Capacitancia parásita e inductancia parásita de Via

1. Vía

Las vías son uno de los componentes importantes de las placas de circuito impreso multicapa, y el costo de la perforación generalmente representa entre el 30 y el 40 por ciento del costo de fabricación de la placa de circuito impreso. En pocas palabras, cada agujero en la PCB se puede llamar vía. Desde la perspectiva de la función, las vías se pueden dividir en dos categorías: una se utiliza para la conexión eléctrica entre capas; el otro se utiliza para fijar o posicionar dispositivos. En términos de proceso, estas vías se dividen generalmente en tres categorías, a saber, vías ciegas, vías enterradas y vías pasantes. Los orificios ciegos están ubicados en las superficies superior e inferior de la placa de circuito impreso y tienen cierta profundidad para la conexión entre el circuito de superficie y el circuito interno subyacente. La profundidad del agujero por lo general no excede una determinada relación (apertura). Los orificios enterrados se refieren a los orificios de conexión ubicados en la capa interna de la placa de circuito impreso, que no se extienden hasta la superficie de la placa de circuito. Los dos tipos de orificios anteriores se encuentran en la capa interna de la placa de circuito. Antes de la laminación, se utiliza para completar el proceso de formación del orificio pasante, y se pueden superponer varias capas internas durante la formación del orificio pasante. El tercer tipo se denomina orificio pasante, que atraviesa toda la placa de circuito y se puede utilizar para realizar interconexiones internas o como orificio de posicionamiento de montaje para componentes. Dado que el orificio pasante es más fácil de realizar en el proceso y el costo es más bajo, la mayoría de las placas de circuito impreso lo utilizan en lugar de los otros dos tipos de vías. Las vías mencionadas a continuación, a menos que se especifique lo contrario, se consideran vías. Desde el punto de vista del diseño, una vía se compone principalmente de dos partes, una es el orificio de perforación en el medio y la otra es el área de la almohadilla alrededor del orificio de perforación, como se muestra en la figura a continuación. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño de la vía. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, el diseñador siempre espera que cuanto más pequeño sea el orificio de paso, mejor, de modo que se pueda dejar más espacio de cableado en la placa. Además, cuanto más pequeño es el orificio de paso, menor es la capacitancia parásita de sí mismo. Cuanto más pequeño es, más adecuado es para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, la reducción del tamaño del agujero también provoca un aumento del coste, y el tamaño del agujero pasante no puede reducirse indefinidamente. Está limitado por la tecnología de perforación y enchapado: cuanto más pequeño es el orificio, más fácil es perforar Cuanto más tiempo lleva el orificio, más fácil es desviarse de la posición central; y cuando la profundidad del agujero excede 6 veces el diámetro del agujero perforado, es imposible asegurar que la pared del agujero pueda recubrirse uniformemente con cobre. Por ejemplo, el grosor (profundidad del orificio pasante) de una placa de PCB de capa 6-normal es de aproximadamente 50 mil, por lo que el diámetro de perforación que los fabricantes de PCB pueden proporcionar es tan pequeño como 8 mil.

En segundo lugar, la capacitancia parásita de la vía

El agujero en sí tiene una capacitancia parásita a tierra. Si se sabe que el diámetro del orificio de aislamiento en la capa de tierra es D2, el diámetro de la almohadilla de vía es D1, el grosor de la placa PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato de la placa es ε, la capacitancia parásita del orificio de paso es aproximadamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) El principal impacto de la capacitancia parásita del orificio de paso en el circuito es prolongar el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito. Por ejemplo, para una placa PCB con un grosor de 50mil, si se usa un orificio de paso con un diámetro interior de 10mil y un diámetro de almohadilla de 20mil, y la distancia entre la almohadilla y el área de cobre a tierra es de 32 mil, entonces podemos aproximar el orificio de paso mediante la fórmula anterior. La capacitancia parásita es aproximadamente: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, y la variación del tiempo de subida causada por esta parte de la capacitancia es: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps. A partir de estos valores, se puede ver que aunque el efecto de ralentizar el retraso ascendente causado por la capacitancia parásita de una sola vía no es obvio, si la vía se usa varias veces en el cableado para cambiar entre capas, el diseñador todavía necesita considérelo cuidadosamente.

3. Inductancia parásita de vías

De manera similar, existe una inductancia parásita y una capacitancia parásita en el orificio de paso. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño causado por la inductancia parásita del orificio de paso suele ser mayor que la influencia de la capacitancia parásita. Su inductancia parásita en serie debilitará la contribución del capacitor de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. Podemos usar la siguiente fórmula para calcular simplemente la inductancia parásita aproximada de una vía: () - Pautas de diseño de PCB - Acerca de las vías donde L se refiere a la inductancia de la vía, h es la longitud de la vía y d es el diámetro de el agujero central perforado. Puede verse en la fórmula que el diámetro del orificio de paso tiene poca influencia en la inductancia, pero la longitud del orificio de paso tiene una gran influencia en la inductancia. Aún usando el ejemplo anterior, la inductancia de la vía se puede calcular como: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. Si el tiempo de subida de la señal es 1ns, entonces su impedancia equivalente es: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Tal impedancia ya no puede ignorarse cuando pasa una corriente de alta frecuencia. En particular, debe tenerse en cuenta que el condensador de derivación debe pasar por dos vías al conectar la capa de alimentación y la capa de tierra, de modo que la inductancia parásita de las vías se duplique. 4. Diseño de vías en PCB de alta velocidad A través del análisis anterior de las características parásitas de las vías, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, las vías aparentemente simples a menudo traen grandes efectos negativos al diseño del circuito. efecto.

Para reducir los efectos adversos provocados por los efectos parásitos de las vías, podemos hacer nuestro mejor esfuerzo en el diseño:

1. Teniendo en cuenta tanto el costo como la calidad de la señal, seleccione un tamaño de orificio pasante razonable. Por ejemplo, para 6-10 capas de diseño de placa de circuito impreso del módulo de memoria, es mejor usar vías de 10/20 mil (perforación/almohadilla). Para algunas placas de alta densidad y tamaño pequeño, también puede intentar usar vías de 8/18Mil. agujero. En las condiciones técnicas actuales, es difícil utilizar vías de menor tamaño. Para vías de alimentación o tierra, considere usar un tamaño más grande para reducir la impedancia.

2. A partir de las dos fórmulas discutidas anteriormente, se puede concluir que el uso de una placa PCB más delgada es beneficioso para reducir los dos parámetros parásitos de la vía.

3. Procura no cambiar la capa de las trazas de señal en la PCB, es decir, procura no utilizar vías innecesarias.

4. Los pines de la fuente de alimentación y la tierra deben perforarse a través de agujeros cercanos. Cuanto más cortos sean los cables entre los orificios de paso y los pines, mejor, porque aumentarán la inductancia. Al mismo tiempo, los cables de alimentación y tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia.

5. Coloque algunas vías conectadas a tierra cerca de las vías donde la señal cambia de capa para proporcionar un circuito cerrado para la señal. Incluso es posible colocar una gran cantidad de vías de tierra redundantes en la PCB. Por supuesto, existe la necesidad de flexibilidad en el diseño. El modelo de vía discutido anteriormente es el caso en el que cada capa tiene una almohadilla y, a veces, podemos reducir o incluso eliminar las almohadillas de algunas capas. Especialmente en el caso de una densidad de orificios de paso muy grande, puede causar una ranura rota que aísla el bucle en la capa de cobre. Para solucionar este problema, además de mover la posición de la vía, también podemos considerar colocar la vía sobre la capa de cobre. El tamaño de la almohadilla se reduce.