PCB Vias - 고주파 PCB의 Vias가 좋지 않은 6가지 이유

PCB 비아가 신호 무결성에 영향을 줄 수 있음

정상적인 조건에서 반환 전류가 이상적으로는 라인 바로 아래에 있는 접지면을 통과하도록 메시지를 라우팅하려고 합니다. 또한 균형 임피던스 제어 전송 라인에서도 발생합니다. 그러나 PCB Vias가 방해가 된다면 반환 전류는 전환 경로 자체를 찾아야 합니다. 레이어를 가로질러 가장 가까운 접지된 PCB 비아가 있는 영역으로 이동해야 합니다.

따라서 반환 전류가 추가 거리를 커버하면 고주파 신호가 지연됩니다. 추가  PCB 비아로 인한 유도 루프 생성 때문입니다. . 그뿐만이 아닙니다. 이 경로를 따라 원치 않는 신호가 누적될 수도 있습니다.

또한 PCB 비아는 긴 지연과 상당한 상승 및 하강 기간으로 인해 신호 무결성을 저하시킵니다. 신호 무결성에 대한 비아의 영향을 평가하기 위해 S 매개변수를 연구할 수 있습니다. 실패, 감쇠, 반사 등을 포함한 모든 채널 구성 요소의 속성을 반영합니다.

신호 무결성을 개선하려면 고주파 신호의 경우 PCB 비아 카운트를 낮은 숫자로 유지하십시오. 빠른 상승 시간과 짧은 시간 지연을 얻을 수 있습니다. 더 작은 PCB 비아를 추가하면 지연 시간이 짧아질 수 있지만 상승 시간에는 큰 영향을 미치지 않습니다. 마지막으로 PCB 비아의 길이를 줄일 수도 있습니다. 또한 상승 시간이 빨라지고 시간 지연이 줄어듭니다.

고주파 신호를 방지하기 위한 PCB 비아

PCB 비아는 비상 배수구와 유사하게 기능합니다. 물은 평평한 표면에서 플러그 주위의 원통형 경로를 통해 흘러야 합니다. 배수구가 바다에 저항력이 있기 때문에 물은 하수구로 순간이동할 수 없습니다. PCB 비아는 평평한 구리 트랙에서 링 모양 경로로 전류를 구동합니다.

여기서 싱크 연결은 비전도성 가스인 공기의 핵심입니다. 이제부터 구멍 주위의 금속 링을 통해 전류가 흐르도록 합니다. PCB Via는 전류 흐름을 거부하고 고주파 신호 성능에 영향을 미치는 기생 인덕턴스처럼 동작합니다.

PCB 비아의 도금 두께도 얕아 많은 저항을 제공합니다. 따라서 이 속성은 또한 많은 전류를 흐르게 하지 않습니다. 높은 흐름을 처리하려면 몇 개가 필요합니다.

이 전류는 보드의 한쪽에서 다른 쪽으로 흐를 수 있습니다. 공간도 낭비됩니다.

밝은면에서 온라인 계산기를 통해 PCB를 찾을 수도 있습니다. 사용하려는 PCB 비아의 크기를 추가하면 온라인 계산기에 전체 저항이 표시됩니다. 또한 현재 운반 능력 및 기타 매개변수를 알 수 있습니다.

고주파 PCB 비아에는 특별한 테스트 및 설계가 필요합니다.

PCB 설계에 PCB Vias를 계속 추가하면 PCB 제조업체에도 문제가 발생합니다. PCB 제조사가 기본 PCB를 제조하기 위해 사용하는 공정 관리는 PCB 비아 도금 공정의 품질 관리에 적합하지 않습니다.

즉, 고주파 신호에 대한 PCB 비아를 정확하게 예측할 수 없습니다. 개발 단계에서 엄격한 통제 없이는 불가능합니다. 최종 조립에서 고주파 PCB의 효율적인 작업을 위해 추가 설계 시간과 테스트가 필요합니다.

PCB 제조업체는 또한 자동화된 드릴링 머신을 사용하므로 PCB 비아의 제조 비용이 증가합니다. 청구서에서 직접 볼 수는 없지만 고주파 신호의 경우 동일한 레이어에 구리 트레이스를 유지하는 것이 좋습니다.

PCB 비아로 인해 임피던스 불일치

고주파 신호에 대해 더 많은 PCB Via를 사용하면 임피던스 불일치도 발생합니다. 이 임피던스 불연속성은 반사를 추가로 초래합니다. 빛을 전자로 대체하는 광섬유와 같은 케이블을 상상할 수 있습니다. 모든 것이 매끄럽고 매끄럽다면 광섬유 케이블을 통해 빛이 한쪽으로 들어오고 다른 쪽으로 빠져 나옵니다.

그러나 전선이나 케이블의 일부가 끊어지면 약간의 후면 반사광이 관찰됩니다. 지휘자에서도 같은 일이 발생하지만 우리는 그것을 찾을 수 없습니다. 반사를 방지하려면 임피던스 매칭이 필수입니다.

임피던스 매칭은 다른 트레이스까지의 거리, 트레이스 폭 등에 따라 달라집니다. 폭/거리 및 기타 모든 매개변수가 갑자기 변경되기 때문에 PCB 비아는 임피던스 변경입니다. 따라서 부분 반사 또는 일부 RFI 진동이 발생합니다. , 또는 기타 방해.

PCB 비아로 PCB 크기 증가

PCB 비아의 또 다른 주요 문제는 PCB 크기를 증가시킨다는 것입니다. 그들은 상당한 공간을 차지해야 하므로 모든 구성 요소를 배치하려면 더 큰 PCB가 필요합니다. 3개의 스루홀 PCB 비아가 있는 PCB 기판의 예를 살펴보겠습니다. 4개의 구리 패드만 배치할 수 있습니다.

그러나 하나의 쓰루홀 비아를 블라인드 비아로 교체하거나 PCB 비아가 없는 비아로 교체하여 방향을 바꾸면 6개의 패드를 넣을 수 있습니다. 쓰루홀 비아를 더 추가하면 패드의 수가 증가할 수 있습니다. 이러한 방식으로 중요한 BGA 구성 요소를 배치할 수도 있습니다. 그러나 결국에는 고주파 PCB의 크기와 비용이 증가하게 됩니다.

PCB는 고전류를 견딜 수 없기 때문에 PCB 크기도 증가합니다. 고주파 신호에 고전류가 동반되는 경우 다중 PCB 비아가 필요합니다. 전류 전달 용량이 증가하지만 동시에 PCB 간격도 증가합니다.

기생 인덕턴스 및 커패시턴스를 증가시키는 PCB 비아

PCB 비아에는 PCB 트레이스처럼 기생 인덕턴스와 커패시턴스가 있습니다. 다음 공식으로 이러한 값을 계산할 수 있습니다.

커패시턴스:Cp =1.41*ε*t*dv/(DSM-DV)

인덕턴스:L=5.08*l * [ln(4*l/DV)+1]

여기서 DSM은 솔더 마스크 직경, DV는 PCB 비아 직경, t는 PCB 두께, PCB는 비유전율, l은 PCB 비아 길이입니다.

이러한 추가 인덕턴스 및 커패시턴스는 긴 지연과 상당한 상승 및 하강 기간으로 인해 신호 무결성을 저하시킵니다. 저주파 신호 설계에서 PCB를 통해 추가하는 경우에는 문제가 되지 않을 수 있습니다. 그러나 이것은 고주파 인쇄 회로 기판의 설계에서 중요한 문제가 될 수 있습니다.

유전 상수가 더 작은 PCB를 선택하면 기생 커패시턴스를 줄일 수 있습니다. 또는 얇은 PCB를 사용할 수도 있습니다. 마지막으로 솔더 마스크 영역을 늘려 구리가 패드에서 멀리 퇴적되도록 할 수 있습니다. 또한 기생 인덕턴스를 줄이려면 얇은 PCB를 선택하면 됩니다. 병렬 PCB 비아를 설계하면 등가 인덕턴스도 감소합니다.

PCB Vias는 또한 구리 트레이스 임피던스의 계단 함수를 변경할 수 있습니다. PCB 비아의 표준 임피던스 강하는 약 10%입니다. PCB 두께, PCB 크기 등에 따라 변경될 수 있습니다.

요약

요약하면, 가능한 경우 신호 왜곡을 방지하기 위해 PCB 비아 및 레이어 조정을 사용하지 않는 것이 좋습니다. 고주파 클럭 전송을 통해 PCB를 사용하지 않는 것이 가장 좋습니다. 이러한 패드는 병렬 플레이트 커패시턴스를 구축하므로 가능한 경우 PCB 비아에서 불필요한 패드를 제거하십시오.

PCB via count를 0으로 유지할 수 없다면 인덕턴스와 커패시턴스를 낮추도록 설계하십시오. PCB 비아가 작으면 커패시턴스가 낮아집니다. 직경이 크고 길이가 짧으면 인덕턴스가 낮아집니다. 해로운 영향을 피하기 위해 기생 매개변수의 값을 낮게 유지하는 것도 도움이 됩니다.

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