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PCB Via Calculator

Calculez le PCB en fonction de l'impédance, de la capacité, de l'inductance, de la capacité actuelle, du rapport hauteur/largeur et des avertissements DFM. Couvre les vias traversants et les vias aveugles/enterrés.

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Formule

C_{via} \approx \frac{0.0554\,\varepsilon_r\,T\,d}{D-d}\ \text{pF},\quad L_{via} \approx 0.2h\left(\ln\frac{4h}{d}+0.5\right)\ \text{nH}

Référence: IPC-2141A; Howard Johnson "High-Speed Signal Propagation"

T— Board thickness (mm)
d— Via drill diameter (mm)
D— Pad diameter (mm)
εᵣ— Dielectric constant
h— Via height (= board thickness) (mm)

Comment ça marche

Le calcul de l'impédance via est crucial dans la conception de circuits imprimés haute fréquence, car il représente les caractéristiques électriques des structures d'accès vertical aux interconnexions (VIA). L'impédance d'un via dépend de plusieurs paramètres géométriques critiques, notamment le diamètre, la taille de la pastille et la constante diélectrique du substrat. La physique sous-jacente implique la propagation des ondes électromagnétiques à travers un conducteur cylindrique, où la transmission du signal est influencée par les dimensions physiques du via et les propriétés des matériaux environnants. Les variations d'impédance sont dues à des discontinuités dans le trajet du signal, ce qui peut provoquer des réflexions, une distorsion du signal et une dégradation potentielle des performances à haute fréquence dans les circuits électroniques complexes.

Exemple Résolu

Considérons un via dans un substrat FR-4 typique avec les paramètres suivants : diamètre de via extérieur (D) = 0,5 mm, diamètre de via intérieur (d) = 0,2 mm, constante diélectrique (r) = 4,3, épaisseur de via (T) = 1,2 mm. En utilisant les formules fournies, nous calculons d'abord par impédance : 87·ln (1,9·0,5/0,2) /√ 4,3 ≈ 52,3 ohms. La capacité parasite du via est calculée à 1,41·4,3·1,2· (0,2) ²/ ((0,5) ²- (0,2) ²) ≈ 0,76 pF. Simultanément, l'inductance du via est calculée à 5,08·1,2· [ln (4·1,2/0,2) +1] ≈ 6,42 nH.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez toujours les dimensions réelles fabriquées pour des calculs d'impédance précis
  • ✓Pensez à l'utiliser via stitching pour une meilleure intégrité du signal dans les conceptions multicouches
  • ✓Valider les calculs théoriques à l'aide d'outils de simulation électromagnétique

Erreurs Fréquentes

  • ✗Négligence du rapport hauteur/largeur lors du calcul de l'impédance haute fréquence
  • ✗En supposant une impédance via uniforme entre les différents matériaux du substrat
  • ✗Ignorer la capacité et l'inductance parasites dans la conception à haute vitesse

Foire Aux Questions

Les diamètres de via plus grands réduisent généralement l'impédance et augmentent la capacité parasite, tandis que les diamètres plus petits augmentent l'impédance et réduisent le couplage capacitif.
Des calculs d'impédance précis empêchent les réflexions du signal, minimisent les interférences électromagnétiques et garantissent l'intégrité du signal dans les circuits numériques et RF à haut débit.
L'impédance de via peut être minimisée en optimisant les paramètres géométriques, en utilisant des matériaux de substrat appropriés et en mettant en œuvre des techniques de conception de via avancées.
Les différents matériaux de substrat ont des constantes diélectriques variables, qui ont un impact direct sur l'impédance, la capacité et les caractéristiques globales de transmission du signal.
Ces formules fournissent de bonnes approximations pour la plupart des fréquences pratiques, mais les applications à très haute fréquence peuvent nécessiter une modélisation électromagnétique plus avancée.

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