PCB Vias -6 Gründe, warum die Vias von Hochfrequenz-Leiterplatten nicht gut sind

PCB-Durchkontaktierungen können die Signalintegrität beeinträchtigen

Unter normalen Bedingungen möchten Sie die Nachricht so leiten, dass der Rückstrom idealerweise durch die Masseebene fließt, die sich direkt unter der Leitung befindet. Dies geschieht auch in einer symmetrischen impedanzgesteuerten Übertragungsleitung. Kommt jedoch ein PCB Vias in die Quere, muss der Rückstrom selbst den Übergangspfad finden. Es muss Schichten überqueren und zu dem Bereich mit den nächstgelegenen geerdeten PCB-Durchkontaktierungen gehen.

Wenn der Rückstrom also eine zusätzliche Entfernung zurücklegt, verzögert er das Hochfrequenzsignal. Dies liegt an der Bildung einer Induktionsschleife durch zusätzliche PCB-Durchkontaktierungen . Es ist nicht nur das; und Sie können auch unerwünschte Signale entlang dieser Route ansammeln.

Darüber hinaus verschlechtern PCB-Durchkontaktierungen auch die Signalintegrität aufgrund langer Verzögerungen und der erheblichen Anstiegs- und Abfallperioden. Sie können S-Parameter untersuchen, um die Auswirkung von Vias auf die Signalintegrität zu beurteilen. Sie spiegeln die Eigenschaften aller Kanalkomponenten wider, einschließlich Ausfall, Dämpfung und Reflexion usw.

Um die Signalintegrität zu verbessern, halten Sie Ihre PCB-Via-Zählung bei hochfrequenten Signalen auf einer niedrigen Zahl. Sie erhalten eine schnelle Anstiegszeit und eine kürzere Zeitverzögerung. Wenn Sie kleinere PCB-Durchkontaktierungen hinzufügen, können diese Ihre Verzögerung verringern, aber die Anstiegszeit nicht wesentlich beeinflussen. Schließlich können Sie auch sicherstellen, dass die Länge der PCB-Durchkontaktierungen verringert wird. Es führt auch zu einer schnellen Anstiegszeit und weniger Zeitverzögerung.

PCB-Durchkontaktierungen zur Verhinderung von Hochfrequenzsignalen

PCB-Durchkontaktierungen funktionieren ähnlich wie diese Notabläufe:Wasser muss von einer ebenen Fläche durch einen zylindrischen Weg um den Stecker herum fließen. Das Wasser kann sich nicht in die Kanalisation teleportieren, da der Abfluss gegen das Meer beständig ist. PCB-Durchkontaktierungen treiben den Strom von einer flachen Kupferbahn zu einem ringförmigen Pfad.

Die Senkenverbindung ist hier der Kern des nichtleitenden Gases Luft. Von nun an zwingen Sie den Strom, durch den Metallring um das Loch herum zu fließen. Das PCB Via verweigert den Stromfluss und verhält sich wie eine parasitäre Induktivität, die die Hochfrequenzsignalleistung beeinträchtigt.

Die Plattierungsdicke auf PCB-Durchkontaktierungen ist ebenfalls flach, was einen großen Widerstand bietet. Diese Eigenschaft lässt es also auch nicht zu, viel Strom zu führen. Sie würden mehrere davon benötigen, um den hohen Durchfluss zu bewältigen.

Dieser Strom kann von einer Seite einer Platine zur anderen fließen. Es würde auch Platz verschwenden.

Positiv zu vermerken ist, dass Sie Leiterplatten auch über Online-Rechner finden können. Wenn Sie die Größe der PCB-Durchkontaktierungen hinzufügen, die Sie verwenden möchten, sehen Online-Rechner ihren Gesamtwiderstand. Sie können auch ihre Strombelastbarkeit und einige andere Parameter erfahren.

Hochfrequenz-PCB-Durchkontaktierungen erfordern spezielle Tests und spezielles Design

Wenn Sie Ihrem PCB-Design immer wieder PCB-Vias hinzufügen, schaffen Sie auch Probleme für den PCB-Hersteller. Die Prozesskontrolle, die die Leiterplattenhersteller zur Herstellung einfacher Leiterplatten verwenden, ist für die Qualitätskontrolle des Leiterplatten-Durchgangsplattierungsprozesses nicht geeignet.

Mit anderen Worten, Sie können die PCB-Durchkontaktierungen für hochfrequente Signale nicht genau vorhersagen. Ohne strenge Kontrollen in der Entwicklungsphase geht es nicht. Es erfordert zusätzliche Designzeit und Tests für eine effiziente Bearbeitung von Hochfrequenz-Leiterplatten in der Endmontage.

Leiterplattenhersteller verwenden auch automatisierte Bohrmaschinen, was die Herstellungskosten Ihrer Leiterplatten-Durchkontaktierungen erhöht. Obwohl Sie es nicht direkt auf der Rechnung sehen können, empfehlen wir Ihnen, die Kupferspur bei hochfrequenten Signalen auf derselben Ebene zu belassen.

PCB-Durchkontaktierungen führen zu Impedanz-Fehlanpassungen

Mehr PCB Via für Hochfrequenzsignale führt auch zu Impedanzfehlanpassungen. Dieser Impedanzsprung führt ferner zu Reflexionen. Sie können sich ein Kabel wie eine Glasfaser vorstellen, das Licht durch Elektronen ersetzt. Wenn alles schön glatt ist, tritt Licht in einem Glasfaserkabel auf der einen Seite ein und auf der anderen wieder aus.

Wenn Sie jedoch einen Bruch im Draht oder einem Teil des Kabels haben, werden Sie etwas zurückreflektiertes Licht beobachten. Bei Dirigenten passiert dasselbe, aber wir können es nicht finden. Um Reflexionen zu vermeiden, ist eine Impedanzanpassung ein Muss.

Die Impedanzanpassung hängt vom Abstand zu anderen Leiterbahnen, der Leiterbahnbreite usw. ab. Ein PCB-Via ist eine Impedanzänderung, da sich Breite/Abstand und alle anderen Parameter plötzlich ändern. Daher erhalten Sie eine teilweise Reflexion oder vielleicht eine RFI-Vibration , oder andere Störungen.

PCB-Durchkontaktierungen erhöhen die Größe der Leiterplatte

Ein weiteres Hauptproblem bei PCB-Durchkontaktierungen besteht darin, dass sie die PCB-Größe erhöhen. Sie werden zwangsläufig viel Platz beanspruchen, und daher benötigen Sie eine größere Leiterplatte, um alle Komponenten zu platzieren. Nehmen Sie ein Beispiel einer Leiterplatte mit drei durchkontaktierten Leiterplattendurchkontaktierungen. Dadurch können Sie nur vier Kupferpads platzieren.

Wenn Sie jedoch die Ausrichtung ändern, indem Sie ein Durchgangsloch-Via durch ein Blind-Via oder kein PCB-Via ersetzen, können Sie sechs Pads platzieren. Die Anzahl der Pads kann sich erhöhen, wenn Sie mehr Durchgangslöcher hinzufügen. Auf diese Weise lassen sich auch signifikante BGA-Bauteile platzieren. Letztendlich erhöhen Sie jedoch die Größe Ihrer Hochfrequenz-PCB und ihre Kosten.

Die Leiterplattengröße nimmt auch zu, da die Leiterplatte keinen hohen Strom aushalten kann. Wenn Ihre Hochfrequenzsignale mit hohen Strömen einhergehen, benötigen Sie mehrere PCB-Via. Dadurch wird ihre Strombelastbarkeit erhöht, aber gleichzeitig nimmt auch der Leiterplattenabstand zu.

PCB-Durchkontaktierungen erhöhen die parasitäre Induktivität und Kapazität

Die PCB-Durchkontaktierungen haben parasitäre Induktivität und Kapazität, genau wie eine PCB-Leiterbahn. Sie können diese Werte mit den folgenden Formeln berechnen:

Kapazität:Cp =1,41*ε*t*dv/(DSM‐DV)

Induktivität:L=5,08*l * [ln(4*l/DV)+1]

Dabei ist DSM der Durchmesser der Lötmaske, DV der Durchmesser der PCB-Durchkontaktierung, t die Dicke der PCB, PCB die relative Dielektrizitätskonstante und l die Länge der PCB-Durchkontaktierung.

Diese zusätzliche Induktivität und Kapazität verschlechtern die Signalintegrität aufgrund langer Verzögerungen und der signifikanten Anstiegs- und Abfallperioden. Es ist möglicherweise kein Problem, wenn Sie PCB-Durchkontaktierungen in Signaldesigns mit niedrigerer Frequenz hinzufügen. Aber es könnte zu einem kritischen Problem beim Design von Hochfrequenz-Leiterplatten werden.

Sie können die parasitäre Kapazität verringern, indem Sie eine Leiterplatte mit einer kleineren Dielektrizitätskonstante wählen. Oder Sie können sich auch für eine dünne Leiterplatte entscheiden. Schließlich können Sie sicherstellen, dass sich Kupfer vom Pad entfernt ablagert, indem Sie die Lötmaskenfläche vergrößern. Wenn Sie die parasitäre Induktivität verringern möchten, können Sie außerdem eine dünne Leiterplatte wählen. Die äquivalente Induktivität verringert sich auch, wenn Sie parallele Leiterplatten über entwerfen.

PCB-Vias können auch zu einer Änderung der Stufenfunktion der Kupferleiterbahnimpedanz führen. Ein Standard-Impedanzabfall eines PCB-Vias beträgt etwa 10 %. Sie kann sich je nach Leiterplattendicke, Leiterplattengröße usw. ändern.

Zusammenfassung

Zusammenfassend empfehlen wir Ihnen, die Verwendung von PCB-Durchkontaktierungen und Schichtanpassungen zu vermeiden, um Signalverzerrungen nach Möglichkeit zu vermeiden. Am besten wäre es, keine Platine über hochfrequente Taktübertragung zu verwenden. Beseitigen Sie unnötige Pads auf PCB-Durchkontaktierungen, wo dies möglich ist, da diese Pads Parallelplattenkapazitäten aufbauen.

Wenn es nicht möglich ist, die PCB-Via-Zählung auf Null zu halten, entwerfen Sie sie so, dass Sie eine geringere Induktivität und Kapazität erhalten. Wenn das PCB-Via klein ist, erhalten Sie eine geringere Kapazität. Wenn sie einen großen Durchmesser und eine kurze Länge haben, erhalten Sie eine geringere Induktivität. Es wäre auch hilfreich, wenn Sie auch den Wert der parasitären Parameter niedrig halten würden, um schädliche Auswirkungen zu vermeiden.

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