Notizie PCB - Capacitanza parassitica e induttanza dei vias

Parasitic capacitance and inductance of vias

La via stessa ha una capacità parassitaria randagio. Se è noto che il diametro della maschera di saldatura sullo strato di terra della via è D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, allora la capacità parassitaria della via è approssimativamente la seguente:

C=1,41εTD1/(D2-D1)

L'effetto principale della capacità parassitaria della via sul circuito è di estendere il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Per esempio, for a PCB with a thickness of 50Mil, if the diameter of the via pad is 20Mil (the diameter of the hole is 10Mils), and the diameter of the solder mask is 40Mil, La capacità parassitaria è approssimativamente:

C=1,41x4. 4x0. 050x0. 020/(0,040-0,020)=0,31pF

The amount of change in rise time caused by this part of the capacitance is roughly:

T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0. 31x(50/2)=17,05ps

Da questi valori, it can be seen that although the effect of the rise delay caused by the parasitic capacitance of a single via is not very obvious, se la via viene utilizzata più volte nella traccia per passare da un livello all'altro, multiple vias will be used. , Il disegno deve essere attentamente considerato. In the actual design, the parasitic capacitance can be reduced by increasing the distance between the via and the copper area (Anti-pad) or reducing the diameter of the pad.

Le capacità parassitarie esistono in vias così come nelle induttanze parassitarie. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dalle induttanze parassitarie dei vias è spesso maggiore dell'impatto della capacità parassitaria. La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass e indebolirà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo usare la seguente formula empirica per calcolare semplicemente l'induttanza parassitaria di una via:

L=5.08h[ln(4h/d)+1]

Quando L si riferisce all'induttanza della via, h è la lunghezza della via e d è il diametro del foro centrale. Si può vedere dalla formula che il diametro della via ha una piccola influenza sull'induttanza e la lunghezza della via ha la maggiore influenza sull'induttanza. Sempre usando l'esempio precedente, l'induttanza della via può essere calcolata come:

L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH

Se il tempo di salita del segnale è 1ns, allora la sua impedenza equivalente è: XL=ÏL/T10-90=3.19Ω. Tale impedenza non può più essere ignorata quando passano le correnti ad alta frequenza. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al fatto che il condensatore bypass deve passare attraverso due vie quando si collega il piano di potenza e il piano di terra, in modo che l'induttanza parassitaria dei vie aumenterà esponenzialmente.

2. Come usare i flaconcini

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, we can see that in high-speed PCB design, Vias apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito PCB. In order to reduce the adverse effects caused by the parasitic effects of the vias, Nella progettazione si può fare quanto segue:

1. considerando sia il costo che la qualità del segnale, scegliere una dimensione ragionevole tramite dimensione. Se necessario, può prendere in considerazione l'uso di diverse dimensioni di vias. Ad esempio, per via di alimentazione o messa a terra, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza, e per tracce di segnale, è possibile utilizzare via più piccole. Naturalmente, man mano che la dimensione della via diminuisce, il costo corrispondente aumenterà.

2. The two formulas discussed above can be concluded that using a thinner PCB is beneficial to reduce the two parasitic parameters of the via.

3. Cercate di non cambiare gli strati delle tracce del segnale sulla scheda PCB, cioè cercate di non utilizzare vias inutili.

4. I perni dell'alimentazione elettrica e del terreno dovrebbero essere forati nelle vicinanze e il cavo tra la via e il perno dovrebbe essere il più breve possibile. Considerare la foratura di vie multiple in parallelo per ridurre l'induttanza equivalente.

5. Place some grounded vias near the vias of the signal change layer to provide the nearest return path for the signal. È anche possibile posizionare alcuni vias di terra ridondanti sul PCB.

6. Per schede PCB ad alta densità ad alta velocità, è possibile considerare l'utilizzo di micro vias.