Yüksek hızlı baskılı devre kurulu (PCB) tasarımı, sinyal bütünlüğü güvenilir performans yataklarıdır. Veriler çok katmanlı sistemlere tırmanmak için gerekli olan, sinyal yolundaki her fiziksel kesintiye yol açan bir kaynaktır. Vias - farklı katmanlara bağlanan plakalı delikler - bu nedenle sadece üst düzey bir işlem sırasındaki en yaygın ve en etkili kesintiler arasındadır.

Via Parasitics Fiziği

Parasitic Inductance and Capacitance

Bir via is not a perfect operator. its geometri - mduzun uzun, çapında, ped ve anti-pad - yerelleştirilmiş bir RLC (resistance, inductance, kapasitance) ağın altında. 1 GHz sinyali frekansının altında, bu imkansızlık (wL) yaklaşık olarak 3-6 660 mm çapındaki bir basınç için yeterlidir.

Parasitik kapasitans öncelikle ped ve bitişik zemin uçakları arasında ortaya çıkar ve enerjileri etkileyen yanlış bir uyum arasındaki farklar, güç / zemin düzlemde bozulma ve bu kapasiteyi azaltamaz, ancak tamamen ortadan kaldırır.

Via Stubs ve Resonances

Bir sinyal daha derin tabakalara alışmış bir şekilde geçtiğinde, var olan parçanın 1'i bir resonance ) daha düşük frekanslarda, bu ub, bir 5 Gb / sinyaldeki 3'ü tekrar tekrarlamak için hareket eder.

Vias ve onların Signal Integrity Implications Türleri

-Hole Vias

En yaygın türü, yakınlardaki delik aracılığıyla delmek, tüm katmanlar aracılığıyla ucuz ve kolaydır, ancak referans uçaklarda büyük bir anti-pad yaratırlar, geri dönüş yolu bozar.

Kör ve Buried Vias

Körler, tüm tahtadan geçmeden dış katmanı birbirine veya daha iç katmanları birbirine bağlar.Buried vias tamamen çatıdaki zeminde kapalıdır. Her iki tip de, kovan uzunluğu azaltır ve tüm tahtayı geçemeyen sinyalleri ortadan kaldırır.Daha yüksek hız şeritleri ile daha düşük parasitik indükleme ve kapasitance, sinyal kalitesini arttırır ve yüzey tabakalarında boş yere kadar boş yere kadar uzanır.

Mikrovias

Mikrovias (tipik olarak < 0.15 mm çapında) lazer tarafından kullanılmaktadır ve HDI'de (yüksek seviyeli bağlantı) kurullarında kullanılır. Küçük boyutları en az kesintiye sahip olan bir mikrovia, 0.1 nH ve kapasitance'ın altında 0.1 pF'ye sahiptir.

Optimal Via Placement için Stratejiler

Eleştirel Signal Paths'den Vias Away'ı Keep Vias Away from critical Signal Paths

Doğrudan yüksek hızlı bir iz yolunda yer almayın, kesinlikle gerekli olmadıkça. yerine, tutarlı bir referans uçağı geçişi koruyan bir yere giden bir yere doğru yolu.Bir via and anacent trace should be at least 3-5 times the dielektrik kalınlığı as the trace from its reference plane to minimize the trace to the trace to the trace to the location that maintains a consistent reference plane.

Return Path Sürekliity için Ground Vias kullanın

Bir katmanın diğerine geçişleri yoluyla bir sinyal olduğunda, geri dönüş akımı da yeni bir referans uçağına geçiş yapmalıdır. Yakın bir yerde, geri dönüş akımı, çoğu zaman bir sürü kapasiteli veya eğimli bir şekilde ayarlandığında, iki zemini simetrik olarak yerleştirilir.Bu uygulama bazen düşük çözünürlükte[Dönemli) ile (Dönder)[Dönemli bir şekilde yapılır.

Minik Geri Döndü

Her bir grup parasitik etkiler ekler. Her ne zaman mümkün olursa olsun, bağlantı olmadan tek bir tabaka üzerinde kritik sinyaller. daha uzun izler daha sık katman değişiklikleri olan birçok kısa segmentten daha az sayıda izler kullanın. çok yüksek hızlı seri bağlantıları için (örneğin, PCIe Gen5, 32 Gb /s), kanal başına toplamı iki veya üç numaraya sınırlamak ortak bir tasarım kuralıdır.

Align Vias with Ground Planes

Zemin uçağındaki anti-pad hasar, üretim toleransları izin verdiği kadar küçük olmalıdır. Daha büyük bir anti-pad, geçişin eş eksenel benzeri yapısını arttırır ve devre dışı bırakır.Align the through so that the signal pass through a constant ground plane. where multiple ground-pad uses the through the vias.

Via Boyut ve Şekilleri Takip Et

Küçükler parasitik indükleme ve kapasiteyi azaltırlar. ancak, üretim kısıtlamaları (minimum matkap boyutu, yön oranı) ne kadar küçük olabilir.[Dörtüncü bir mm boyunca, 1., en küçük boyuta sahip olan 8:1, yani tasarım kurallarınız ve seçilmiş kontrol kumaşatörü.

Stub Azalt için geri dön

Tartışmalı olarak, stubs yeniden rezonansa neden olur. Back-drilling, stub-demli yollar için mümkün olan en iyi sonuçlar için kör/buried parçaları kaldıramaz veya ek marjla tekrar-drilme.

Via Shielding ve Fencing

Yüksek hızlı dijital hatlarla birlikte çalışan son derece hassas analog veya RF sinyalleri için, bunu bir parça ile çevreleyen kısmi elektromanyetik bariyer yaratır (tüm zemin tabakaları ile bağlantılı) radyasyonu bastırabilir ve izolasyonu geliştirebilir.

Via Placement in Differential Pairs

Diferansiyel vias simetriyi korumak zorundadır. Her iki çift equidistant üzerinden herhangi bir yerden diğerine doğru bir şekilde yerleştirin ve antipads'leri aynı şekilde yerine getirmelidir. İki diferansiyel vias arasında bir zemin koymayın, bu da simetriyi kırın ve istenmeyen ortak mod dönüşüm yaratır. Bunun yerine, iki sinyal üzerinden yer alan yer çiftin kenar-to-stürülülükten uzaklığı en aza indirmek için.

Stack-Up ve Via Design Parametreleri

Referans Plane Transitions

Birden fazla katman üzerinden geçiş farklı referans uçakları arasında geçiş yapabilir. Örneğin, katmanı 1 (reference: tabaka 2 zemin) 4 (reference: katmanı 5 zemin) sürekli bir geri dönüş yolu görmek gerekir.Eğer bir güç uçağı üzerinden geçerse, geri dönüş süresi yüksek kaliteli miller olmadan o uçaktan uzak durmayı umuyor.En iyi uygulama sinyalini korumak için önemlidir (tarafa göre)

Anti-Pad Design

Anti-pad çapında yaklaşık 1.5-2 kez ped çapında olmalıdır. aşırı derecede büyük bir anti-pad indüktöre yükselir; aşırı derecede küçük bir tanesi kapasitance ekler.Yetişkin olmayan geçişler için, 3D elektromanyetik simülasyonu bir şekilde bir miktar tasarımda, [[Düzücük anti-pads[FLT]).

Via-in-Pad (VIP)

Bir bileşenin iniş pedinde doğrudan depolanır (via-in-pad) bu etkileri azaltmak için BGA tasarımlarında yaygındır. Ancak VIP parasitik kapasitans artırır ve küçük bir indüktif döngü ekler ve yüzeyin tamamının satılmasını sağlar.

Simülasyon ve Doğrulama

3D Full-Wave Simülasyonu

Ansys HFSS, CST Mikrodalga Stüdyosu veya Keysight EMPro gibi araçlar, özellikle de bağlantı başlatıcılarını ve çatı kenarlarını modelleyebilir. Bu simülasyonlar rezonansları, modal dönüşüm ve 2D veya analytic modeller özletirir.

Zaman-Domain Reflectometry (TDR)

Prototiplerdeki TDR ölçümleri, aşağıdaki tasarımda yer alan bir dip veya zirveye doğrudan bilgi sağlar.Seks'in üzerindeki TDR ölçümleri, sırasıyla aşırı kapasiteli veya endükleme gösterir.Bu geri bildirimi, bir sonraki tasarımda yer alan veya zeminde ayarlamayı kullanın.

Kesion Kayıp ve Geri Dönüş Kayıp Ölçümü

Vector network analizörleri, iş verileri oranının Nyquist frekansına geçiş yapan test kuponlarının S-parametrelerini ölçür. yüksek hacimli üretim için, geçiş / dağıtım kriterleri belirlemek için başlangıç seviyesi ve geri dönüş kaybı için işletim verileri oranı.

Üretim Kıtları ve Maliyetleri

Minimum Via Boyut ve Aspect Oran

Standart kontrol üretimi, 12:1'ye kadar değişken oranlara göre 0.2 mm'ye kadar mekanik matkaplar üretebilir, ancak HDI prosesleri gerekir. Maliyetli prototipler için, 0,15 mm'ye kadar mm'ye kadar yüklenebilir ve maliyetlerin yüksek çözünürlükte bir kısmını arttırırlar. Lazer-drilled mikrovias, 25 μm'ye göre küçük olabilir.

Back-Drilling Costs

Geri-drilling ek kurulum ve ikincil bir sondaj işlemi gerektirir. Yönetim Kurulunun maliyetine yaklaşık% 5-10 kat verir, ancak uzun erişim kanalları için sinyal kalitesini dramatik bir şekilde artırabilir.Birçok seri bağlantı özelliği (örneğin, PCIe Gen5, Ethernet 25G) kritik yolda tüm vias için geri-drilling önerir.

Geri ve Güvenilirlik

Küçük vias ve yüksek yön oranları, kaplama boşlukları ve varolları termal bisiklet sırasında azaltılır. Yüksek kullanılabilirlik uygulamaları (aerospace, otomotiv), prototip için tamamlanmadığı sürece en küçük çaplardan kaçınır; üretim için, üretim partnerinize danışın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek hızlı PCB'lerde sinyal kalitesi için yerleştirme yoluyla optimize etmek çok boyutlu bir meydan okumadır. Üretimden önce tasarımı doğrulamaktadır, teorik gelişmelerin pratik olarak uygulanabilir olmasını sağlar.Bu uygulamaları entegre ederek - ilk çöpten tasarım yoluyla - mühendisler temiz sinyal iletimini sağlayabilir ve ölçümler Üretimden kaçınır, EMI'yi sağlar ve sağlam bir şekilde dijital sistemler sağlar.

[FONT=0)))

  • [FONT:0]Mentor Graphics – PCB Tasarım için Sinyal Dürüstlüğü).
  • [FONT:0)IPC Standartları - Via Design and acceptance).
  • [FONT:0)Ansys Signal Integrity Simülasyon).
  • [FONT=0)Sierra Connectivity - Via Placement Guidelines).