Via staket
Ett via-staket , även kallat staket , är en struktur som används i plana elektroniska kretsteknologier för att förbättra isoleringen mellan komponenter som annars skulle kopplas ihop av elektromagnetiska fält . Den består av en rad av genomgångshål som, om de är placerade tillräckligt nära varandra, bildar en barriär mot elektromagnetisk vågutbredning av plattmoder i substratet. Om dessutom strålning i luften ovanför skivan också ska dämpas, så gör en remsa med via staket att en skärmburk kan fästas elektriskt på ovansidan, men elektriskt bete sig som om den fortsatte genom kretskortet.
Modern elektronik har komponenter och underenheter med höga densiteter för att uppnå liten storlek. Vanligtvis är många funktioner integrerade på samma kort eller matris . Om dessa inte är ordentligt avskärmade från varandra kan många problem uppstå, inklusive dålig frekvensrespons, brusprestanda och distorsion.
Via stängsel används för att skärma mikrostrip och stripline transmissionsledningar , skydda kanterna på tryckta kretskort, skärma funktionella kretsenheter från varandra och för att bilda väggarna av vågledare integrerade i ett plant format. Via-stängsel är billiga och enkla att implementera, men tar upp brädutrymme och är inte lika effektiva som solida metallväggar.
Syfte
Plana teknologier används vid mikrovågsfrekvenser och använder sig av tryckta kretsspår som transmissionsledningar. Förutom sammankopplingar kan dessa linjer användas för att bilda komponenter i funktionella enheter som filter och kopplare . Plana linjer kopplas lätt till varandra när de är i närheten, en effekt som kallas parasitisk koppling. Kopplingen beror på att kantfält sprids från linjens kanter och korsar intilliggande linjer eller komponenter. Detta är en önskvärd egenskap inom enheten där den används som en del av designen. Det är emellertid inte önskvärt att fälten kopplas till angränsande enheter. Moderna elektroniska enheter måste vanligtvis vara små. Det, och strävan att hålla nere kostnaderna, leder till en hög grad av integration och kretsenheter i mindre än önskvärd närhet. Via stängsel är en metod som kan användas för att minska parasitisk koppling mellan sådana enheter.
Bland de många problem som kan orsakas av parasitisk koppling är att minska bandbredden , försämra passbandets planhet, minska förstärkarens uteffekt, öka reflektionerna , försämra brustalet , orsaka förstärkarens instabilitet och tillhandahålla oönskade återkopplingsvägar.
I stripline tjänar via staket som löper parallellt med linjen på vardera sidan till att binda samman jordplanen, så att man förhindrar utbredningen av parallella plattor. Ett liknande arrangemang används för att undertrycka oönskade lägen i metallstödd koplanär vågledare .
Strukturera
Ett via-stängsel består av en rad med via-hål , det vill säga hål som passerar genom substratet och är metalliserade på insidan för att ansluta till dynor på toppen och botten av substratet. I ett stripline -format är både toppen och botten av det dielektriska arket täckta med ett jordplan av metall så att eventuella viahål automatiskt jordas i båda ändar. I andra plana format, såsom mikrostrip, finns ett jordplan endast i botten av substratet. I dessa format är det vanligt att ansluta de övre kuddarna på via-stängslet med ett metallspår (se figur 2). Detta stängslar fortfarande inte helt av planen som kan göras i stripline. I stripline kan fältet bara fortplanta sig mellan jordplanen, men i microstrip kan det läcka över toppen av via-stängslet. 6-10 dB genom att ansluta de övre dynorna . I vissa tekniker är det bekvämare att bilda staketet från att leda stolpar snarare än vias.
Isoleringen kan förbättras ytterligare genom att placera en metallvägg ovanpå viastängslet. Dessa väggar utgör vanligtvis en del av enhetens hölje. De stora hålen i viastaketen som visas i figurerna 1 och 5 är skruvhål för att klämma fast dessa väggar. Vägggjutningen som hör till denna krets visas i figur 3.
Utformningen av staketet måste ta hänsyn till storleken och avståndet mellan viorna. Helst bör viaor fungera som kortslutningar, men de är inte idealiska och en via ekvivalent krets kan modelleras som en shuntinduktans. Ibland krävs en mer komplex modell, såsom den ekvivalenta kretsen som visas i figur 4. L 1 beror på induktansen hos dynorna och C är kapacitansen mellan dem. R och L 2 är resistansen respektive induktansen för genomgångshålets metallisering. Resonanser måste beaktas, i synnerhet den parallella resonansen av C och L 2 kommer att tillåta elektromagnetiska vågor att passera vid resonansfrekvensen. Denna resonans måste placeras utanför driftsfrekvenserna för den berörda utrustningen. Avståndet mellan stängslen måste vara litet i jämförelse med en våglängd (λ) i substratdielektrikumet för att få stängslet att verka solid för infallande vågor. Om de är för stora kommer vågor att kunna passera genom luckorna. En vanlig tumregel är att göra avståndet mindre än λ/20 vid maximal driftfrekvens.
Ansökningar
Via-stängsel används främst vid RF- och mikrovågsfrekvenser varhelst plana format används. De används i tryckta kretsteknologier som mikrostrip, keramiska tekniker som keramik med låg temperatur , integrerade monolitiska mikrovågskretsar och system-i-ett-paket- teknik. De är särskilt viktiga för att isolera kretsenheter som arbetar vid olika frekvenser.
Kallas även via stitching , via staket kan användas runt kanten på ett kretskort, ett exempel kan ses i figur 5. Detta kan göras för att förhindra elektromagnetisk störning av annan utrustning, eller till och med för att blockera strålning som kommer in från någon annanstans. på samma krets.
Via staket används också i post-wall waveguide , även känd som laminerad vågledare (LWG). I LWG bildar två parallella via-stängsel sidoväggarna på en vågledare. Mellan dem, och substratets övre och nedre jordplan, finns ett elektromagnetiskt isolerat utrymme. Det finns ingen elektrisk ledare i detta utrymme, men elektromagnetiska vågor kan existera inom det inneslutna dielektriska materialet i substratet och deras utbredningsriktning styrs av LWG. Denna teknik används vanligtvis vid millimeterbandsfrekvenser och följaktligen är dimensionerna ganska små. Vidare kräver god isolering att viorna är tätt åtskilda. Normalt krävs 60 dB isolering mellan styrningarna, det vill säga 30 dB per stängsel. En typisk W-band ( 75-110 GHz ) stängselspecifikation som uppfyller detta krav i LWG är 0,003 tum (76 μm) vias åtskilda 0,006 tum (150 μm) mellan mittpunkterna. Detta kan vara utmanande att tillverka, och en högre täthet av vior uppnås ibland genom att konstruera staketet från två förskjutna rader av vior.
Fördelar och nackdelar
Via staket är billiga och bekväma. När de används på plana format kräver de inga ytterligare processer för att tillverka. På en tryckt krets till exempel görs de i samma process som skapar spårmönstren. Men via staket kan inte närma sig den isolering som kan uppnås med obrutna metallväggar.
Via staket förbrukar mycket värdefulla substratfastigheter och kommer därför att öka den totala storleken på monteringen. Via stängsel för nära linjen som bevakas kan försämra den isolering som annars är möjlig. I stripline är en tumregel att placera stängslen minst fyra gånger avståndet från spåret till markplanet bort från linjen som bevakas.
Bibliografi
- Archambeault, Bruce, PCB Design for Real-World EMI Control , Springer, 2002 ISBN 1402071302 .
- Bahl, Inder, Lumped Elements for RF and Microwave Circuits , Artech House, 2003 ISBN 1580536611 .
- Harper, Charles A., High Performance Printed Circuit Boards , McGraw Hill Professional, 2000 ISBN 0070267138 .
- Joffe, Elya B.; Lock, Kai-Song, Grounds for Grounding: A Circuit to System Handbook , John Wiley & Sons, 2010 ISBN 9780471660088 .
- Pao, Hseuh-Yuan; Aguirre, Jerry, "Phased array", i Duixian Liu; Pfeiffer, Ulrich; Grzyb, Janusz; Gaucher, Brian; Avancerad millimetervågsteknik: Antenner, förpackningar och kretsar , John Wiley & Sons, 2009 ISBN 047074295X .
- Ponchak, GE; Tentzeris, EM; Papapolymerou, J., "Coupling between microstrip lines embedded in polyimid layers for 3D-MMICs on Si" , IEE Proceedings - Microwaves, Antennas and Propagation , volym 150, nummer 5, sidorna 344-350, oktober 2003.