Виасы легко игнорировать при прокладке.
Это просто вертикальные соединения - до тех пор, пока они не начнут прерывать ваш сигнал.
На низких скоростях виасы ведут себя почти идеально.
На высоких скоростях они дают о себе знать:
- разрывы импеданса
- размышления
- дополнительные вносимые потери
Большинство проблем возникает из-за так называемого через корешок.
Что такое виа на печатной плате?
Проход - это отверстие с покрытием, соединяющее различные слои печатной платы.
Распространенные типы:
- сквозное отверстие (сверху вниз)
- через слепую (от внешнего к внутреннему слою)
- Заглубление через (только внутренние слои)
С электрической точки зрения виа - это не просто соединение, он ведет себя как небольшая передающая структура.
Что такое Via Stub?
Заглушка канала - это неиспользуемая часть канала, выходящая за пределы сигнального слоя.
Пример:
- сигнал идет от слоя 1 → слой 3
- Через него можно перейти на уровень 8.
- неиспользуемый участок (уровень 3 → 8) является шлейфом
Этот шлейф действует как резонансная структура.
Почему корешки Via - это проблема
На высокой частоте шлейф ведет себя как открытая линия передачи.
Это создает:
- размышления
- резонанс на определенных частотах
- искажение сигнала
В измерениях это часто выглядит так:
- снижение вносимых потерь
- неожиданные изменения импеданса
Связанные понятия: Объяснение потерь на вставке печатной платы (диэлектрические потери против потерь в проводниках)
Когда важны корешки?
Не все дизайнеры должны беспокоиться о них.
Они становятся важными, когда:
- высокая скорость передачи данных (несколько Гбит/с)
- фронты сигналов очень быстрые
- Количество слоев велико (более длинные проходы)
В низкоскоростных конструкциях этот эффект обычно незначителен.
Обратное сверление (как устранить проблему)
При обратном сверлении удаляется неиспользуемая часть отверстия.
Процесс:
- просверлите отверстие обычным способом
- затем просверлите с противоположной стороны, чтобы удалить заглушку
Результат:
- короче эффективнее через
- уменьшенное отражение
- улучшенная целостность сигнала
Обратное сверление против отсутствия обратного сверления
| Аспект | Без обратного сверла | С обратным сверлом |
|---|---|---|
| через корешок | настоящее | удалено |
| размышления | выше | ниже |
| вносимые потери | выше | ниже |
| стоимость | ниже | выше |
Обратное бурение увеличивает затраты, но часто решает реальные проблемы СИ.
Другие способы уменьшить воздействие улицы
Обратное сверление - не единственный вариант.
1. Используйте слепые/заглубленные проходы
Это позволяет полностью избежать длинных шлейфов.
- улучшенные характеристики сигнала
- более высокая стоимость производства
2. Минимизируйте переходы между слоями
Каждый переход добавляет прерывистость.
Меньше переходов → лучшее качество сигнала.
3. Оптимизируйте размер антипады
Зазор вокруг проходного отверстия (anti-pad) влияет на импеданс.
- слишком маленькая → большая емкость
- слишком большое → несоответствие импеданса
4. Используйте Via-in-Pad (при необходимости)
Часто встречается в конструкциях с высокой плотностью.
- короткий путь сигнала
- пониженная индуктивность
Но требует правильного наполнения и покрытия.
Конструкция и импеданс каналов
Переход не является нейтральным по сопротивлению.
В ней представлены:
- емкость (к плоскостям)
- индуктивность (через бочку)
Это создает разрыв импеданса.
В высокоскоростных проектах виа часто моделируются и настраиваются так же, как и трассы.
Взаимодействие в штабеле: Руководство по проектированию печатных плат FR4
Путь через дорогу и обратный путь
Обратный ток должен следовать за сигналом через переход.
Если поблизости нет справочной службы:
- обратный путь сломан
- площадь контура увеличивается
- увеличение шума
Решение:
- располагайте заземляющие проводники рядом с сигнальными проводниками
Подробнее: Обратный тракт и заземляющая плоскость печатной платы в высокоскоростном проектировании
Как проектировать диафрагмы для высокоскоростных печатных плат
Именно здесь происходит большинство улучшений.
- 1. Держите провода короткими
Более короткие проходы → меньшая индуктивность → меньшее отражение
- 2. Избегайте неиспользуемой длины шлейфа
Используйте:
. обратное сверление
. глухие/заглубленные проходы - 3. Разместите наземные провода рядом
Поддерживайте непрерывный путь возврата.
- 4. Управление с помощью геометрии
Параметры, которые имеют значение:
. размер сверла
. размер колодки
. размер антипады - 5. Моделирование критических виасов
Для высокоскоростных каналов:
. включение проходов в моделирование
. Не думайте, что они незначительны.
Практические указания по проектированию
Из реальных образцов:
- Через шлейфы часто обнаруживаются необъяснимые скачки потерь
- обратное сверление часто встречается в высокоскоростных объединительных платах
- Игнорирование проходов обратного хода приводит к проблемам с электромагнитными помехами
- С увеличением скорости передачи данных дизайн становится все более важным
Заключение
При проектировании высокоскоростных печатных плат проходы больше не являются “просто соединениями”.”
Они вносят разрывы в импеданс и могут существенно повлиять на целостность сигнала. В частности, шлейфы могут вызывать отражения и резонанс на высоких частотах.
Тщательное проектирование проходов, включая обратное сверление, контроль геометрии и правильное планирование траектории возврата, необходимо для надежной работы на высоких скоростях.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
О: Это неиспользуемая часть канала, выходящая за пределы сигнального слоя.
О: Они действуют как резонансные структуры и вызывают отражение сигнала.
A: Процесс, при котором удаляется неиспользуемая часть перехода для улучшения целостности сигнала.
О: Нет. В основном он используется в высокоскоростных конструкциях, где сквозные шлейфы влияют на производительность.
О: Они вносят емкость и индуктивность, создавая разрывы импеданса.
