Wie wirkt sich die Spur- / Via-Freigabe auf die parasitäre Induktivität aus, wenn sie zum selben Netz gehen

Nachdem ich die Antwort von [ Mike DeSimone ] bezüglich guter Entkopplungs- und Umgehungspraktiken gelesen hatte, fragte ich mich immer wieder über den Abstand zwischen Drähten (Draht = Leiterbahn oder Netz).

[ Mike DeSimone ] kommentiert, dass Drähte, die zu verschiedenen Netzen führen, so nah wie möglich sein sollten, aber dass Drähte, die zu derselben Ebene führen, ziemlich weit voneinander entfernt sein sollten.

Wenn die Ströme in jedem der parallelen Drähte (ich sage "Draht", um sowohl die Leiterbahn als auch die Durchkontaktierung einzuschließen) in die gleiche Richtung gehen, fügt die Gegeninduktivität der Selbstinduktivität hinzu und erhöht die Gesamtinduktivität. Wenn die Ströme in jedem Draht in entgegengesetzte Richtungen gehen, subtrahiert die Gegeninduktivität von der Selbstinduktivität und verringert die Gesamtzahl. Dieser Effekt verstärkt sich mit abnehmendem Abstand zwischen den Drähten.

Daher sollte ein Paar Drähte, die zur gleichen Ebene führen, weit voneinander entfernt sein (Faustregel: größer als der doppelte Abstand von Oberfläche zu Ebene; nehmen Sie die Leiterplattendicke an, wenn Sie Ihren Stapel noch nicht herausgefunden haben), um die Gesamtinduktivität zu verringern . Ein Kabelpaar, das zu verschiedenen Ebenen führt, wie jedes Beispiel, das Sie gepostet haben, sollte so nah wie möglich beieinander liegen.

··· Geben Sie dem IC seine eigenen Vias für Strom und Masse, halten Sie Vias mit entgegengesetztem Netz nahe beieinander und Vias mit demselben Netz weiter voneinander entfernt ···

Nun, alle meine Designs waren immer niederfrequent (<1 MHz), aber ich erinnere mich, dass ich beispielsweise mehr als ein Via verwendet habe, um eine MCU mit einer Stromversorgungsebene zu verbinden. Oder Sie haben mehrere Durchkontaktierungen verwendet, um den maximalen Strom einiger Leiterbahnen zu erhöhen, die die Schicht wechseln müssen, ähnlich wie in diesem Beitrag . Und ich habe sie sehr nah beieinander platziert (eigentlich so nah wie ich konnte).

Könnten Sie mir bitte einen Einblick in diese Angelegenheit geben? Was ist ein guter Abstand zwischen Vias oder Leiterbahnen, um parasitäre Induktivitäten zu vermeiden?

Ich verstehe, dass ich eine Schleife mit zwei Durchkontaktierungen (senkrecht zu meiner Leiterplatte) erstellen kann, dh wenn meine Durchkontaktierungen in Reihe geschaltet sind. Ich verstehe jedoch nicht, wie dies passieren kann, wenn sie parallel sind oder zwei nicht verwandte Komponenten an dasselbe Netz binden.

Ich habe SE gesucht und gegoogelt, aber nichts Nützliches in Bezug auf die Via-Freigabe und die damit verbundenen Parasiten gefunden.

BEARBEITUNGEN:

  • Versehentliches Zitieren von [Olin Lathrop] anstelle von [Mike DeSimone] behoben.
  • Frage geändert, um sowohl Spuren als auch Durchkontaktierungen einzuschließen (ursprünglich habe ich nur nach Durchkontaktierungen gefragt).

Antworten (1)

Je mehr Durchkontaktierungen Sie parallel verwenden , desto weniger Induktivität haben Sie. Jede Durchkontaktierung kann als Induktivität mit einigen Zehnern von nH modelliert werden. Wenn Sie die Induktivität wirklich genau ermitteln möchten, stehen im Internet Berechnungen zur Verfügung, mit denen Sie herausfinden können, was die Induktivität auf den Abmessungen der Durchkontaktierung basiert.

Dies ist wichtig, wenn Sie für hohe Geschwindigkeiten (z. B. 50 MHz +) entwerfen, da Induktivitäten mit nH in Verbindung mit anderen Komponenten Filter bilden und die oberen Frequenzen begrenzen, die die Spur übertragen kann. Wenn Sie für langsame Motorflugzeuge entwerfen, verbraucht ein Transistor beim Einschalten des Mikroprozessors Strom aus dem Flugzeug und bewirkt, dass die Spannung des Flugzeugs unter oder über den beabsichtigten Wert des Flugzeugs abfällt.

Die Leistungsebene erholt sich so schnell, wie sie Strom von der Quelle erhalten kann. Wenn eine parasitäre Induktivität und / oder ein Widerstand vorhanden sind, wird die Fähigkeit der Ebene eingeschränkt, sich auf die beabsichtigte Spannung zu erholen.

Denk darüber so:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Der Prozessor ist eine dynamische Last, er ändert sich, wenn Transistoren ein- und ausschalten. Wenn der Prozessor im Ruhezustand ~ 100 uA verbraucht und Sie ihn aufwecken und er dann mA benötigt, kann diese Änderung im Zeitrahmen von Nanosekunden erfolgen. Die Induktivität "behindert" die Fähigkeit des Netzteils, den Strom zum Prozessor zu bringen.

PCB-Komponenten bilden einen Filter. Durchkontaktierungen ändern den Filter, wenn Sie zwei haben, wird es weniger Impedanz haben als eine. Erfahren Sie, wie Sie PCB-Komponenten als Schaltung modellieren. Denken Sie daran, dass jede Leiterbahn, jeder Widerstand, jede Induktivität und jeder Kondensator Werte für Kapazität, Induktivität und Widerstand hat. Zum Beispiel hat ein Widerstand eine Induktivität von nH und eine Kapazität von pF. Zwei zusammenlaufende Spuren haben eine gegenseitige Induktivität und Kapazität zwischen sich und auch einen Widerstand. Es gibt keine idealen Komponenten in der realen Welt.

Eine gute Faustregel ist, dass Hochfrequenzströme den Weg der niedrigsten Induktivität zurücklegen , dies kann durch eine Komponente oder sogar durch die Luft erfolgen (indem Leiterbahnen in Antennen umgewandelt werden). Denken Sie daran, dass der Kondensator auch eine parasitäre Induktivität hat. Wenn Sie eine Induktivität zwischen der Leistungsebene und der Kappe oder zwischen der Masseebene und dem Kondensator platzieren, erhöhen Sie die Induktivität und verringern die „Fähigkeit“ der Kondensatoren, in kurzen Zeiträumen als Energiespeicher zu fungieren. Um diesen Effekt zu negieren, platzieren Sie zwei Durchkontaktierungen auf dem Rückweg der Kondensatoren zur Masse.

In der Tat dachte ich, dass sich Durchkontaktierungen (und Spuren) bei hohen Frequenzen so verhalten würden. Aber warum sagt die Empfehlung im OP dann das Gegenteil? Gibt es irgendwelche Nebenwirkungen, an die ich nicht gedacht habe? Warum sollte ich sie mindestens doppelt so weit voneinander entfernt halten? Vielen Dank auch für all die Details in Ihrer Antwort :)
Denn Sie müssen auch die Parasiten der gesamten Schaltung berücksichtigen. Jede Spur hat Induktivität und Widerstand. Wenn Sie den gesamten Schaltungspfad einschließlich der parasitären Induktivität des Kondensators modellieren, erhalten Sie einige interessante Effekte bei hohen Frequenzen.
Wie wirkt sich die Spur- / Via-Freigabe auf die parasitäre Induktivität aus, wenn sie zum selben Netz gehen
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