PCB Vias -6 razones por las que las vías de PCB de alta frecuencia no son buenas

Las vías de PCB pueden afectar la integridad de la señal

En condiciones normales, desea enrutar el mensaje para que la corriente de retorno pase a través del plano de tierra, que idealmente se encuentra directamente debajo de la línea. También es lo que sucede en una línea de transmisión controlada por impedancia balanceada. Sin embargo, si un PCB Vias se interpone en el camino, la corriente de retorno debe encontrar la ruta de transición por sí misma. Deberá cruzar capas e ir al área con las vías de PCB conectadas a tierra más cercanas.

Entonces, si la corriente de retorno cubre una distancia adicional, retrasa la señal de alta frecuencia. Se debe a la creación de un bucle inductivo debido a  vías PCB adicionales . No es solo eso; y también puede acumular señales no deseadas a lo largo de esta ruta.

Además, las vías de PCB también degradan la integridad de la señal debido a los largos retrasos y los períodos significativos de subida y bajada. Puede estudiar los parámetros S para evaluar el efecto de las vías en la integridad de la señal. Reflejan las propiedades de todos los componentes del canal, incluidos los fallos, la atenuación y la reflexión, etc.

Para mejorar la integridad de la señal, mantenga su PCB a un número bajo en caso de señales de alta frecuencia. Obtendrá un tiempo de subida rápido y un retraso de tiempo más corto. Si agrega vías de PCB más pequeñas, pueden proporcionar un retraso más corto pero no afectan significativamente el tiempo de subida. Por último, también puede asegurarse de disminuir la longitud de las vías de PCB. También conducirá a un tiempo de subida rápido y menos tiempo de retraso.

Vías de PCB para evitar la señal de alta frecuencia

Las vías de PCB funcionan de manera similar a los drenajes de emergencia:el agua debe fluir a través de una vía cilíndrica alrededor del tapón desde una superficie plana. El agua no puede teletransportarse a la alcantarilla porque el desagüe es resistente al mar. Las vías de PCB conducen la corriente a una vía en forma de anillo desde una pista plana de cobre.

La conexión del fregadero aquí es el núcleo del gas no conductor, el aire. De ahora en adelante, estás obligando a la corriente a fluir a través del anillo metálico alrededor del agujero. El PCB Via rechaza el flujo de corriente y se comporta como una inductancia parásita, lo que afecta el rendimiento de la señal de alta frecuencia.

El grosor del revestimiento en las vías de PCB también es poco profundo, lo que proporciona una gran resistencia. Entonces, esta propiedad tampoco le permite llevar mucha corriente. Necesitaría varios de ellos para manejar el alto flujo.

Esta corriente puede fluir de un lado al otro de la placa. También desperdiciaría espacio.

En el lado positivo, también puede encontrar PCB a través de calculadoras en línea. Si agrega el tamaño de las vías de PCB que planea usar, las calculadoras en línea verán su resistencia total. También puede conocer su capacidad de carga actual y algunos otros parámetros.

Las vías de PCB de alta frecuencia requieren pruebas y diseño especiales

Si continúa agregando PCB Vias en su diseño de PCB, también está creando problemas para el fabricante de PCB. El control de proceso que utilizan los fabricantes de PCB para fabricar PCB básicos no es apropiado para el control de calidad del proceso de recubrimiento de vías de PCB.

En otras palabras, no puede predecir con precisión las vías de PCB para señales de alta frecuencia. No es posible sin controles estrictos en la etapa de desarrollo. Requiere más tiempo de diseño y pruebas para un funcionamiento eficiente de las PCB de alta frecuencia en el ensamblaje final.

Los fabricantes de PCB también utilizan máquinas de perforación automatizadas, lo que aumenta el costo de fabricación de sus vías de PCB. Aunque no puede verlo directamente en el billete, le recomendamos que mantenga el rastro de cobre en la misma capa en caso de señales de alta frecuencia.

Las vías de PCB conducen a una discrepancia de impedancia

Más PCB Via para señales de alta frecuencia también causarán una falta de coincidencia de impedancia. Esta discontinuidad de impedancia da como resultado reflexiones. Puedes imaginar un cable como una fibra óptica que sustituye la luz con electrones. Cuando todo está bien y sin problemas, la luz entra por un lado y sale por el otro en un cable de fibra óptica.

Sin embargo, si tiene una rotura en el cable o en una parte del cable, observará algo de luz retrorreflejada. En los conductores ocurre lo mismo, pero no lo encontramos. Para evitar reflejos, es imprescindible que obtenga la coincidencia de impedancia.

La coincidencia de impedancia depende de la distancia a otras trazas, el ancho de la traza, etc. Una vía de PCB es un cambio de impedancia porque el ancho/distancia y todos los demás parámetros cambian repentinamente. Por lo tanto, obtienes un reflejo parcial, o quizás alguna vibración RFI u otras perturbaciones.

Las vías de PCB aumentan el tamaño de la PCB

Otro problema principal con las vías de PCB es que aumentan el tamaño de la PCB. Están obligados a cubrir un espacio significativo y, por lo tanto, necesitará una PCB más grande para colocar todos los componentes. Tome un ejemplo de una placa de PCB con tres vías de PCB de orificio pasante. Te permitirá colocar solo cuatro pads de cobre.

Pero si cambia su orientación reemplazando una vía de orificio pasante con una vía ciega o sin una vía de PCB, puede colocar seis almohadillas. El número de pads puede aumentar si agrega más vías de orificio pasante. De esta manera, también puede colocar componentes BGA significativos. Sin embargo, al final, está aumentando el tamaño de su PCB de alta frecuencia y su costo.

El tamaño de la placa de circuito impreso también aumenta porque la placa de circuito impreso no puede soportar una corriente alta. Si sus señales de alta frecuencia van acompañadas de corrientes altas, necesitará varias vías de PCB. Aumentará su capacidad de carga actual, pero al mismo tiempo, el espacio entre PCB también aumenta.

Las vías de PCB aumentan la inductancia y la capacitancia parásitas

Las vías de PCB tienen inductancia y capacitancia parásitas, al igual que una traza de PCB. Puede calcular estos valores mediante las siguientes fórmulas:

Capacitancia:Cp =1,41*ε*t*dv/(DSM‐DV)

Inductancia:L=5.08*l * [ln(4*l/DV)+1]

Donde DSM es el diámetro de la máscara de soldadura, DV es el diámetro de vía de la PCB, t es el espesor de la PCB, PCB es la constante dieléctrica relativa y l es la longitud de vía de la PCB.

Estas inductancias y capacitancias adicionales degradan la integridad de la señal debido a los largos retrasos y los períodos significativos de subida y bajada. Puede que no sea un problema si está agregando PCB a través de diseños de señales de baja frecuencia. Pero podría convertirse en un problema crítico en el diseño de placas de circuito impreso de alta frecuencia.

Puede disminuir la capacitancia parásita eligiendo una PCB con una constante dieléctrica más pequeña. O bien, también puede optar por una placa de circuito impreso delgada. Por último, puede asegurarse de que los depósitos de cobre se alejen de la almohadilla aumentando el área de la máscara de soldadura. Además, si desea disminuir la inductancia parásita, elija una PCB delgada. La inductancia equivalente también se reduce si diseña paralelos a través de PCB.

PCB Vias también puede conducir a un cambio en la función de paso de la impedancia de traza de cobre. Una caída de impedancia estándar de la vía de PCB es de alrededor del 10 %. Puede cambiar según el grosor de la PCB, la PCB a través de su tamaño, etc.

Resumen

En resumen, le sugerimos que evite utilizar vías de PCB y ajustes de capa para evitar la distorsión de la señal si es posible. Sería mejor no usar ningún PCB a través de transmisión de reloj de alta frecuencia. Deshazte de las almohadillas innecesarias en las vías de PCB cuando sea posible porque estas almohadillas generan capacitancia de placas paralelas.

Si no es posible mantener la PCB a cero, diséñelas para que obtenga una inductancia y capacitancia más bajas. Si la vía de la PCB es pequeña, obtendrá una capacitancia más baja. Si tienen un diámetro grande y una longitud corta, obtendrás una inductancia más baja. También ayudaría si mantuvieras bajos los valores de los parámetros parasitarios para evitar efectos perjudiciales.

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