Vị trí của Vias để kết nối máy bay mặt đất

Tôi đã tự hỏi rất nhiều về thực hành nối đất trên bố trí PCB. Câu hỏi đầu tiên của tôi về nó liên quan đến vias. Tôi đã nhận thấy rằng trên một PCB 2 lớp đơn giản với các mặt phẳng ở cả hai mặt, thông thường sẽ có một vài hoặc một vài vias được đặt cách nhau để kết nối chúng với trở kháng tối thiểu giữa hai lần đổ đồng.

Tuy nhiên, trên bảng RF, vị trí thông qua có vẻ cân nhắc hơn nhiều và tôi đang tự hỏi về lý thuyết đằng sau điều này. Các vias kết nối các mặt phẳng mặt đất thường giáp đường RF. Xem ví dụ về ống dẫn sóng coplanar vi sai này:

Tôi cũng có một câu hỏi thứ hai về căn cứ vào PCB. Khi nào thì thích hợp để "cách ly" các mặt phẳng với nhau? Và làm thế nào để các mặt phẳng trên mặt đất trên một lớp (giả sử là trên cùng) được cách ly với nhau khi cả hai mặt phẳng đó được kết nối với cùng một mặt phẳng trên mặt đất thông qua vias. Khi chúng ta có các mặt phẳng bị cô lập này, liệu vị trí thông qua có khác với một trong các trường hợp trên không?

Lưu ý: Tôi biết về sự trùng lặp có thể có ở đây nhưng tôi không hài lòng với câu trả lời và nghĩ rằng câu hỏi của tôi yêu cầu chi tiết hơn.

Cảm ơn bạn đã thông tin.

Bố cục mà bạn thể hiện trông giống như cái được gọi là ống dẫn sóng coplanar được hỗ trợ bằng đồng (CBCPW). Điều đó có nghĩa là sự trở lại mặt đất của ống dẫn sóng không chỉ ở vùng đồng phẳng (mặt đất lấp đầy trên cùng lớp với dấu vết tín hiệu) mà còn ở lớp mặt phẳng ngay lập tức "bên dưới" lớp tín hiệu. Cấu trúc này khá bí truyền, theo nghĩa là tôi chỉ thấy nó được sử dụng trong các hệ thống kỹ thuật số khi tốc độ dữ liệu vượt quá 20 Gb / s.

Tôi đã tìm thấy những gì trông giống như một cuộc thảo luận hợp lý về sự khác biệt giữa CBCPW và microstrip trong một bài viết trên Tạp chí Vi sóng của các kỹ sư của Rogers Corp.

Bài viết này cho thấy CBCPW có tổn thất thấp hơn microstrip ở tần số mà sự mất bức xạ trở nên quan trọng trong microstrip, khoảng từ 25 GHz trở lên, điều này giải thích tại sao CBCPW không được sử dụng rộng rãi ở tần số thấp hơn.

Giải quyết câu hỏi của bạn, bài viết chỉ ra một số yêu cầu đặc biệt đối với vias nối đất trong các cấu trúc CBCPW:

Để nối đất thích hợp, các mạch CBCPW sử dụng vias để kết nối các mặt phẳng mặt đất lớp trên cùng và mặt phẳng mặt đất lớp dưới cùng. Vị trí của các vias này có thể rất quan trọng để đạt được các đặc tính trở kháng và mất mát mong muốn, cũng như để triệt tiêu các chế độ sóng ký sinh.

Về cơ bản, điều này có nghĩa là nếu không thường xuyên khâu vias giữa mặt đất đồng phẳng và mặt đất phía sau, năng lượng có thể được chuyển sang các chế độ lan truyền không mong muốn, điều này sẽ gây ra tổn thất chèn quá mức hoặc phân tán mạnh trong các đặc tính của đường truyền.

Phần 1: Một khe dài trong mặt phẳng trên mặt đất có thể hoạt động như một ăng ten, cả về mặt phát xạ và thu dòng đang cố gắng truyền vuông góc với khe. Bạn có thể nghĩ về một khe như một "dây âm". Chi tiết hơn có thể được tìm thấy ở đây .

Các dòng tần số cao đang cố gắng đi từ một phần của mặt phẳng trên mặt đất sang một mặt phẳng khác (chảy vuông góc với dấu vết RF) buộc phải chảy xung quanh các biên của các khoảng trống giữa các phần. Bây giờ hãy xem xét những gì xảy ra nếu chiều dài của khe bằng một nửa bước sóng của dòng điện. Điện áp trên khe được buộc bằng 0 ở hai đầu của khe (nơi các phần được kết nối), nhưng điều này có nghĩa là chênh lệch điện áp trên khe sẽ cao nhất ở trung tâm của khe. Tương tự, dòng điện (trên khe) bị buộc về 0 tại tâm của khe, nhưng tối đa ở hai đầu của khe. Đây là "kép" điện của ăng ten dây nửa sóng thông thường, trong đó dòng điện cực đại ở trung tâm và điện áp cực đại ở hai đầu. Các khe và dây có hiệu quả như nhau như ăng ten,

Nhiều vias kết nối cả hai mặt của khe với mặt phẳng rắn ở phía bên kia "rút ngắn" ăng-ten khe này, loại bỏ vấn đề đó.

Phần 2: Các mặt phẳng độc lập cho các hệ thống con "ồn ào" nhất định (hoặc, đối với vấn đề đó, các hệ thống con cần đặc biệt "yên tĩnh") trên một bảng, được kết nối với mặt phẳng mặt đất ở cấp hệ thống tại một điểm, phục vụ cho giới hạn dòng trở lại cho các tín hiệu bên trong hệ thống con đó đến khu vực của bảng, ngăn chúng ảnh hưởng (hoặc bị ảnh hưởng bởi) các hệ thống con khác trên bảng.

Ví dụ: giả sử bạn có một hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên bộ vi xử lý có ADC độ phân giải cao và một số mạch điều hòa tín hiệu tương tự ngược dòng. Bạn có thể tạo một mặt phẳng cho mạch tương tự và một mặt phẳng khác cho bộ vi xử lý và tinh thể của nó và các thiết bị ngoại vi kỹ thuật số khác (ví dụ: chip nhớ flash lớn) và kết nối từng mặt phẳng này với mặt phẳng mặt đất của hệ thống (hoặc với nhau) tại chỉ một điểm Điều này giữ cho nhiễu tần số cao của tinh thể và các tín hiệu I / O kỹ thuật số chuyển đổi nhanh khác của bộ vi xử lý ra khỏi mặt phẳng mặt đất đối với các mạch tương tự nhạy cảm. Bạn sẽ thấy điều này nếu bạn nhìn vào bố cục của các bảng đánh giá mà các nhà sản xuất sản xuất cho các chip ADC và DAC độ phân giải cao của họ.

Trong CPW hoặc Coplanar Wavequide, năng lượng RF nằm giữa các dây dẫn trên đỉnh của đế. Điều này là phổ biến trong các chất bán dẫn, nơi rất khó tiếp cận một mặt phẳng mặt đất và khoảng cách rất ngắn. Đối với PCB cần phải có một mặt đất dưới cùng và điều này được gọi là ống dẫn sóng coplanar nối đất (CPWG) hoặc ống dẫn sóng coplanar được hỗ trợ bởi dây dẫn (CBCPWG). Khoảng cách thông qua là để tạo ra một bức tường ảo, năng lượng RF không thể rò rỉ qua. Tần số càng cao, bước sóng càng ngắn và các vias càng gần nhau hơn. Đây là một liên kết đến một bài báo cho thấy điều này thông qua thử nghiệm các bảng khác nhau trên các trang 14 - 21.

http://mpd.southwestmiciances.com/showImage.php?image=439&name=Optimizing%20Test%20Boards