Площадка переходного отверстия находится рядом с медью опорных плоскостей и вносит паразитную емкость. Простое приближение показывает, как диаметр площадки, зазор антипада и толщина платы влияют на эту оценку. Оно не заменяет модель всех плоскостей, диэлектрических слоев и обратных путей реального перехода.
Калькулятор емкости переходных отверстий PCB сравнивает изменения по одному размеру и строит зависимость идеального емкостного сопротивления от частоты. Сначала правильно определите размеры: отверстие, площадка и антипад — разные элементы.
Что такое D1, D2 и T?
| Символ | Значение в этом приближении | Частая ошибка ввода |
|---|---|---|
| D1 | Диаметр площадки переходного отверстия | Ввод диаметра сверла или готового отверстия |
| D2 | Диаметр зазора, или антипада, в опорных плоскостях | Ввод радиального зазора вместо диаметра |
| T | Полная толщина PCB для приближения сквозного отверстия | Ввод расстояния до ближайшей опорной плоскости |
| εr | Принятая относительная диэлектрическая проницаемость | Использование типового значения ламината как измеренных данных на всех частотах |
Радиальный зазор от площадки до антипада равен (D2 − D1)/2. Площадка 0.60 mm внутри антипада 1.00 mm имеет радиальный зазор 0.20 mm. После любого преобразования единиц диаметр зазора должен превышать диаметр площадки.
Здесь T имеет иной смысл, чем высота диэлектрика в калькуляторе импеданса микрополоски. В рабочей области импеданса важна геометрия между дорожкой и опорной плоскостью. В данном уравнении сквозного отверстия T — полная толщина PCB. Перенос одного числа между инструментами без проверки определения меняет физическую постановку задачи.
Какую формулу использует калькулятор?
Приближение приведено в Texas Instruments SLLA284G, уравнение 1, печатная страница 15. В миллиметрах оно имеет вид:
C [pF] = (1.41 / 25.4) × εr × T [mm] × D1 / (D2 − D1)
Опубликованный коэффициент использует дюймы; деление на 25.4 переводит T в форму для миллиметров. D1 и D2 должны иметь одинаковые единицы, поэтому их отношение остается безразмерным. Перед вычислением выражения инструмент преобразует каждый входной параметр.
Число плоскостей и диаметр отверстия не являются дополнительными входными данными этого уравнения. Это не сумма отдельных плоскопараллельных емкостей, не модель глухого отверстия и не полевое решение. Если нужно учитывать отдельные расстояния между плоскостями или зазор неправильной формы, выберите модель с такими элементами.
Пример расчета: геометрия сквозного отверстия в плате 1.6 mm
Задайте T = 1.60 mm, D1 = 0.60 mm, D2 = 1.00 mm, εr = 4.2 и частоту расчета = 1000 MHz. Калькулятор возвращает C = 0.559559 pF. В каждой строке таблицы меняется один размер:
| Случай | T | D1 | D2 | Оценка C | Изменение | Идеальный модуль Xc при 1 GHz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Базовый | 1.60 mm | 0.60 mm | 1.00 mm | 0.559559 pF | — | 284.429 Ω |
| Антипад на 25% больше | 1.60 mm | 0.60 mm | 1.25 mm | 0.344344 pF | −38.46% | 462.197 Ω |
| Площадка на 25% меньше | 1.60 mm | 0.45 mm | 1.00 mm | 0.305214 pF | −45.45% | 521.454 Ω |
| Плата на 25% тоньше | 1.20 mm | 0.60 mm | 1.00 mm | 0.419669 pF | −25.00% | 379.239 Ω |
Эти варианты показывают математическую чувствительность. Меньшая площадка все равно требует достаточного гарантийного пояска и запаса на совмещение. Больший антипад удаляет больше меди опорной плоскости и может влиять на непрерывность обратного тока или соседние структуры. Более тонкая плата меняет механические ограничения и требования к стеку. Ни одна строка не является автоматической рекомендацией для производства.
Почему малые зазоры чувствительны?
Знаменатель D2 − D1 становится малым при сближении двух диаметров. Оставьте T, D1 и εr на базовых значениях, но уменьшите D2 с 1.00 до 0.65 mm. Оценка C станет 4.47647 pF, то есть в восемь раз больше базовой, поскольку разность диаметров уменьшается с 0.40 до 0.05 mm.
Это резкое изменение объясняет важность допусков размеров. Оно не доказывает точность приближения при стремлении зазора к нулю. При D2 = D1 выражение не определено, а D2 < D1 недопустимо для этой геометрии. Отрицательная емкость при таком сочетании входных данных означает ошибку ввода/модели, а не пригодный результат.
Меняет ли частота емкость?
Не в этой геометрической модели с постоянной диэлектрической проницаемостью. Частота меняет модуль идеального емкостного сопротивления:
|Xc| [Ω] = 10⁶ / {2π × f [MHz] × C [pF]}
Базовая геометрия дает около 2844.29 Ω при 100 MHz и 284.429 Ω при 1 GHz. На постоянном токе идеальный конденсатор — разрыв цепи. Инструмент показывает это состояние вместо конечного числа; утечку через диэлектрик он не рассчитывает.
Меньший модуль емкостного сопротивления не равнозначен меньшему последовательному активному сопротивлению. Его влияние зависит от того, как емкость включена в переход. График не предсказывает вносимые потери, резонанс или рабочую полосу. Реальные диэлектрическая проницаемость и потери материала также могут зависеть от частоты.
Как использовать результат при проверке проекта?
Зафиксируйте точные определения площадки/антипада, полную толщину, допущение о материале и сравниваемый переход. Используйте инструмент, чтобы определить размер, требующий анализа допусков. Затем рассмотрите полную структуру, включая площадки и зазоры каждого слоя, длину стенки, неиспользуемый шлейф и опорные плоскости.
Прочитайте сопутствующее руководство по индуктивности переходных отверстий, чтобы понять отдельную оценку стенки. Не превращайте два независимых результата в заявленный резонанс через идеальное уравнение LC: они не описывают все распределенные эффекты реального межслойного перехода.
Частые вопросы
Антипад — это диаметр отверстия?
Нет. Антипад — зазор в меди опорной плоскости. Отверстие — просверленное или готовое отверстие в плате. D2 в этом калькуляторе — диаметр антипада.
Нужно ли вводить в T расстояние до ближайшей плоскости?
Нет. Это приближение TI для сквозного отверстия использует полную толщину PCB. Модель на основе отдельных расстояний до плоскостей представляет другой расчет.
Всегда ли больший антипад улучшает проект?
Он уменьшает эту оценку емкости при неизменных остальных параметрах. Он также может изменить непрерывность обратного пути и окружающую медь. Проверяйте весь переход и производственные ограничения.
Можно ли рассчитать емкость глухого микроотверстия?
Инструмент реализует указанное приближение для сквозного отверстия. Для этой задачи используйте модель, соответствующую геометрии глухого отверстия и его реальным опорным плоскостям.
Сравните размеры площадки и антипада перед запросом проверки стека и технологичности.