搜索信號完整性分析之過孔對信號傳輸?shù)挠绊?/h1>
2016-10-12 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
過孔對信號傳輸?shù)挠绊?/span>
一、過孔的基本概念
過孔(via)是多層PCB 的重要組成部分之一,鉆孔的費(fèi)用通常占PCB 制板費(fèi)用的30%到40%。簡單的說來,PCB 上的每一個(gè)孔都可以稱之為過孔。從作用上看,過孔可以分成兩類:一是用作各層間的電氣連接;二是用作器件的固定或定位。如果從工藝制程上來說,這些過孔一般又分為三類,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接,孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔,它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層,層壓前利用通孔成型工藝完成,在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個(gè)內(nèi)層.
第三種稱為通孔,這種孔穿過整個(gè)線路板,可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現(xiàn),成本較低,所以絕大部分印刷電路板均使用它,而不用
另外兩種過孔。以下所說的過孔,沒有特殊說明的,均作為通孔考慮。
從設(shè)計(jì)的角度來看,一個(gè)過孔主要由兩個(gè)部分組成,一是中間的鉆孔(drill hole),二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然,在高速,高密度的PCB
設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)者總是希望過孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線空間,此外,過孔越小,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時(shí)帶來了成本的增加,而且過孔的尺寸不可能無限制的減小,它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術(shù)的限制:孔越小,鉆孔需花費(fèi)的時(shí)間越長,也越容易偏離中心位置;且當(dāng)孔的深度超過鉆孔
直徑的6 倍時(shí),就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如,如果一塊正常的6 層PCB 板的厚度(通孔深度)為50Mil,那么,一般條件下PCB 廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)到8Mil。隨
著激光鉆孔技術(shù)的發(fā)展,鉆孔的尺寸也可以越來越小,一般直徑小于等于6Mils 的過孔,我們就稱為微孔。在HDI(高密度互連結(jié)構(gòu))設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用到微孔,微孔技術(shù)可以允許過孔
直接打在焊盤上(Via-in-pad),這大大提高了電路性能,節(jié)約了布線空間。過孔在傳輸線上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn),會造成信號的反射。一般過孔的等效阻抗比
傳輸線低12%左右,比如50 歐姆的傳輸線在經(jīng)過過孔時(shí)阻抗會減小6 歐姆(具體和過孔的尺寸,板厚也有關(guān),不是絕對減小)。但過孔因?yàn)樽杩共贿B續(xù)而造成的反射其實(shí)是微乎其微
的,其反射系數(shù)僅為:(44-50)/(44+50)=0.06,過孔產(chǎn)生的問題更多的集中于寄生電容和電感的影響。
二、過孔的寄生電容和電感
過孔本身存在著寄生的雜散電容,如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區(qū)直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB 板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為ε,則過孔的寄生電容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2-D1)過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時(shí)間,降低了電路的速度。舉例來說,對于一塊厚度為50Mil 的PCB 板,如果使用的過孔焊盤直徑為20Mil(鉆孔直徑為10Mils),阻焊區(qū)直徑為40Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 這部分電容引起的上升時(shí)間變化量大致為:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
從這些數(shù)值可以看出,盡管單個(gè)過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進(jìn)行層間的切換,就會用到多個(gè)過孔,設(shè)計(jì)時(shí)就要慎重考慮。
實(shí)際設(shè)計(jì)中可以通過增大過孔和鋪銅區(qū)的距離(Anti-pad)或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。過孔存在寄生電容的同時(shí)也存在著寄生電感,在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中,過孔的寄生電
感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻(xiàn),減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來簡單地計(jì)算一個(gè)過孔近似的寄生電
感:L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L 指過孔的電感,h 是過孔的長度,d 是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出,過孔的直徑對電感的影響較小,而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用
上面的例子,可以計(jì)算出過孔的電感為:L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 如果信號的上升時(shí)間是1ns,那么其等效阻抗大小為:XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略,特別要注意,旁路電容在連接電源層和地層的時(shí)候需要通過兩個(gè)過孔,這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。
三、如何使用過孔
通過上面對過孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB 設(shè)計(jì)中,看似簡單的過
孔往往也會給電路的設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響,
在設(shè)計(jì)中可以盡量做到:
1.從成本和信號質(zhì)量兩方面考慮,選擇合理尺寸的過孔大小。必要時(shí)可以考慮使用不同尺寸的過孔,比如對于電源或地線的過孔,可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗,而對于信號走線,則可以使用較小的過孔。當(dāng)然隨著過孔尺寸減小,相應(yīng)的成本也會增加。
2.上面討論的兩個(gè)公式可以得出,使用較薄的PCB 板有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)。
3.PCB 板上的信號走線盡量不換層,也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4.電源和地的管腳要就近打過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好?？梢钥紤]并聯(lián)打多個(gè)過孔,以減少等效電感。
5.在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔,以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB 板上放置一些多余的接地過孔。
6.對于密度較高的高速PCB 板,可以考慮使用微型過孔。
-
Allegro高速PCB layout設(shè)計(jì)培訓(xùn)實(shí)戰(zhàn)平板電腦班
-
Allegro高速PCB layout設(shè)計(jì)培訓(xùn)實(shí)戰(zhàn)平板電腦班(RK,MTK,全志,Intel平臺)即將開課, layout公司講師授課,多年平板電腦,電腦主板筆,記本電腦,Server板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
-
課程內(nèi)容:
1 各模塊電路原理講解(PMC,USB,OTG,LCD,DDR NANDFLASH ,WI-FI,BT,Camera,HDMI,MIC SPEKER,認(rèn)識數(shù)字信號,模擬信號,高速信號)
2 生成網(wǎng)表及布局前設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置:
3 柵格設(shè)置 (柵格設(shè)計(jì))
4 約束規(guī)則設(shè)置 (物理規(guī)則,間距規(guī)則,等長設(shè)置,差分線創(chuàng)建及設(shè)置)
5 板框處理(DXF文件導(dǎo)入),疊層設(shè)置
6 常用疊層,阻抗設(shè)置及計(jì)算
7 布局篇:
8 整板佈局評估及規(guī)劃
10 佈局基本原則
11 佈局DFM要求
12 佈局順序
13 布局注意重點(diǎn)
14 USB布局
15 LCD布局
16 DDR NANDFLASH 布局
17 WI-FI,BT布局,
18 Camera 布局
19 G_Sensor/Key 布局
20 HDMI布局
21 TF Card 布局
22 TOUCH PANEL布局
23 Audio 布局
24 LIGHT SENSOR布局
25 LCD panel,MIC SPEKER布局
26 GPIO ,晶振佈局技巧 Flash/TF card布局
27 06.System power,DC/Charge電源布局(DCDC,LDO)
28 布線篇:
29 認(rèn)識信號線:重要信號,高速信號,一般信號線
30 布線優(yōu)先順序
30 整板布線評估與規(guī)劃
31 布線規(guī)則設(shè)置(線寬線距)
31 等長設(shè)置
32 POWER及GND
32 關(guān)鍵信號布線:時(shí)鐘,復(fù)位,差分,DDR
33 雜散信號布線
33 常用電路布線
34 CPU DDR3布線
35 HDMI,USB,MIC SPEKER,WIFI,BT 各種封裝布線技巧
絲印篇
36 PCB位號設(shè)計(jì)
37 字體字號及方向原則,
38 PCB版本及LOGO處理
38 PPID及LAB
39 尺寸篇
40 標(biāo)注項(xiàng)目
后期文件輸出
41 Gerber輸出
42 ASM文件輸出
43 DXF文件輸出
44 X-Y坐標(biāo)文件輸出
45 PDF文件輸出
-
硬件設(shè)計(jì)培訓(xùn)進(jìn)階課程
硬件設(shè)計(jì)培訓(xùn)進(jìn)階課程招生中,主要通過學(xué)習(xí)各種元件和模塊電路設(shè)計(jì)最終學(xué)會怎么樣搭建設(shè)計(jì)原理圖,行業(yè)10年硬件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)高級工程師授課曾設(shè)計(jì)過PC主板,汽車電子,消費(fèi)電子等各種硬件產(chǎn)品,為你開啟硬件設(shè)計(jì)之門
-
信號完整性培訓(xùn)課程
培訓(xùn)內(nèi)容:
Part 1 信號完整性和電源完整性理論
第一課時(shí):《 高速互連PCB基本知識-1》
主要講解:傳輸線的基本理論。信號完整性的一些主要影響因素、反射的產(chǎn)生及影響、阻抗匹配對信號完整性的影響、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵π盘柾暾缘挠绊憽?br />
第二課時(shí):《 高速互連PCB基本知識-2》
主要講解:串?dāng)_和非理想回路對信號完整性的影響。減小串?dāng)_的方法、串?dāng)_系數(shù)、非理想互聯(lián):傳輸損耗、連接結(jié)構(gòu)、芯片封裝等,非理想回路:參考平面不連續(xù)。
第三課時(shí):《 高速互連PCB基本知識-3》
主要講解:電源完整性理論。電源分配系統(tǒng)、電源噪聲、同步開關(guān)噪聲、電源阻抗設(shè)計(jì)法、電源去耦。目標(biāo)阻抗計(jì)算法、去耦電容設(shè)計(jì)及計(jì)算選擇。合理化電容安裝。
第四課時(shí):《 高速互連PCB基本知識-4》
主要講解:數(shù)字時(shí)序及輻射規(guī)范(EMC)。共同時(shí)鐘時(shí)序計(jì)算、源同步時(shí)序計(jì)算、PLL嵌入試時(shí)鐘、碼間干擾、EMC輻射理論及EMC設(shè)計(jì)。
Part 2 信號及電源仿真流程
仿真流程可根據(jù)需要講解不同的軟件流程。包括:SigXplorer,Hyperlynx,Sigrity,Hspice,ADS,SIWAVE。
第一課時(shí):《 Sigrity-DDR SSO》
主要講解:使用sigrity的DDR SSO模塊進(jìn)行DDRx模塊的仿真流程。包括:層疊分配,電源分配,模型匹配,仿真設(shè)置等。DDRx屬于源同步時(shí)序,DDR3的自動對其技術(shù)講解。
第二課時(shí):《POWER DC直流壓降分析 》
主要講解:使用sigrity的POWER DC模塊進(jìn)行的電源仿真流程。包括:直流壓降分析,交流阻抗分析,電源目標(biāo)阻抗計(jì)算和設(shè)置。
第三課時(shí):《電源去耦電容優(yōu)化方案》
主要講解:使用sigrity的OptimizePI模塊進(jìn)行的電源去耦電源優(yōu)化方案仿真。包括:電容容值計(jì)算,電容數(shù)量評估及位置評估。
第四課時(shí):《電源完整性仿真-SIwave》
主要講解:使用SIwave做電源完整性仿真流程。包括:直流壓降分析,交流阻抗分析,平面諧振分析。
Part 3 高速串行總線仿真及EMC分析
第一課時(shí):《 POWER SI-S參數(shù)及SIwave-S參數(shù)提取》
主要講解:使用SIwave和sigrity的POWER SI模塊對高速串行總線S參數(shù)提取。
第二課時(shí):《SestemSI-系統(tǒng)級高速串行總線仿真流程》
主要講解:使用SestemSI做系統(tǒng)級高速鏈路仿真流程,怎么搭建仿真鏈路、不同速率信號的電平判斷標(biāo)準(zhǔn)。(注:要做系統(tǒng)仿真需要使用HFSS對傳輸線,過孔,連接器建模)。
第三課時(shí):《 sigrity16》
主要講解:主要講解:使用3D-EM做EMC的仿真流程。
低速并行總線仿真、高速鏈路仿真的一些建模......
-
承接PCB layout設(shè)計(jì),高通平臺AR智能眼鏡,智能穿戴手表,無人機(jī),MTK高通3G 4G智能手機(jī),平板電腦,筆記本電腦,臺式電腦主板,Mini電腦主板,車載,工控,醫(yī)療,服務(wù)器……天線設(shè)計(jì)……仿真,團(tuán)隊(duì)工程師均8年以上高速板和HDI高密度板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)……最高可設(shè)計(jì)層數(shù)42層,最大設(shè)計(jì)pin數(shù)30000+,最小線寬2.5mil,最小過孔激光孔4mil BGA數(shù)量60+ BGA最小間距0.4mm
相關(guān)標(biāo)簽搜索：信號完整性分析之過孔對信號傳輸?shù)挠绊?/a> HFSS電磁分析培訓(xùn) HFSS培訓(xùn)課程 HFSS技術(shù)教程 HFSS無線電仿真 HFSS電磁場仿真 HFSS學(xué)習(xí) HFSS視頻教程 天線基礎(chǔ)知識 HFSS代做 天線代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析
