumi atrodas uz iespiedshēmas plates augšējās un apakšējās virsmas, un tiem ir noteikts dziļums savienojumam starp virsmas ķēdi un apakšējo iekšējo ķēdi. Cauruma dziļums parasti nepārsniedz noteiktu attiecību (atvērumu). Ieraktie caurumi attiecas uz savienojuma caurumiem, kas atrodas iespiedshēmas plates iekšējā slānī un nesniedzas līdz shēmas plates virsmai. Iepriekš minētie divu veidu caurumi atrodas shēmas plates iekšējā slānī. Pirms laminēšanas pabeigšanai tiek izmantots caurumu veidošanas process, un cauruma veidošanas laikā var tikt pārklāti vairāki iekšējie slāņi. Trešais veids tiek saukts par caurumu, kas iet cauri visai shēmas platei un var tikt izmantots, lai realizētu iekšējo starpsavienojumu vai kā montāžas pozicionēšanas atvere komponentiem. Tā kā caurumu ir vieglāk realizēt procesā un izmaksas ir zemākas, lielākā daļa iespiedshēmu plates izmanto to citu divu veidu cauruļu vietā. Tālāk minētie caurumi tiek uzskatīti par caurumiem, ja vien nav norādīts citādi. No konstrukcijas viedokļa caurums galvenokārt sastāv no divām daļām, viena ir urbuma urbums vidū, bet otrs ir paliktņa laukums ap urbuma caurumu, kā parādīts attēlā zemāk. Šo divu daļu izmērs nosaka cauruma izmēru. Acīmredzot ātrgaitas, augsta blīvuma PCB dizainā dizaineris vienmēr cer, ka jo mazāks ir caurums, jo labāk, lai uz tāfeles varētu atstāt vairāk vietas vadiem. Turklāt, jo mazāks ir caurums, jo mazāka ir pašas parazitārā kapacitāte. Jo mazāks tas ir, jo piemērotāks ir ātrgaitas ķēdēm. Tomēr caurumu izmēra samazināšana rada arī izmaksu pieaugumu, un cauruma cauruma izmēru nevar samazināt bezgalīgi. To ierobežo urbšanas un apšuvuma tehnoloģija: jo mazāks ir urbums, jo vieglāk to urbt Jo ilgāk urbums aizņem, jo ​​vieglāk ir novirzīties no centra stāvokļa; un, ja urbuma dziļums pārsniedz 6 reizes urbtā urbuma diametru, nav iespējams nodrošināt, lai urbuma siena būtu vienmērīgi pārklāta ar varu. Piemēram, parastas 6-slāņa PCB plātnes biezums (caururbuma dziļums) ir aptuveni 50 miljoni, tāpēc urbuma diametrs, ko var nodrošināt PCB ražotāji, ir 8 miljoni.

Otrkārt, cauruma parazitārā kapacitāte

Pašai caurumam ir parazitāra kapacitāte pret zemi. Ja ir zināms, ka izolācijas cauruma diametrs uz zemes slāņa ir D2, cauruļu spilventiņa diametrs ir D1, PCB plāksnes biezums ir T un plāksnes substrāta dielektriskā konstante ir ε , parazitārā kapacitāte cauruma cauruma daļa ir aptuveni: C=1.41εTD1/(D2-D1) Caurejas cauruma parazitārās kapacitātes galvenā ietekme uz ķēdi ir paildzināt signāla pieauguma laiku un samazināt ķēdes ātrums. Piemēram, PCB plāksnei ar biezumu 50M, ja tiek izmantots caurums ar iekšējo diametru 10M un spilventiņa diametrs ir 20M, un attālums starp paliktni un iezemēto vara laukumu ir 32 milj., tad mēs varam aptuveni noteikt caurumu pēc iepriekš minētās formulas. Parazītiskā kapacitāte ir aptuveni: C=1,41x4,4x0.{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, un pieauguma laika izmaiņas, ko izraisa šī kapacitātes daļa, ir: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2,2 x 0,517 x(55/2)=31,28 ps. No šīm vērtībām var redzēt, ka, lai gan viena cauruma parazitārās kapacitātes izraisītās pieaugošās aizkaves palēnināšanas efekts nav acīmredzams, ja vads tiek izmantots vairākas reizes, lai pārslēgtos starp slāņiem, projektētājam joprojām ir rūpīgi apsveriet to.

3. Vias parazitārā induktivitāte

Līdzīgi caurejas caurumā ir parazitārā induktivitāte, kā arī parazitārā kapacitāte. Ātrgaitas digitālo ķēžu projektēšanā caurejas cauruma parazitārās induktivitātes radītais kaitējums bieži ir lielāks nekā parazitārās kapacitātes ietekme. Tā parazitārā virknes induktivitāte vājinās apvada kondensatora ieguldījumu un vājinās visas energosistēmas filtrēšanas efektu. Mēs varam izmantot šādu formulu, lai vienkārši aprēķinātu cauruma aptuveno parazitāro induktivitāti: () - PCB projektēšanas vadlīnijas - par caurumiem kur L attiecas uz cauruma induktivitāti, h ir cauruma garums un d ir caurejas diametrs. centrā izurbts caurums. No formulas var redzēt, ka cauruma diametram ir maza ietekme uz induktivitāti, bet cauruma cauruma garumam ir liela ietekme uz induktivitāti. Joprojām izmantojot iepriekš minēto piemēru, caurejas induktivitāti var aprēķināt šādi: L=5.08x0.050[ln(4x0,050/0,010) 1]=1.015nH. Ja signāla pieauguma laiks ir 1ns, tad tā ekvivalentā pretestība ir: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Šādu pretestību vairs nevar ignorēt, ja cauri plūst augstfrekvences strāva. Jo īpaši jāņem vērā, ka, savienojot strāvas slāni un zemes slāni, apvada kondensatoram ir jāiziet cauri diviem caurumiem, lai caureju parazitārā induktivitāte dubultotos. 4. Izmantojot dizainu ātrgaitas PCB, izmantojot iepriekš veikto cauruļu parazitāro īpašību analīzi, mēs varam redzēt, ka ātrgaitas PCB dizainā šķietami vienkāršie caurumi bieži rada lielu negatīvu ietekmi uz ķēdes dizainu. efekts.

Lai samazinātu kaitīgo ietekmi, ko rada Vias parazitārā ietekme, mēs varam censties visu iespējamo, veidojot:

1. Ņemot vērā gan izmaksas, gan signāla kvalitāti, izvēlieties saprātīgu caurumu. Piemēram, 6-10 atmiņas moduļa PCB dizaina slāņiem labāk ir izmantot 10/20 milj (urbšanas/blīvēšanas) caurumus. Dažiem augsta blīvuma un maza izmēra dēļiem varat arī mēģināt izmantot 8/18 milj. caurums. Pašreizējos tehniskajos apstākļos ir grūti izmantot mazāka izmēra vias. Strāvas vai zemējuma caurumiem apsveriet iespēju izmantot lielāku izmēru, lai samazinātu pretestību.

2. No abām iepriekš apskatītajām formulām var secināt, ka plānākas PCB plātnes izmantošana ir izdevīga, lai samazinātu abus caurejas parazītiskos parametrus.

3. Centieties nemainīt signāla pēdu slāni uz PCB, tas ir, mēģiniet neizmantot nevajadzīgus caurumus.

4. Barošanas avota tapas un zeme ir jāizurbj caur tuvumā esošajiem caurumiem. Jo īsāki ir vadi starp caurumiem un tapām, jo ​​labāk, jo tie palielinās induktivitāti. Tajā pašā laikā strāvas un zemējuma vadiem jābūt pēc iespējas biezākiem, lai samazinātu pretestību.

5. Novietojiet dažus iezemētus caurumus pie caurumiem, kur signāls maina slāņus, lai nodrošinātu ciešu signāla cilpu. Ir iespējams pat novietot lielu skaitu lieko zemējuma cauruļu uz PCB. Protams, ir nepieciešama dizaina elastība. Iepriekš apspriestais caurlaides modelis ir gadījums, kad katram slānim ir spilventiņš, un dažreiz mēs varam samazināt vai pat noņemt dažu slāņu spilventiņus. Īpaši ļoti liela caurumu blīvuma gadījumā tas var izraisīt spraugas lūzumu, kas izolē vara slāņa cilpu. Lai atrisinātu šo problēmu, papildus caurejas pozīcijas pārvietošanai mēs varam arī apsvērt iespēju novietot caurumu uz vara slāņa. Paliktņa izmērs ir samazināts.