PCB Vias -6 Raisons pour lesquelles les Vias du PCB haute fréquence ne sont pas bons

Les vias PCB peuvent affecter l'intégrité du signal

Dans des conditions normales, vous souhaitez acheminer le message de manière à ce que le courant de retour passe par le plan de masse, qui est situé directement sous la ligne, idéalement. C'est aussi ce qui se passe dans une ligne de transmission équilibrée à impédance contrôlée. Cependant, si un PCB Vias vient sur le chemin, le courant de retour doit trouver le chemin de transition lui-même. Il devra traverser les couches et se rendre dans la zone avec les vias PCB mis à la terre les plus proches.

Ainsi, si le courant de retour couvre une distance supplémentaire, il retarde le signal haute fréquence. C'est à cause de la création d'une boucle inductive due à des  vias PCB supplémentaires . Ce n'est pas seulement cela; et vous pouvez également accumuler des signaux indésirables le long de cette route.

De plus, les vias PCB dégradent également l'intégrité du signal en raison des longs délais et des périodes de montée et de descente importantes. Vous pouvez étudier les paramètres S pour évaluer l'effet des vias sur l'intégrité du signal. Ils reflètent les propriétés de tous les composants du canal, y compris la défaillance, l'atténuation et la réflexion, etc.

Pour améliorer l'intégrité du signal, maintenez votre circuit imprimé via un nombre faible en cas de signaux haute fréquence. Vous obtiendrez un temps de montée rapide et un délai plus court. Si vous ajoutez des vias PCB plus petits, ils peuvent donner un délai plus court mais n'affectent pas de manière significative le temps de montée. Enfin, vous pouvez également vous assurer de diminuer la longueur des vias du PCB. Cela entraînera également un temps de montée rapide et moins de retard.

PCB vias pour empêcher le signal haute fréquence

Les vias PCB fonctionnent de la même manière que ces drains d'urgence:l'eau doit s'écouler à travers un chemin cylindrique autour du bouchon à partir d'une surface plane. L'eau ne peut pas se téléporter vers les égouts car le drain résiste à la mer. Les vias PCB dirigent le courant vers un chemin en forme d'anneau à partir d'une piste de cuivre plate.

La connexion du puits est ici le noyau du gaz non conducteur, l'air. Désormais, vous forcez le courant à circuler à travers l'anneau métallique autour du trou. Le PCB Via refuse le passage du courant et se comporte comme une inductance parasite, ce qui nuit aux performances du signal haute fréquence.

L'épaisseur de placage sur les vias PCB est également peu profonde, ce qui offre une grande résistance. Ainsi, cette propriété ne le laisse pas non plus transporter beaucoup de courant. Vous auriez besoin de plusieurs d'entre eux pour gérer le débit élevé.

Ce courant peut circuler d'un côté à l'autre d'une carte. Cela gaspillerait également de l'espace.

Du bon côté, vous pouvez également trouver des PCB via des calculatrices en ligne. Si vous ajoutez la taille des vias PCB que vous prévoyez d'utiliser, les calculatrices en ligne verront leur résistance totale. Vous pouvez également connaître leur capacité de charge actuelle et certains autres paramètres.

Les vias PCB haute fréquence nécessitent des tests et une conception spéciaux

Si vous continuez à ajouter des PCB Vias dans votre conception de PCB, vous créez également des problèmes pour le fabricant de PCB. Le contrôle de processus que les fabricants de PCB utilisent pour fabriquer des PCB de base n'est pas approprié pour le contrôle de la qualité du processus de placage des vias de PCB.

En d'autres termes, vous ne pouvez pas prédire avec précision les vias du PCB pour les signaux haute fréquence. Cela n'est pas possible sans des contrôles stricts au stade du développement. Cela nécessite un temps de conception et des tests supplémentaires pour un fonctionnement efficace des PCB haute fréquence dans l'assemblage final.

Les fabricants de PCB utilisent également des perceuses automatisées, ce qui augmente le coût de fabrication de vos vias PCB. Bien que vous ne puissiez pas le voir directement sur la facture, nous vous recommandons de conserver la trace de cuivre sur la même couche en cas de signaux haute fréquence.

Les vias du circuit imprimé entraînent une inadéquation d'impédance

Plus de PCB Via pour les signaux haute fréquence entraînera également une désadaptation d'impédance. Cette discontinuité d'impédance se traduit en outre par des réflexions. Vous pouvez imaginer un câble tel qu'une fibre optique qui remplace la lumière par des électrons. Lorsque tout est beau et lisse, la lumière entre d'un côté et sort de l'autre dans un câble à fibre optique.

Cependant, si vous avez une rupture dans le fil ou une partie du câble, vous observerez une lumière rétro-réfléchie. Chez les conducteurs, la même chose se produit, mais nous sommes incapables de la trouver. Pour éviter les reflets, il est indispensable que vous obteniez une adaptation d'impédance.

L'adaptation d'impédance dépend de la distance aux autres pistes, de la largeur de piste, etc. Un circuit imprimé via est un changement d'impédance car la largeur/distance et tous les autres paramètres changent soudainement. Par conséquent, vous obtenez une réflexion partielle, ou peut-être une vibration RFI , ou d'autres perturbations.

Les vias PCB augmentent la taille du PCB

Un autre problème majeur avec les vias PCB est qu'ils augmentent la taille du PCB. Ils sont tenus de couvrir un espace important, et vous aurez donc besoin d'un PCB plus grand pour placer tous les composants. Prenons l'exemple d'une carte PCB avec trois vias PCB traversants. Il vous permettra de placer seulement quatre pastilles en cuivre.

Mais si vous modifiez son orientation en remplaçant un via traversant par un via aveugle ou sans circuit imprimé, vous pouvez mettre six pastilles. Le nombre de pastilles peut augmenter si vous ajoutez plus de vias traversants. De cette façon, vous pouvez également placer des composants BGA importants. Cependant, au final, vous augmentez la taille de votre PCB haute fréquence et son coût.

La taille du PCB augmente également car le PCB ne peut pas supporter un courant élevé. Si vos signaux haute fréquence accompagnent des courants élevés, vous aurez besoin de plusieurs PCB via. Cela augmentera leur capacité de charge actuelle, mais en même temps, l'espacement des PCB augmentera également.

Les vias PCB augmentent l'inductance et la capacité parasites

Les vias PCB ont une inductance et une capacité parasites, tout comme une piste PCB. Vous pouvez calculer ces valeurs par les formules suivantes :

Capacité :Cp =1,41*ε*t*dv/(DSM‐DV)

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

Où DSM est le diamètre du masque de soudure, DV est le PCB via le diamètre, t est l'épaisseur du PCB, PCB est la constante diélectrique relative et l est la PCB via la longueur.

Ces inductances et capacités supplémentaires dégradent l'intégrité du signal en raison des longs délais et des périodes de montée et de descente importantes. Ce n'est peut-être pas un problème si vous ajoutez des PCB via dans des conceptions de signaux à basse fréquence. Mais cela pourrait devenir un problème critique dans la conception de cartes de circuits imprimés haute fréquence.

Vous pouvez réduire la capacité parasite en choisissant un PCB avec une constante diélectrique plus petite. Ou, vous pouvez également opter pour un PCB fin. Enfin, vous pouvez vous assurer que le cuivre se dépose loin de la pastille en augmentant la zone du masque de soudure. De plus, si vous souhaitez diminuer l'inductance parasite, choisir un PCB fin le fera. L'inductance équivalente diminue également si vous concevez des PCB parallèles via.

Les vias PCB peuvent également entraîner une modification de la fonction échelon de l'impédance de la piste de cuivre. Une chute d'impédance standard d'un PCB via est d'environ 10 %. Il peut changer en fonction de l'épaisseur du PCB, du PCB via sa taille, etc.

Résumé

En résumé, nous vous suggérons d'éviter d'utiliser des vias PCB et des ajustements de couche pour éviter la distorsion du signal si possible. Il serait préférable de ne pas utiliser de PCB via une transmission d'horloge à haute fréquence. Débarrassez-vous des pastilles inutiles sur les vias PCB lorsque cela est possible, car ces pastilles créent une capacité de plaque parallèle.

S'il n'est pas possible de maintenir les PCB via le comptage à zéro, concevez-les de manière à obtenir une inductance et une capacité inférieures. Si le PCB via est petit, vous obtiendrez une capacité inférieure. S'ils ont un grand diamètre et une courte longueur, vous obtiendrez une inductance plus faible. Il serait également utile de maintenir la valeur des paramètres parasites à un niveau bas pour éviter des effets néfastes.

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