Паразитная емкость и паразитная индуктивность Via

1. Через

Переходные отверстия являются одним из важных компонентов многослойных печатных плат, а стоимость сверления обычно составляет от 30 до 40 % стоимости изготовления печатной платы. Проще говоря, каждое отверстие на печатной плате можно назвать переходным отверстием. С точки зрения функции переходные отверстия можно разделить на две категории: одна используется для электрического соединения между слоями; другой используется для фиксации или позиционирования устройств. С точки зрения процесса эти переходные отверстия обычно делятся на три категории, а именно глухие переходные отверстия, скрытые переходные отверстия и сквозные переходные отверстия. Глухие отверстия расположены на верхней и нижней поверхностях печатной платы и имеют определенную глубину для соединения поверхностной схемы с нижележащей внутренней схемой. Глубина отверстия обычно не превышает определенного соотношения (апертуры). Под скрытыми отверстиями понимаются соединительные отверстия, расположенные во внутреннем слое печатной платы, которые не выходят на поверхность печатной платы. Вышеуказанные два типа отверстий расположены во внутреннем слое печатной платы. Перед ламинированием используется процесс формирования сквозного отверстия, и несколько внутренних слоев могут перекрываться во время формирования сквозного отверстия. Третий тип называется сквозным отверстием, которое проходит через всю печатную плату и может использоваться для реализации внутреннего соединения или в качестве монтажного позиционирующего отверстия для компонентов. Поскольку сквозное отверстие легче реализовать в процессе, а стоимость ниже, в большинстве печатных плат используется именно оно вместо двух других типов переходных отверстий. Упомянутые ниже переходные отверстия, если не указано иное, считаются переходными отверстиями. С точки зрения конструкции переходное отверстие в основном состоит из двух частей: одна представляет собой просверленное отверстие посередине, а другая представляет собой область площадки вокруг просверленного отверстия, как показано на рисунке ниже. Размер этих двух частей определяет размер переходного отверстия. Очевидно, что при проектировании высокоскоростных печатных плат с высокой плотностью разработчик всегда надеется, что чем меньше переходное отверстие, тем лучше, так что на плате останется больше места для проводки. Кроме того, чем меньше переходное отверстие, тем меньше его паразитная емкость. Чем он меньше, тем больше подходит для высокоскоростных цепей. Однако уменьшение размера отверстия также приводит к увеличению стоимости, и размер сквозного отверстия не может уменьшаться до бесконечности. Она ограничена технологией сверления и наплавки: чем меньше отверстие, тем легче его сверлить Чем дольше делается отверстие, тем легче отклониться от центрального положения; а когда глубина отверстия превышает 6-кратный диаметр просверленного отверстия, невозможно обеспечить равномерное покрытие стенки отверстия медью. Например, толщина (глубина сквозного отверстия) обычной 6-слоистой печатной платы составляет около 50 мил, поэтому диаметр сверления, который могут предоставить производители печатных плат, составляет всего 8 мил.

Во-вторых, паразитная емкость переходного отверстия

Само отверстие имеет паразитную емкость относительно земли. Если известно, что диаметр изолирующего отверстия на заземляющем слое равен D2, диаметр контактной площадки равен D1, толщина печатной платы равна T, а диэлектрическая проницаемость подложки платы равна ε, то паразитная емкость сквозного отверстия составляет приблизительно: C=1,41εTD1/(D2-D1). Основное влияние паразитной емкости сквозного отверстия на цепь заключается в увеличении времени нарастания сигнала и уменьшении скорость цепи. Например, для печатной платы толщиной 50Мил, если используется сквозное отверстие с внутренним диаметром 10Мил и диаметром контактной площадки 20Мил, а расстояние между контактной площадкой и заземляющим медным участком составляет 32 мил, тогда мы можем аппроксимировать переходное отверстие по приведенной выше формуле. Паразитная емкость примерно равна: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0,020/(0,032-0,020)=0,517 пФ, а изменение времени нарастания, вызванное этой частью емкости, составляет: T10-90=2,2C(Z0/2 )=2,2 x0,517x(55/2)=31,28 пс. Из этих значений видно, что, хотя эффект замедления задержки нарастания, вызванный паразитной емкостью одного переходного отверстия, не очевиден, если переходное отверстие используется в разводке несколько раз для переключения между слоями, разработчику все равно необходимо рассмотрите это внимательно.

3. Паразитная индуктивность переходных отверстий

Точно так же в сквозном отверстии есть паразитная индуктивность, а также паразитная емкость. При проектировании быстродействующих цифровых схем вред, причиняемый паразитной индуктивностью сквозного отверстия, часто превышает влияние паразитной емкости. Его паразитная последовательная индуктивность ослабит вклад шунтирующего конденсатора и ослабит эффект фильтрации всей энергосистемы. Мы можем использовать следующую формулу, чтобы просто вычислить приблизительную паразитную индуктивность переходного отверстия: () - Рекомендации по проектированию печатных плат - О переходных отверстиях, где L относится к индуктивности переходного отверстия, h - длина переходного отверстия, а d - диаметр переходного отверстия. центральное просверленное отверстие. Из формулы видно, что диаметр сквозного отверстия мало влияет на индуктивность, а длина сквозного отверстия оказывает большое влияние на индуктивность. По-прежнему используя приведенный выше пример, индуктивность переходного отверстия можно рассчитать как: L=5.08x0.050[ln(4x0,050/0,010) 1]=1,015 нГн. Если время нарастания сигнала равно 1 нс, то его эквивалентное сопротивление равно: XL=πL/T10-90=3,19 Ом. Такой импеданс больше нельзя игнорировать, когда через него проходит высокочастотный ток. В частности, следует отметить, что шунтирующий конденсатор должен проходить через два переходных отверстия при соединении силового слоя и заземляющего слоя, так что паразитная индуктивность переходных отверстий удвоится. 4. Проектирование переходных отверстий в высокоскоростных печатных платах Из вышеприведенного анализа паразитных характеристик переходных отверстий мы можем видеть, что в проектировании высокоскоростных печатных плат, казалось бы, простые переходные отверстия часто оказывают большое негативное влияние на проектирование схемы. эффект.

Чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты, вызванные паразитными эффектами сквозных отверстий, мы можем сделать все возможное в дизайне:

1. Принимая во внимание как стоимость, так и качество сигнала, выберите разумный размер сквозного отверстия. Например, для 6-10 слоев печатной платы модуля памяти лучше использовать переходные отверстия 10/20Mil (сверление/площадка). Для некоторых плат высокой плотности и небольших размеров вы также можете попробовать использовать переходные отверстия 8/18Mil. дыра. В текущих технических условиях использование переходных отверстий меньшего размера затруднительно. Для переходных отверстий питания или заземления рассмотрите возможность использования большего размера, чтобы уменьшить импеданс.

2. Из двух приведенных выше формул можно сделать вывод, что использование более тонкой печатной платы выгодно для уменьшения двух паразитных параметров переходного отверстия.

3. Старайтесь не менять слой сигнальных дорожек на плате, то есть стараться не использовать ненужные переходные отверстия.

4. Контакты питания и земли должны быть просверлены через отверстия рядом. Чем короче провода между переходными отверстиями и контактами, тем лучше, потому что они увеличивают индуктивность. При этом выводы питания и земли должны быть максимально толстыми, чтобы уменьшить импеданс.

5. Поместите несколько заземленных переходных отверстий рядом с переходными отверстиями, где сигнал меняет слои, чтобы обеспечить замкнутый контур для сигнала. Можно даже разместить на печатной плате большое количество избыточных переходных отверстий заземления. Конечно, в дизайне нужна гибкость. Обсуждаемая выше модель переходных отверстий — это случай, когда каждый слой имеет контактную площадку, и иногда мы можем уменьшить или даже удалить контактные площадки некоторых слоев. Особенно в случае очень большой плотности сквозных отверстий это может привести к поломке паза, изолирующего петлю на медном слое. Чтобы решить эту проблему, помимо перемещения положения переходного отверстия, мы также можем рассмотреть возможность размещения переходного отверстия на медном слое. Размер подушечки уменьшен.