Il pad di un via si trova vicino al rame dei piani di riferimento e contribuisce alla capacità parassita. Una semplice approssimazione mostra come diametro del pad, apertura dell'antipad e spessore della scheda influenzino questa stima. Non sostituisce un modello di tutti i piani, gli strati dielettrici e i percorsi di ritorno di una transizione reale.
Il calcolatore di capacità dei via PCB confronta una modifica geometrica alla volta e traccia la reattanza capacitiva ideale in funzione della frequenza. Inizia identificando correttamente le dimensioni: foro, pad e antipad sono elementi diversi.
Che cosa sono D1, D2 e T?
| Simbolo | Significato in questa approssimazione | Errore di inserimento comune |
|---|---|---|
| D1 | Diametro del pad del via | Inserire il diametro di foratura o del foro finito |
| D2 | Diametro dell'apertura, o antipad, nei piani di riferimento | Inserire una distanza radiale anziché un diametro |
| T | Spessore totale del PCB per l'approssimazione del via passante | Inserire la distanza dal piano di riferimento più vicino |
| εr | Permittività relativa ipotizzata | Trattare un valore generico del laminato come dato misurato a tutte le frequenze |
La distanza radiale fra pad e antipad è (D2 − D1)/2. Un pad di 0.60 mm in un antipad di 1.00 mm ha una distanza radiale di 0.20 mm. Dopo ogni conversione di unità, il diametro dell'apertura deve essere maggiore di quello del pad.
Qui T ha un significato diverso dall'altezza dielettrica di un calcolatore d'impedenza microstrip. Per il banco di lavoro per l'impedenza conta la geometria fra pista e riferimento. Per questa specifica equazione del via passante, T è lo spessore totale del PCB. Trasferire lo stesso numero fra i due strumenti senza verificarne la definizione cambia il problema fisico.
Quale formula usa il calcolatore?
L'approssimazione è riportata in Texas Instruments SLLA284G, Equazione 1, pagina stampata 15. Espressa in millimetri:
C [pF] = (1.41 / 25.4) × εr × T [mm] × D1 / (D2 − D1)
Il coefficiente pubblicato usa i pollici; la divisione per 25.4 converte T nella forma in millimetri. D1 e D2 devono usare la stessa unità, così il loro rapporto rimane adimensionale. Lo strumento converte ogni dato prima di valutare l'espressione.
Il numero di piani e il diametro del foro non sono ulteriori ingressi di questa equazione. Non è una somma di singole capacità a facce parallele, un modello di via cieco o una soluzione di campo. Per distinguere le distanze dei singoli piani o un'apertura irregolare, scegli un modello che includa questi elementi.
Esempio svolto: un via passante su una scheda da 1.6 mm
Imposta T = 1.60 mm, D1 = 0.60 mm, D2 = 1.00 mm, εr = 4.2 e frequenza di valutazione = 1000 MHz. Il calcolatore restituisce C = 0.559559 pF. La tabella modifica una dimensione per riga:
| Caso | T | D1 | D2 | C stimata | Variazione | Modulo ideale di Xc a 1 GHz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Riferimento | 1.60 mm | 0.60 mm | 1.00 mm | 0.559559 pF | — | 284.429 Ω |
| Antipad più grande del 25% | 1.60 mm | 0.60 mm | 1.25 mm | 0.344344 pF | −38.46% | 462.197 Ω |
| Pad più piccolo del 25% | 1.60 mm | 0.45 mm | 1.00 mm | 0.305214 pF | −45.45% | 521.454 Ω |
| Scheda più sottile del 25% | 1.20 mm | 0.60 mm | 1.00 mm | 0.419669 pF | −25.00% | 379.239 Ω |
Queste alternative mostrano la sensibilità matematica. Un pad più piccolo richiede comunque un anello anulare sufficiente e margine di registrazione. Un antipad più grande rimuove più rame dal piano di riferimento e può influenzare la continuità della corrente di ritorno o le strutture vicine. Una scheda più sottile cambia i vincoli meccanici e dello stackup. Nessuna riga costituisce automaticamente una raccomandazione produttiva.
Perché le piccole distanze sono sensibili?
Il denominatore D2 − D1 diminuisce quando i due diametri si avvicinano. Mantieni T, D1 ed εr ai valori di riferimento ma riduci D2 da 1.00 a 0.65 mm. La C stimata diventa 4.47647 pF, otto volte il riferimento, perché la differenza fra i diametri scende da 0.40 a 0.05 mm.
Questa forte variazione spiega perché le tolleranze dimensionali contano. Non dimostra che l'approssimazione resti accurata quando la distanza tende a zero. D2 = D1 non è definito e D2 < D1 non è valido per questa geometria. Una capacità negativa ottenuta con tale combinazione è un errore di ingresso o di modello, non un risultato utilizzabile.
La frequenza cambia la capacità?
Non in questo modello geometrico a permittività costante. La frequenza modifica il modulo della reattanza capacitiva ideale:
|Xc| [Ω] = 10⁶ / {2π × f [MHz] × C [pF]}
Il riferimento fornisce circa 2844.29 Ω a 100 MHz e 284.429 Ω a 1 GHz. In continua un condensatore ideale è un circuito aperto. Lo strumento mostra questo stato anziché un numero finito; non calcola le correnti di dispersione del dielettrico.
Un modulo di reattanza capacitiva inferiore non equivale a una resistenza serie inferiore. L'effetto dipende da come la capacità si collega nella transizione. La curva tracciata non prevede perdita d'inserzione, risonanza o banda utilizzabile. Anche la permittività e le perdite del materiale reale possono variare con la frequenza.
Come usare il risultato nella revisione del progetto?
Registra le definizioni esatte di pad e antipad, lo spessore totale, l'ipotesi sul materiale e la transizione confrontata. Usa lo strumento per identificare quale dimensione meriti uno studio delle tolleranze. Poi esamina la struttura completa, inclusi pad e aperture dei singoli strati, lunghezza del fusto metallizzato, stub inutilizzato e piani di riferimento.
Leggi la guida all'induttanza dei via per comprendere la stima separata del fusto. Non trasformare i due risultati indipendenti in una presunta risonanza usando un'equazione LC ideale: non descrivono tutti gli effetti distribuiti di una transizione via reale.
Domande frequenti
L'antipad coincide con il diametro del foro?
No. L'antipad è un'apertura nel rame di un piano di riferimento. Il foro è l'apertura forata o finita attraverso la scheda. D2 in questo calcolatore è il diametro dell'antipad.
T deve essere la distanza dal piano più vicino?
No. Questa approssimazione TI per via passanti usa lo spessore totale del PCB. Un modello basato sulle distanze dei singoli piani è un calcolo diverso.
Un antipad più grande migliora sempre il progetto?
Riduce questa stima della capacità quando gli altri ingressi rimangono fissi. Può anche alterare la continuità del ritorno e il rame circostante. Esamina l'intera transizione e i vincoli produttivi.
Può calcolare la capacità di un microvia cieco?
Implementa l'approssimazione dichiarata per via passanti. Per un microvia cieco usa un modello coerente con la sua geometria e con i suoi reali piani di riferimento.
Confronta le dimensioni di pad e antipad prima di richiedere una revisione dello stackup e della fabbricazione.