Parazitní kapacita a parazitní indukčnost Via

1. Přes

Prokovy jsou jednou z důležitých součástí vícevrstvých desek plošných spojů a náklady na vrtání obvykle tvoří 30 až 40 procent nákladů na výrobu desek plošných spojů. Jednoduše řečeno, každá díra na PCB může být nazývána prokovem. Z hlediska funkce lze prokovy rozdělit do dvou kategorií: jedna se používá pro elektrické spojení mezi vrstvami; druhý se používá pro upevnění nebo umístění zařízení. Z hlediska procesu jsou tyto prokovy obecně rozděleny do tří kategorií, jmenovitě slepé prokovy, zakopané prokovy a prokovy. Slepé otvory jsou umístěny na horním a spodním povrchu desky s plošnými spoji a mají určitou hloubku pro spojení mezi povrchovým obvodem a spodním vnitřním obvodem. Hloubka otvoru obvykle nepřesahuje určitý poměr (otvor). Zasypané otvory se týkají spojovacích otvorů umístěných ve vnitřní vrstvě desky s plošnými spoji, které nezasahují až k povrchu desky s plošnými spoji. Výše uvedené dva typy otvorů jsou umístěny ve vnitřní vrstvě obvodové desky. Před laminací se k dokončení používá proces vytváření průchozího otvoru a během vytváření průchozího otvoru se může překrývat několik vnitřních vrstev. Třetí typ se nazývá průchozí otvor, který prochází celou obvodovou deskou a lze jej použít k realizaci vnitřního propojení nebo jako montážní polohovací otvor pro součástky. Vzhledem k tomu, že průchozí otvor je v procesu snadněji realizovatelný a náklady jsou nižší, většina desek s plošnými spoji jej používá místo dalších dvou typů prokovů. Prokovy uvedené níže, pokud není uvedeno jinak, jsou považovány za prokovy. Z konstrukčního hlediska se prokov skládá hlavně ze dvou částí, jednou je vyvrtaný otvor uprostřed a druhou je oblast podložky kolem vyvrtaného otvoru, jak je znázorněno na obrázku níže. Velikost těchto dvou částí určuje velikost prokovu. Je zřejmé, že ve vysokorychlostním designu PCB s vysokou hustotou designér vždy doufá, že čím menší je průchozí otvor, tím lépe, takže na desce může být ponecháno více prostoru pro zapojení. Navíc, čím menší je průchozí otvor, tím menší je jeho parazitní kapacita. Čím je menší, tím je vhodnější pro vysokorychlostní okruhy. Zmenšení velikosti otvoru však také přináší zvýšení nákladů a velikost průchozího otvoru nelze zmenšovat donekonečna. Je omezena technologií vrtání a pokovování: čím menší otvor, tím snazší vrtání Čím déle otvor trvá, tím je snazší vychýlit se ze středové polohy; a když hloubka otvoru přesahuje 6násobek průměru vyvrtaného otvoru, není možné zajistit, aby stěna otvoru mohla být rovnoměrně pokovena mědí. Například tloušťka (hloubka průchozího otvoru) běžné 6-vrstvy desky plošných spojů je asi 50 mil, takže průměr vrtání, který mohou výrobci desek plošných spojů poskytnout, je jen 8 mil.

Za druhé, parazitní kapacita průchodu

Samotný otvor má parazitní kapacitu vůči zemi. Pokud je známo, že průměr izolačního otvoru na zemní vrstvě je D2, průměr propojovací podložky je D1, tloušťka desky plošných spojů je T a dielektrická konstanta substrátu desky je ε , parazitní kapacita průchozího otvoru je přibližně: C=1.41εTD1/(D2-D1) Hlavním dopadem parazitní kapacity průchozího otvoru na obvod je prodloužení doby náběhu signálu a snížení rychlost okruhu. Například pro desku plošných spojů o tloušťce 50mil, pokud je použit průchozí otvor s vnitřním průměrem 10mil a průměrem podložky 20mil, a vzdálenost mezi podložkou a uzemněnou měděnou plochou je 32 Mil, pak můžeme průchozí otvor aproximovat podle výše uvedeného vzorce. Parazitní kapacita je zhruba: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0,020/(0.032-0.020)=0,517pF a kolísání doby náběhu způsobené touto částí kapacity je: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2,2 x 0,517 x (55/2)=31,28ps. Z těchto hodnot je vidět, že ačkoliv není zřejmý efekt zpomalení narůstajícího zpoždění způsobeného parazitní kapacitou jednoho prokovu, pokud je prokov v zapojení vícenásobně použit pro přepínání mezi vrstvami, konstruktér stále potřebuje pečlivě to zvažte.

3. Parazitní indukčnost prokovů

Podobně je v průchozím otvoru parazitní indukčnost a také parazitní kapacita. Při návrhu vysokorychlostních digitálních obvodů je poškození způsobené parazitní indukčností průchozího otvoru často větší než vliv parazitní kapacity. Jeho parazitní sériová indukčnost zeslabí příspěvek obtokového kondenzátoru a zeslabí filtrační účinek celého energetického systému. Pro jednoduchý výpočet přibližné parazitní indukčnosti prokovu můžeme použít následující vzorec: () - Pokyny pro návrh desky plošných spojů - O prokovech kde L označuje indukčnost prokovu, h je délka prokovu a d je průměr prokovu. středový vrtaný otvor. Ze vzorce je vidět, že průměr průchozího otvoru má malý vliv na indukčnost, ale délka průchozího otvoru má velký vliv na indukčnost. S použitím výše uvedeného příkladu lze indukčnost prokovu vypočítat jako: L=5.08x0.050[ln(4x0,050/0,010) 1]=1.015nH. Pokud je doba náběhu signálu 1ns, pak jeho ekvivalentní impedance je: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takovou impedanci již nelze ignorovat, když tudy prochází vysokofrekvenční proud. Zejména je třeba poznamenat, že obtokový kondenzátor musí při připojení výkonové vrstvy a zemní vrstvy projít dvěma prokovy, takže parazitní indukčnost prokovů se zdvojnásobí. 4. Návrh prokovu ve vysokorychlostním PCB Prostřednictvím výše uvedené analýzy parazitních charakteristik prokovů můžeme vidět, že ve vysokorychlostním návrhu PCB zdánlivě jednoduché prokovy často přinášejí velké negativní účinky na návrh obvodu. účinek.

Abychom snížili nepříznivé účinky způsobené parazitními účinky prokovů, můžeme se v návrhu pokusit nejlépe:

1. S ohledem na cenu a kvalitu signálu vyberte přiměřenou velikost průchozího otvoru. Například pro 6-10 vrstvy návrhu PCB paměťových modulů je lepší použít 10/20Mil (vrtací/podložka) prokovy. U některých desek s vysokou hustotou a malých rozměrů můžete také zkusit použít průchody 8/18Mil. otvor. Za současných technických podmínek je obtížné použít prokovy menších rozměrů. Pro napájecí nebo zemní průchody zvažte použití větší velikosti, abyste snížili impedanci.

2. Ze dvou výše uvedených vzorců lze usoudit, že použití tenčí desky plošných spojů je výhodné pro snížení dvou parazitních parametrů prokovu.

3. Snažte se neměnit vrstvu signálových stop na DPS, to znamená, snažte se nepoužívat zbytečné prokovy.

4. Kolíky napájecího zdroje a zem by měly být vyvrtány otvory poblíž. Čím kratší jsou přívody mezi průchozími otvory a kolíky, tím lépe, protože zvýší indukčnost. Současně by napájecí a zemnící vodiče měly být co nejtlustší, aby se snížila impedance.

5. Umístěte několik uzemněných prokovů do blízkosti prokovů, kde signál mění vrstvy, aby zajistil úzkou smyčku pro signál. Na PCB je dokonce možné umístit velké množství redundantních zemních prokovů. Samozřejmě je potřeba flexibilita v designu. Výše diskutovaný model via je případ, kdy každá vrstva má podložku a někdy můžeme podložky některých vrstev zmenšit nebo dokonce odstranit. Zejména v případě velmi velké hustoty průchozích otvorů může dojít k prasknutí štěrbiny, která izoluje smyčku na měděné vrstvě. Abychom tento problém vyřešili, můžeme kromě posunutí polohy prokovu také zvážit umístění prokovu na měděnou vrstvu. Velikost podložky je zmenšena.