Capacitância Parasitária e Indutância Parasitária de Via

1. Por

Vias são um dos componentes importantes de PCBs multicamadas, e o custo de perfuração geralmente representa 30% a 40% do custo de fabricação de PCB. Simplificando, cada orifício no PCB pode ser chamado de via. Do ponto de vista da função, as vias podem ser divididas em duas categorias: uma é usada para conexão elétrica entre camadas; o outro é usado para fixação ou posicionamento de dispositivos. Em termos de processo, essas vias são geralmente divididas em três categorias, ou seja, vias cegas, vias enterradas e vias de passagem. Os orifícios cegos estão localizados nas superfícies superior e inferior da placa de circuito impresso e possuem uma certa profundidade para a conexão entre o circuito de superfície e o circuito interno subjacente. A profundidade do furo geralmente não excede uma certa proporção (abertura). Furos enterrados referem-se a furos de conexão localizados na camada interna da placa de circuito impresso, que não se estendem à superfície da placa de circuito. Os dois tipos de orifícios acima estão localizados na camada interna da placa de circuito. Antes da laminação, o processo de formação do orifício é usado para concluir e várias camadas internas podem ser sobrepostas durante a formação do orifício. O terceiro tipo é chamado de furo passante, que passa por toda a placa de circuito e pode ser usado para realizar a interconexão interna ou como um furo de posicionamento de montagem para componentes. Como o furo passante é mais fácil de ser realizado no processo e o custo é menor, a maioria das placas de circuito impresso utiliza-o ao invés dos outros dois tipos de vias. As vias mencionadas abaixo, salvo indicação em contrário, são consideradas como vias. Do ponto de vista do projeto, uma via é composta principalmente de duas partes, uma é o furo no meio e a outra é a área de apoio ao redor do furo, conforme mostrado na figura abaixo. O tamanho dessas duas partes determina o tamanho da via. Obviamente, no projeto de PCB de alta velocidade e alta densidade, o projetista sempre espera que quanto menor o orifício de passagem, melhor, para que mais espaço de fiação possa ser deixado na placa. Além disso, quanto menor o orifício da via, menor a capacitância parasita de si mesma. Quanto menor, mais adequado é para circuitos de alta velocidade. No entanto, a redução do tamanho do furo também acarreta um aumento no custo, e o tamanho do furo de passagem não pode ser reduzido indefinidamente. É limitado pela tecnologia de perfuração e chapeamento: quanto menor o furo, mais fácil é perfurar Quanto mais demorado o furo, mais fácil é desviar da posição central; e quando a profundidade do orifício excede 6 vezes o diâmetro do orifício perfurado, é impossível garantir que a parede do orifício possa ser revestida uniformemente com cobre. Por exemplo, a espessura (profundidade do orifício) de uma placa PCB de 6-camada normal é de cerca de 50 Mil, portanto, o diâmetro de perfuração que os fabricantes de PCB podem fornecer é de apenas 8 Mil.

Em segundo lugar, a capacitância parasita da via

O buraco em si tem uma capacitância parasita para o solo. Se for conhecido que o diâmetro do orifício de isolamento na camada de solo é D2, o diâmetro da via pad é D1, a espessura da placa PCB é T e a constante dielétrica do substrato da placa é ε, a capacitância parasita do orifício de passagem é aproximadamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) O principal impacto da capacitância parasita do orifício de passagem no circuito é prolongar o tempo de subida do sinal e reduzir a velocidade do circuito. Por exemplo, para uma placa PCB com espessura de 50Mil, se for usado um orifício de passagem com um diâmetro interno de 10Mil e um diâmetro de almofada de 20Mil, e a distância entre a almofada e a área de cobre de aterramento é de 32Mil, então podemos aproximar o orifício de passagem pela fórmula acima A capacitância parasita é aproximadamente: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, e a variação do tempo de subida causada por esta parte da capacitância é: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. A partir desses valores, pode-se ver que, embora o efeito de retardar o atraso crescente causado pela capacitância parasita de uma única via não seja óbvio, se a via for usada várias vezes na fiação para alternar entre as camadas, o projetista ainda precisa considerá-lo cuidadosamente.

3. Indutância parasita de vias

Da mesma forma, há indutância parasita, bem como capacitância parasita no orifício de passagem. No projeto de circuitos digitais de alta velocidade, o dano causado pela indutância parasita do furo de passagem é muitas vezes maior do que a influência da capacitância parasita. Sua indutância em série parasita enfraquecerá a contribuição do capacitor de desvio e enfraquecerá o efeito de filtragem de todo o sistema de energia. Podemos usar a seguinte fórmula para calcular simplesmente a indutância parasita aproximada de uma via: () - Diretrizes de projeto de PCB - Sobre Vias onde L se refere à indutância da via, h é o comprimento da via e d é o diâmetro da via o orifício central perfurado. Pode-se ver pela fórmula que o diâmetro do orifício de passagem tem pouca influência na indutância, mas o comprimento do orifício de passagem tem grande influência na indutância. Ainda usando o exemplo acima, a indutância da via pode ser calculada como: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. Se o tempo de subida do sinal for 1ns, então sua impedância equivalente é: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Tal impedância não pode mais ser ignorada quando há passagem de corrente de alta frequência. Em particular, deve-se notar que o capacitor de bypass precisa passar por duas vias ao conectar a camada de potência e a camada de terra, para que a indutância parasita das vias dobre. 4. Projeto de via em PCB de alta velocidade Através da análise acima das características parasitas das vias, podemos ver que no projeto de PCB de alta velocidade, vias aparentemente simples geralmente trazem grandes efeitos negativos ao projeto de circuito. efeito.

A fim de reduzir os efeitos adversos trazidos pelos efeitos parasitários das vias, podemos tentar o nosso melhor no projeto:

1. Considerando o custo e a qualidade do sinal, selecione um tamanho de orifício de passagem razoável. Por exemplo, para 6-10 camadas de projeto de PCB de módulo de memória, é melhor usar vias 10/20Mil (perfuração/almofada). Para algumas placas de alta densidade e de tamanho pequeno, você também pode tentar usar vias 8/18Mil. buraco. Nas condições técnicas atuais, é difícil usar vias de tamanho menor. Para vias de alimentação ou terra, considere usar um tamanho maior para reduzir a impedância.

2. A partir das duas fórmulas discutidas acima, pode-se concluir que o uso de uma placa PCB mais fina é benéfico para reduzir os dois parâmetros parasitas da via.

3. Tente não alterar a camada dos traços de sinal na placa de circuito impresso, ou seja, tente não usar vias desnecessárias.

4. Os pinos da fonte de alimentação e o aterramento devem ser perfurados através de furos próximos. Quanto mais curtos forem os fios entre os orifícios das vias e os pinos, melhor, pois aumentarão a indutância. Ao mesmo tempo, os condutores de alimentação e terra devem ser o mais grossos possível para reduzir a impedância.

5. Coloque algumas vias aterradas perto das vias onde o sinal muda de camada para fornecer um loop fechado para o sinal. É ainda possível colocar um grande número de vias de terra redundantes no PCB. Claro, há uma necessidade de flexibilidade no design. O modelo de via discutido acima é o caso em que cada camada possui um pad e, às vezes, podemos reduzir ou até remover os pads de algumas camadas. Especialmente no caso de uma densidade de furos de passagem muito grande, pode causar uma fenda quebrada que isola o loop na camada de cobre. Para resolver este problema, além de mudar a posição da via, podemos também considerar a colocação da via sobre a camada de cobre. O tamanho da almofada é reduzido.