ディファレンシャルビア計算ツール

ビアの遷移部は、インピーダンス制御された伝送路の中で最も制御されていない部分です。トレースは数パーセントの精度で作られますが、ビアはドリルとアンチパッドの寸法で決まるままです。この計算ツールは、それが問題になるかどうかを最も左右する数値、つまりペアが帯域全体で生じる挿入損失と、その原因となるスタブ共振を示します。

ペアのインピーダンスは表示しません。ビア自身の寸法では決まらないからです。プレーンを含めて三次元で解き、フルウェーブで照合した三種類のビア形状の電磁界解析によると、差動インピーダンスはビアが貫通するプレーンの間隔によって変わります。アンチパッド 0.9 mm 内の 0.25 mm バレル、ピッチ 0.8 mm では、プレーン間隔 0.1 mm で 85.6 Ω、1.0 mm で 96.0 Ω です。プレーンは穴の縁ごとに容量を加えますがインダクタンスは変えないため、バレル、アンチパッド、ピッチだけの式ではすべての場合に 10 % 以内に収まりません。インピーダンスは、リンク先のフルウェーブツールでお使いの積層構成をシミュレーションしてください。

損失を支配しているのは、ビア自体の抵抗とは関係のないものです。信号が抜ける層より下では、バレルは信号を運びませんがつながったままで、貫通経路にぶら下がった開放スタブになります。線路に並列のアドミタンスは、その長さが四分の一波長に達すると伝送ノッチを生じ、一般的な基板のスタブでは、導体損失と誘電損失が問題になる周波数よりはるかに低い周波数でそれが起こります。1.6 mm のバレルを通る導体損失と誘電損失は 20 GHz でもデシベルのごく一部ですが、スタブは数十デシベルに達することがあります。

そのためにバックドリルがあります。スタブを取り除けばノッチもなくなり、残るのはビア自体のわずかな損失です。

同じプレーンがバレル内の波を遅くするため、この計算ツールが示すスタブ共振 c/(4·L·√εr) は上限です。電磁界解析ではスタブの共振は 8–27 % 低く、ここでの帯域内最悪損失は無負荷の共振で求めています。導体損失も、各バレルがそれぞれ同軸の壁の中にある密なプレーンの極限での上限であり、プレーン内を流れる放射状の電流はモデル化していません。

これは電磁界解析ではなく、スクリーニング用のモデルです。実際のビア遷移にはパッド容量、プレーン間キャビティの共振、接続部の不連続が含まれますが、ここにはどれも入っていません。形状をフルウェーブでシミュレーションする価値があるかの判断に使い、そのうえで実行してください。