PCB via compartilhamento de habilidades de design
Via é um dos componentes importantes do PCB multicamada, e o custo de perfuração geralmente representa 30% a 40% do custo de fabricação de PCB. Simplificando, cada buraco 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 conexões elétricas entre camadas; o outro é usado para dispositivos de fixação ou posicionamento. Em termos de processo, as vias são geralmente divididas em três categorias, ou seja, vias cegas, vias enterradas e vias.
As vias cegas estão localizadas nas superfícies superior e inferior da placa de circuito impresso e têm uma certa profundidade. Eles são usados para conectar a linha de superfície e a linha interna subjacente. A profundidade do orifício geralmente não excede uma determinada proporção (abertura). Furo enterrado refere-se ao orifício de conexão localizado na camada interna da placa de circuito impresso, que não se estende até a superfície da placa de circuito. Os dois tipos de furos acima mencionados estão localizados na camada interna da placa de circuito, e são completados por um processo de formação através do furo antes da laminação, e várias camadas internas podem ser sobrepostas durante a formação da via. O terceiro tipo é chamado de furo de passagem, que penetra em toda a placa de circuito e pode ser usado para interconexão interna ou como furo de posicionamento de montagem de componentes. Como o furo de passagem é mais fácil de ser realizado no processo e o custo é menor, ele é usado na maioria das placas de circuito impresso ao invés dos outros dois tipos de furos de passagem. Os orifícios de via mencionados abaixo, salvo especificação em contrário, são considerados como furos.
1. Do ponto de vista do projeto, uma via é composta principalmente de duas partes, uma é o furo de perfuração no meio, e a outra é a área da almofada ao redor do furo de perfuração. O tamanho dessas duas partes determina o tamanho da via. Obviamente, no design de PCB de alta velocidade e alta densidade, os designers sempre esperam que quanto menor for o orifício de via, melhor, para que mais espaço de fiação possa ser deixado na placa. Além disso, quanto menor a via do buraco, a capacitância parasitária própria. Quanto menor, mais adequado para circuitos de alta velocidade. No entanto, a redução do tamanho dos furos também traz um aumento no custo, e o tamanho das vias não pode ser reduzido indefinidamente. É limitado por tecnologias de processo, como perfuração e chapeamento: quanto menor o furo, mais perfuração Quanto mais tempo o furo demora, mais fácil é desviar da posição central; e quando a profundidade do furo excede 6 vezes o diâmetro do furo perfurado, não se pode garantir que a parede do furo possa ser uniformemente revestida com cobre. Por exemplo, a espessura (através da profundidade do furo) de uma placa PCB normal de 6 camadas é de cerca de 50Mil, de modo que o diâmetro mínimo de perfuração que os fabricantes de PCB podem fornecer só pode chegar a 8Mil.
Em segundo lugar, a capacitância parasitária do próprio buraco tem uma capacitância parasitária para o solo. Se se sabe que o diâmetro do orifício de isolamento na camada de terra da via é D2, o diâmetro da almofada da via é D1, e a espessura da placa PCB é T, A constante dielétrica do substrato da placa é ε, e a capacitância parasita da via é aproximadamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) O principal efeito da capacitância parasita da via no circuito é estender o subir o tempo do sinal e reduzir a velocidade do circuito. Por exemplo, para uma PCB com uma espessura de 50Mil, se uma via com um diâmetro interno de 10Mil e um diâmetro de almofada de 20Mil é usada, e a distância entre a almofada e a área de cobre moído é de 32Mil, então podemos aproximar a via usando a fórmula acima A capacitância parasita é aproximadamente: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, a mudança de tempo de subida causada por esta parte da capacitância é: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Pode-se ver a partir desses valores ?? que embora o efeito do atraso de ascensão causado pela capacitância parasita de uma única via não seja óbvio, se a via for usada várias vezes no traço para alternar entre camadas, o projetista ainda deve considerar cuidadosamente.
3. Indutância parasitária de vias Da mesma forma, existem indutâncias parasitárias juntamente com capacitâncias parasitárias em vias. No projeto de circuitos digitais de alta velocidade, o dano causado por indutâncias parasitas de vias é muitas vezes maior do que o impacto da capacitância parasita. Sua indutância em série parasita enfraquecerá a contribuição do capacitor de bypass e enfraquecerá o efeito de filtragem de todo o sistema de potência. Podemos simplesmente calcular a indutância parasitária aproximada de uma via com a seguinte fórmula: L=5.08h[ln(4h/d)+1] onde L refere-se à indutância da via, h é o comprimento da via, e d é o centro O diâmetro do furo. Pode-se ver pela fórmula que o diâmetro da via tem uma pequena influência na indutância, e o comprimento da via tem a maior 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 ascensão do sinal é 1ns, então sua impedância equivalente é: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Essa impedância não pode mais ser ignorada quando a corrente de alta frequência passa. Atenção especial deve ser dada ao fato de que o capacitor de bypass precisa passar por duas vias ao conectar a camada de potência e a camada de terra, de modo que a indutância parasita da via dobrará.
4. Via projeto em PCB de alta velocidade. Através da análise acima das características parasitárias das vias, podemos ver que no projeto de PCB de alta velocidade, vias aparentemente simples muitas vezes trazem grandes negativos para o projeto de circuitos. efeito. A fim de reduzir os efeitos adversos causados pelos efeitos parasitários das vias, o seguinte pode ser feito no projeto tanto quanto possível:
1. A partir dos dois aspectos de custo e qualidade do sinal, selecione um tamanho razoável de vias. Por exemplo, para o projeto de PCB do módulo de memória de 6-10 camadas, é melhor usar 10/20Mil (perfurado/pad) vias. Para algumas placas de tamanho pequeno de alta densidade, você também pode tentar usar 8/18Mil. buraco. Nas condições técnicas atuais, é difícil usar vias menores. Para vias de alimentação ou terra, você pode considerar o uso de um tamanho maior para reduzir a impedância.
2. As duas fórmulas discutidas acima podem ser concluídas que o uso de um PCB mais fino é benéfico para reduzir os dois parâmetros parasitários da via.
3. Tente não alterar as camadas dos traços de sinal na placa PCB, ou seja, tente não usar vias desnecessárias.
4. Os pinos de alimentação e terra devem ser perfurados nas proximidades, e o cabo entre a via e o pino deve ser o mais curto possível, pois eles aumentarão a indutância. Ao mesmo tempo, os cabos de alimentação e terra devem ser o mais espesso possível para reduzir a impedância.
5. Coloque algumas vias aterradas perto das vias da camada de sinal para fornecer o loop mais próximo para o sinal. É possível até mesmo colocar um grande número de vias terrestres redundantes na placa PCB. É claro que o design precisa ser flexível. O modelo de via discutido anteriormente é o caso em que há almofadas em cada camada. Às vezes, podemos reduzir ou até mesmo remover as almofadas de algumas camadas. Especialmente quando a densidade das vias é muito alta, pode levar à formação de um sulco de ruptura que separa o laço na camada de cobre. Para resolver esse problema, além de mover a posição da via, também podemos considerar colocar a via na camada de cobre. O tamanho da almofada é reduzido.