PCBビア-6高周波PCBのビアが良くない理由
PCBビアはシグナルインテグリティに影響を与える可能性があります
通常の状態では、理想的にはラインの真下にあるグランドプレーンをリターン電流が通過するようにメッセージをルーティングする必要があります。これは、平衡インピーダンス制御伝送ラインで発生することでもあります。ただし、PCBビアが邪魔になる場合は、リターン電流が遷移パス自体を見つける必要があります。層を越えて、最も近い接地されたPCBビアのある領域に移動する必要があります。
したがって、戻り電流が余分な距離をカバーすると、高周波信号が遅延します。これは、追加のPCBビアによる誘導ループの作成によるものです。 。それだけではありません。また、このルートに沿って不要な信号を蓄積する可能性もあります。
さらに、PCBビアは、長い遅延と大幅な立ち上がりおよび立ち下がり期間のために、シグナルインテグリティも低下させます。 Sパラメータを調べて、シグナルインテグリティに対するビアの影響を評価できます。これらは、障害、減衰、反射など、すべてのチャネルコンポーネントのプロパティを反映しています。
シグナルインテグリティを向上させるには、高周波信号の場合、PCBビアカウントを低い数値に保ちます。立ち上がり時間が速く、時間遅延が短くなります。より小さなPCBビアを追加すると、遅延を短くすることができますが、立ち上がり時間に大きな影響はありません。最後に、PCBビアの長さを確実に短くすることもできます。また、立ち上がり時間が短くなり、時間遅延が少なくなります。
PCBビアは、これらの緊急排水口と同様に機能します。水は、平らな面からプラグの周りの円筒形の経路を通って流れる必要があります。排水管は海に強いため、水は下水道にテレポートできません。 PCBビアは、平らな銅のトラックからリング状の経路に電流を流します。
ここでのシンク接続は、非導電性ガスである空気のコアです。以降、電流を強制的に穴の周りの金属リングに流します。 PCBビアは電流の流れを拒否し、寄生インダクタンスのように動作します。これは高周波信号の性能に影響を与えます。
PCBビアのめっき厚も浅く、大きな抵抗があります。したがって、このプロパティは、多くの電流を流すこともできません。高流量を処理するには、それらのいくつかが必要になります。
この電流は、ボードの一方の側からもう一方の側に流れている可能性があります。スペースも無駄になります。
明るい面では、オンラインの計算機を介してPCBを見つけることもできます。使用する予定のPCBビアのサイズを追加すると、オンライン計算機はそれらの総抵抗を確認します。また、電流容量やその他のパラメータを知ることもできます。
PCBデザインにPCBビアを追加し続けると、PCBメーカーにも問題が発生します。 PCBメーカーが基本的なPCBを製造するために使用するプロセス制御は、PCBビアめっきプロセスの品質管理には適していません。
つまり、高周波信号のPCBビアを正確に予測することはできません。開発段階での厳格な管理なしには不可能です。最終アセンブリで高周波PCBを効率的に機能させるには、追加の設計時間とテストが必要です。
PCBメーカーも自動掘削機を使用しているため、PCBビアの製造コストが高くなります。請求書に直接表示することはできませんが、高周波信号の場合は、銅のトレースを同じ層に保持することをお勧めします。
PCBビアはインピーダンスの不一致につながる
高周波信号用のPCBビアが増えると、インピーダンスの不一致も発生します。このインピーダンスの不連続性により、さらに反射が発生します。光を電子に置き換える光ファイバーなどのケーブルを想像することができます。すべてが素晴らしく滑らかな場合、光は光ファイバーケーブルで一方の側に入り、もう一方の側から出ます。
ただし、ワイヤまたはケーブルの一部に断線がある場合は、後方反射光が発生します。指揮者でも同じことが起こりますが、見つけることができません。反射を避けるために、インピーダンス整合を取得する必要があります。
インピーダンス整合は、他のトレースまでの距離、トレース幅などに依存します。幅/距離および他のすべてのパラメータが突然変化するため、PCBビアはインピーダンス変化です。したがって、部分的な反射、またはおそらくRFI振動が発生します。 、またはその他の障害。
PCBビアはPCBのサイズを大きくします
PCBビアのもう1つの主な問題は、PCBサイズが大きくなることです。それらはかなりのスペースをカバーするようにバインドされているため、すべてのコンポーネントを配置するには、より大きなPCBが必要になります。 3つのスルーホールPCBビアを備えたPCBボードの例を見てみましょう。銅製のパッドを4つだけ配置できます。
ただし、1つのスルーホールビアをブラインドビアに置き換えるか、PCBビアを使用しないことで方向を変更すると、6つのパッドを配置できます。スルーホールビアを追加すると、パッドの数が増える可能性があります。このようにして、重要なBGAコンポーネントを配置することもできます。ただし、最終的には、高周波PCBのサイズとそのコストが増加します。
PCBは大電流に耐えられないため、PCBのサイズも大きくなります。高周波信号が大電流を伴う場合は、複数のPCBビアが必要になります。電流容量が増加しますが、同時にPCB間隔も増加します。
PCBビアは寄生インダクタンスと静電容量を増加させます
PCBビアには、PCBトレースと同様に、寄生インダクタンスと寄生容量があります。これらの値は、次の式で計算できます。
静電容量：Cp =1.41*ε*t* dv /（DSM‐DV）
インダクタンス：L =5.08 * l * [ln（4 * l / DV）+1]
ここで、DSMはソルダーマスクの直径、DVはPCBビアの直径、tはPCBの厚さ、PCBは相対誘電率、lはPCBビアの長さです。
これらの追加のインダクタンスと静電容量は、長い遅延と大幅な立ち上がりおよび立ち下がり期間のために、シグナルインテグリティを低下させます。低周波数信号設計でPCBビアを追加する場合は、問題にならない可能性があります。しかし、高周波プリント回路基板の設計では重大な問題になる可能性があります。
誘電率の小さいPCBを選択することにより、寄生容量を減らすことができます。または、薄いPCBを選択することもできます。最後に、はんだマスクの面積を増やすことで、銅がパッドから離れて堆積することを確認できます。さらに、寄生インダクタンスを減らしたい場合は、薄いPCBを選択するとそうなります。パラレルPCBビアを設計すると、等価インダクタンスも減少します。
PCBビアは、銅トレースインピーダンスのステップ関数の変化にもつながる可能性があります。 PCBビアの標準インピーダンス降下は約10％です。 PCBの厚さ、サイズによるPCBなどに応じて変化する可能性があります。
要約すると、可能であれば、信号の歪みを防ぐためにPCBビアとレイヤー調整を利用しないことをお勧めします。高周波クロック伝送を介してPCBを使用しないことが最善です。これらのパッドは平行平板静電容量を構築するため、可能な場合はPCBビア上の不要なパッドを取り除きます。
カウントを介してPCBをゼロに保つことができない場合は、インダクタンスと静電容量が低くなるように設計してください。 PCBビアが小さい場合、静電容量が低くなります。直径が大きく長さが短い場合は、インダクタンスが低くなります。有害な影響を避けるために、寄生パラメータの値も低く保つと役立ちます。
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