Capacité parasite et inductance parasite de Via

1. Via

Les vias sont l'un des composants importants des PCB multicouches, et le coût du perçage représente généralement 30 à 40 % du coût de fabrication des PCB. En termes simples, chaque trou sur le PCB peut être appelé un via. Du point de vue de la fonction, les vias peuvent être divisés en deux catégories : l'une est utilisée pour la connexion électrique entre les couches ; l'autre est utilisé pour la fixation ou le positionnement des appareils. En termes de procédé, ces vias sont généralement divisés en trois catégories, à savoir les vias borgnes, les vias enterrés et les vias traversants. Des trous borgnes sont situés sur les surfaces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et ont une certaine profondeur pour la connexion entre le circuit de surface et le circuit interne sous-jacent. La profondeur du trou ne dépasse généralement pas un certain rapport (ouverture). Les trous enterrés font référence aux trous de connexion situés dans la couche interne de la carte de circuit imprimé, qui ne s'étendent pas jusqu'à la surface de la carte de circuit imprimé. Les deux types de trous ci-dessus sont situés dans la couche interne de la carte de circuit imprimé. Avant la stratification, le processus de formation de trou traversant est utilisé pour terminer, et plusieurs couches internes peuvent se chevaucher pendant la formation du trou traversant. Le troisième type est appelé un trou traversant, qui traverse toute la carte de circuit imprimé et peut être utilisé pour réaliser une interconnexion interne ou comme trou de positionnement de montage pour les composants. Étant donné que le trou traversant est plus facile à réaliser dans le processus et que le coût est inférieur, la plupart des cartes de circuits imprimés l'utilisent à la place des deux autres types de vias. Les vias mentionnés ci-dessous, sauf indication contraire, sont considérés comme des vias. Du point de vue de la conception, un via est principalement composé de deux parties, l'une est le trou de forage au milieu et l'autre est la zone de pastille autour du trou de forage, comme illustré dans la figure ci-dessous. La taille de ces deux parties détermine la taille du via. Évidemment, dans la conception de circuits imprimés haute vitesse et haute densité, le concepteur espère toujours que plus le trou d'interconnexion est petit, mieux c'est, de sorte qu'il reste plus d'espace de câblage sur la carte. De plus, plus le trou d'interconnexion est petit, plus la capacité parasite de lui-même est petite. Plus il est petit, plus il est adapté aux circuits à grande vitesse. Cependant, la réduction de la taille du trou entraîne également une augmentation du coût, et la taille du trou de traversée ne peut pas être réduite indéfiniment. Il est limité par la technologie de perçage et de placage : plus le trou est petit, plus il est facile à percer Plus le trou est long, plus il est facile de s'écarter de la position centrale ; et lorsque la profondeur du trou dépasse 6 fois le diamètre du trou percé, il est impossible de garantir que la paroi du trou peut être uniformément plaquée de cuivre. Par exemple, l'épaisseur (profondeur du trou traversant) d'une carte PCB à couche 6- normale est d'environ 50 Mil, de sorte que le diamètre de perçage que les fabricants de PCB peuvent fournir est aussi petit que 8 Mil.

Deuxièmement, la capacité parasite du via

Le trou lui-même a une capacité parasite au sol. Si l'on sait que le diamètre du trou d'isolation sur la couche de masse est D2, le diamètre du via pad est D1, l'épaisseur de la carte PCB est T et la constante diélectrique du substrat de la carte est ε , la capacité parasite du trou d'interconnexion est d'environ : C=1.41εTD1/(D2-D1) Le principal impact de la capacité parasite du trou d'interconnexion sur le circuit est de prolonger le temps de montée du signal et de réduire la vitesse du circuit. Par exemple, pour une carte PCB d'une épaisseur de 50Mil, si un trou traversant d'un diamètre intérieur de 10Mil et un diamètre de pastille de 20Mil est utilisé, et la distance entre le plot et la zone de cuivre de masse est de 32 Mil, nous pouvons alors approximer le trou via par la formule ci-dessus. La capacité parasite est approximativement : C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, et la variation du temps de montée causée par cette partie de la capacité est : T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps. À partir de ces valeurs, on peut voir que bien que l'effet de ralentissement du retard de montée causé par la capacité parasite d'un seul via ne soit pas évident, si le via est utilisé plusieurs fois dans le câblage pour basculer entre les couches, le concepteur doit toujours considérez-le attentivement.

3. Inductance parasite des vias

De même, il existe une inductance parasite ainsi qu'une capacité parasite dans le trou d'interconnexion. Dans la conception de circuits numériques à grande vitesse, le dommage causé par l'inductance parasite du trou d'interconnexion est souvent supérieur à l'influence de la capacité parasite. Son inductance série parasite affaiblira la contribution du condensateur de dérivation et affaiblira l'effet de filtrage de l'ensemble du système d'alimentation. Nous pouvons utiliser la formule suivante pour calculer simplement l'inductance parasite approximative d'un via : () - PCB Design Guidelines - About Vias où L fait référence à l'inductance du via, h est la longueur du via et d est le diamètre du le trou percé central. On peut voir à partir de la formule que le diamètre du trou d'interconnexion a peu d'influence sur l'inductance, mais la longueur du trou d'interconnexion a une grande influence sur l'inductance. Toujours en utilisant l'exemple ci-dessus, l'inductance du via peut être calculée comme : L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. Si le temps de montée du signal est de 1ns, alors son impédance équivalente est : XL=πL/T10-90=3.19Ω. Une telle impédance ne peut plus être ignorée lors du passage d'un courant haute fréquence. En particulier, il convient de noter que le condensateur de dérivation doit traverser deux vias lors de la connexion de la couche de puissance et de la couche de masse, de sorte que l'inductance parasite des vias va doubler. 4. Conception de vias dans les circuits imprimés à grande vitesse Grâce à l'analyse ci-dessus des caractéristiques parasites des vias, nous pouvons voir que dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, des vias apparemment simples apportent souvent de grands effets négatifs à la conception de circuits. effet.

Afin de réduire les effets néfastes apportés par les effets parasites des vias, nous pouvons faire de notre mieux dans la conception :

1. En tenant compte à la fois du coût et de la qualité du signal, sélectionnez une taille de trou de via raisonnable. Par exemple, pour 6-10 couches de conception de PCB de module de mémoire, il est préférable d'utiliser des vias 10/20Mil (perçage/pad). Pour certaines cartes haute densité et de petite taille, vous pouvez également essayer d'utiliser des vias 8/18Mil. trou. Dans les conditions techniques actuelles, il est difficile d'utiliser des vias de plus petite taille. Pour les vias d'alimentation ou de terre, envisagez d'utiliser une taille plus grande pour réduire l'impédance.

2. Des deux formules discutées ci-dessus, on peut conclure que l'utilisation d'une carte PCB plus fine est bénéfique pour réduire les deux paramètres parasites du via.

3. Essayez de ne pas changer la couche des traces de signal sur le PCB, c'est-à-dire essayez de ne pas utiliser de vias inutiles.

4. Les broches de l'alimentation et de la terre doivent être percées via des trous à proximité. Plus les fils sont courts entre les trous d'interconnexion et les broches, mieux c'est, car ils augmenteront l'inductance. Dans le même temps, les conducteurs d'alimentation et de masse doivent être aussi épais que possible pour réduire l'impédance.

5. Placez des vias mis à la terre près des vias où le signal change de couches pour fournir une boucle fermée pour le signal. Il est même possible de placer un grand nombre de vias de terre redondants sur le PCB. Bien sûr, il y a un besoin de flexibilité dans la conception. Le modèle via discuté ci-dessus est le cas où chaque couche a un pad, et parfois, on peut réduire voire supprimer les pads de certaines couches. En particulier dans le cas d'une très grande densité de trous via, cela peut provoquer une fente cassée qui isole la boucle sur la couche de cuivre. Pour résoudre ce problème, en plus de déplacer la position du via, on peut également envisager de placer le via sur la couche de cuivre. La taille du tampon est réduite.