Beim PCB-Design (Printed Circuit Board, Leiterplatte) ist die parasitäre Induktivität ein wichtiger Gesichtspunkt. Wenn Strom durch ein PCB-Durchkontaktierungsloch fließt, wird aufgrund der Geometrie und Anordnung des Durchkontaktierungslochs eine gewisse parasitäre Induktivität erzeugt. Diese parasitäre Induktivität kann sich auf die Leistung der Schaltung auswirken und muss berechnet und berücksichtigt werden.

Induktivität ist die Fähigkeit eines Leiters oder einer Spule, auf Änderungen des elektrischen Stroms zu reagieren. Wenn Strom durch einen Leiter oder eine Spule fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das wiederum eine induzierte elektromotorische Kraft im Inneren des Leiters oder der Spule verursacht und dadurch die Stromänderung behindert. Dieses Phänomen wird Selbstinduktivität genannt und ist eines der grundlegenden Merkmale von Induktoren.

  1. Einheit: Die Einheit der Induktivität ist Henry.
  2. Anwendung: Induktivitäten werden häufig in elektronischen Schaltkreisen, Kommunikationssystemen, Energieübertragung und anderen Bereichen eingesetzt. Wird beispielsweise zur Filterung, Impedanzanpassung, Energiespeicherung usw. verwendet.

Über die Methode zur Berechnung der parasitären Induktivität

Zur Berechnung der parasitären Induktivität eines Vias können verschiedene Methoden verwendet werden. Eine gängige Methode besteht darin, die Induktivitätsformel zu verwenden, um sie abzuschätzen. Für zylindrische Vias können Sie die folgende Formel verwenden, um deren parasitäre Induktivität zu berechnen:

Formel: [L = \frac {{/mu /cdot N^2 /cdot A}} {{l}} ]

  • 1.(L) ist die parasitäre Induktivität (Einheit: Henry, H);

2.(/mu) ist die magnetische Permeabilität von Luft, normalerweise angenommen als (4\pi \times 10^{-7}) Henry/Meter (oder die magnetische Permeabilität eines bestimmten Mediums);

  • 3.(N) ist die Anzahl der Windungen des Vias;
  • 4.(A) ist die effektive Querschnittsfläche der Durchkontaktierung (Einheit: Quadratmeter, m²);
  • 5.(l) ist die Länge der Durchkontaktierung (Einheit: Meter, m).

Berechnungsschritte

  1. Bestimmen Sie die geometrischen Parameter des Vias: einschließlich Durchmesser, Länge und anderer Parameter des Vias.
  2. Berechnen Sie die effektive Querschnittsfläche der Durchkontaktierung: Bei einer zylindrischen Durchkontaktierung ist die Querschnittsfläche die Fläche des Kreises, also (A = \pi \cdot r^2), wobei (r) der Radius von ist die Via.
  3. Bestimmen Sie die Anzahl der Windungen der Durchkontaktierung: Die Anzahl der Windungen hängt von der Verkabelung um die Durchkontaktierung und den Zwischenschichtverbindungen ab.
  4. Wählen Sie die geeignete magnetische Permeabilität: Berechnen Sie die parasitäre Induktivität basierend auf der magnetischen Permeabilität des tatsächlichen Materials.
  5. Ersetzen Sie die Formel zur Berechnung der parasitären Induktivität: Setzen Sie die oben genannten Parameter zur Berechnung in die obige Formel ein und erhalten Sie den Wert der parasitären Induktivität der Durchkontaktierung.

Vorsichtsmaßnahmen

Bei der Berechnung über parasitäre Induktivität müssen folgende Punkte berücksichtigt werden:

  1. Geometrie: Die Geometrie der Durchkontaktierung beeinflusst die Berechnung der parasitären Induktivität. Im Allgemeinen sind zylindrische Vias die gebräuchlichste Form.
  2. Materialeigenschaften: Verschiedene Materialien haben unterschiedliche magnetische Permeabilitäten, und die parasitäre Induktivität muss basierend auf der magnetischen Permeabilität des tatsächlichen Materials berechnet werden.
  3. Anzahl der Windungen und Länge: Die Anzahl der Windungen und die Länge der Durchkontaktierung wirken sich auf den Wert der parasitären Induktivität aus und diese Parameter müssen genau gemessen werden.
  4. Einflussfaktoren: Parasitäre Induktivität beeinflusst die Bandbreite und Geschwindigkeit der Signalübertragung, daher muss beim Entwurf von Hochfrequenzschaltungen besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Durch die Berechnung der parasitären Induktivität von Durchkontaktierungen können Sie die potenziellen Auswirkungen in der Schaltung besser verstehen und geeignete Maßnahmen ergreifen, um unnötige Effekte während der Entwurfsphase zu reduzieren. Beim PCB-Design kann eine angemessene Berücksichtigung der parasitären Induktivität und anderer Parameter die Leistung und Stabilität der Schaltung verbessern und den normalen Betrieb der Schaltung sicherstellen.

Beim Entwurf von Leiterplatten können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden, um den Einfluss parasitärer Via-Induktivitäten zu verringern:

  1. Angemessene Anordnung der Durchkontaktierungen: Vermeiden Sie zu dichte Durchkontaktierungen und minimieren Sie die Wechselwirkung zwischen den Durchkontaktierungen.
  2. Reduzieren Sie die Länge der Durchkontaktierung: Versuchen Sie, die Länge der Durchkontaktierung zu verkürzen, um den Wert der parasitären Induktivität zu verringern.
  3. Erhöhen Sie den Durchmesser des Durchgangslochs: Durch Erhöhen des Durchmessers des Durchgangslochs kann die parasitäre Induktivität verringert und die Leistung der Signalübertragung verbessert werden.