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如何在高速数字电路中设计盲埋孔.docx


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如何在高速数字电路中设计盲埋孔.docx
文档介绍:
随着大规模和超大规模集成电路在电路系统中的应用日益增多,由于芯片放大集成规模,体积缩小,引脚升级和增加,电路板呈现出多层次和复杂性的发展趋势。速度。大多数高速多层PCB通过通孔过孔实现层之间的连接。

然而,对于不从顶部到底部循环的电连接,可能会发生冗余的通孔短截线,从而严重影响PCB传输质量。因此,对于一些高性能和高要求的高速数字系统而言,冗余短截线的影响永远不可忽视。基于平衡成本与性能的尝试,盲/埋通孔的设计是为了有效地避免冗余短截线效应并提高系统的传输质量。

本文以盲区和掩埋通孔设计为研究对象,通过建模仿真,主要分析了盲/埋通孔,焊盘和防垫通孔直径等参数对S参数和阻抗连续性等信号特征的影响,并提供了实用指导。高速PCB盲/埋设通孔设计。
盲/埋孔的主要参数和性能指标
对于高速数字电路多层PCB,过孔对于一个平面中的互连线与另一个平面中的互连线之间的高速信号连接是必需的。通孔实际上是连接不同平面之间的导线的电导体。根据PCB设计的不同,过孔可分为通孔,盲孔和埋孔,如图1所示。



•在整个PCB中循环的通孔过孔应用于层之间的互连布线或作为组件的定位过孔。

•盲孔(不通过整个PCB循环)负责PCB内部层与表面平面布线之间的连接。

•埋入式过孔仅负责PCB内部层之间的连接。它们不能直接从PCB的外观中看出来。


过孔不能被视为电连接,必须考虑它们对信号完整性的影响。因此,更好地了解过孔结构设计对高速数字电路性能的影响有利于优化信号完整性的解决方案,从而优化高速数字系统的设计和高速信号的传输质量。可以改进。

在高速电路中,通孔的等效电模型可以如图2所示,其中C 1,C 2和L分别指通孔的寄生电容和电感。



基于此模型,高速电路中的所有过孔将产生对地寄生电容。寄生电容可通过以下公式计算:



在该公式中,通孔的寄生电容等于抗焊接到地面的直径,通孔焊盘的直径,基板材料的模具常数和PCB的厚度。在高速数字电路中,过孔的寄生电容会使信号的上升时间变慢或下降并降低电路速度。对于特征阻抗为Z 0的传输线,寄生电容和信号的上升时间之间的关系可以用下面的公式表示。



当高速信号通过过孔时,也会产生寄生电感。在高速数字电路中,通孔的寄生电感带来的影响大于寄生电容。寄生电感可以根据下面的公式计算。




在该公式中,通孔的寄生电感等于通孔的长度和通孔的直径。此外,由寄生电感引起的等效阻抗永远不能忽略,等效阻抗和寄生电容之间的关系以及信号的上升时间可以用下面的公式表示。



基于上述公式,通孔的电性能随设计参数而变化。通孔直径,长度,焊盘和防焊垫的变化导致高速电路中的阻抗不连续,信号完整性受到很大影响。本文对信号特征的分析在于S 11(回波损耗)和S 21(插入损耗)的指标。当插入损耗的衰减程度小于-3dB时,应用有效带宽来判断和分析盲/埋孔的信号传输性能。此外,TDR仿真可用于分析阻抗不连续引起的反射。
盲/埋孔的建模仿真与结果分析
为了研究盲/埋孔过孔对高速PCB信号特征的影响,本文设计了一个带有HFSS软件的8层PCB模型,如下图3所示。



在该PCB中,层1至2,4至5和7至8都是信号层; 第三层是电源层; 第六层是地层; 每层厚度为0.2mm(
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  • 时间2021-06-01