Сквозной забор , также называемый частоколом , представляет собой структуру, используемую в технологиях планарных электронных схем для улучшения изоляции между компонентами, которые в противном случае были бы связаны электромагнитными полями . Он состоит из ряда отверстий , которые, если расположены достаточно близко друг к другу, образуют барьер для распространения электромагнитных волн пластинчатых мод в подложке. Кроме того, если излучение в воздухе над платой также должно быть подавлено, то полосовая площадка с сквозным забором позволяет экранированию быть электрически прикрепленным к верхней стороне, но электрически вести себя так, как если бы оно продолжалось через печатную плату.
Современная электроника имеет компоненты и подблоки с высокой плотностью для достижения малых размеров. Обычно многие функции интегрированы на одной плате или кристалле . Если они не экранированы друг от друга должным образом, может возникнуть множество проблем, включая плохую частотную характеристику, шумовые характеристики и искажения.
Via ограждения используются для экранирования микрополосковых и полосковых линий передачи , защиты краев печатных плат, экранирования функциональных блоков схемы друг от друга и формирования стенок волноводов , интегрированных в планарный формат. Via ограждения дешевы и просты в реализации, но занимают место на плате и не так эффективны, как сплошные металлические стены.
Планарные технологии используются на микроволновых частотах и используют печатные дорожки в качестве линий передачи. Помимо соединений, эти линии могут использоваться для формирования компонентов функциональных блоков, таких как фильтры и ответвители . Планарные линии легко соединяются друг с другом, когда находятся в непосредственной близости, эффект называется паразитной связью. Связь возникает из-за краевых полей, распространяющихся от краев линии и пересекающих соседние линии или компоненты. Это желательная функция внутри блока, где она используется как часть конструкции. Однако нежелательно, чтобы поля соединялись с соседними блоками. Современные электронные устройства обычно должны быть небольшими. Это, а также стремление снизить затраты, приводит к высокой степени интеграции и блокам схем в менее желательной близости. Сквозные ограждения являются одним из методов, который можно использовать для уменьшения паразитной связи между такими блоками. [1]
Среди множества проблем, которые могут быть вызваны паразитной связью, можно назвать уменьшение полосы пропускания , ухудшение равномерности полосы пропускания , уменьшение выходной мощности усилителя, увеличение отражений , ухудшение коэффициента шума , возникновение нестабильности усилителя и обеспечение нежелательных путей обратной связи. [2]
В полосковой линии связи сквозные ограждения, идущие параллельно линии с обеих сторон, служат для связывания заземляющих плоскостей, тем самым предотвращая распространение мод параллельных пластин. [3] Аналогичное расположение используется для подавления нежелательных мод в копланарном волноводе с металлической подложкой .
Ограждение переходов состоит из ряда отверстий переходов , то есть отверстий, которые проходят через подложку и металлизированы изнутри для соединения с контактными площадками сверху и снизу подложки. В формате полосковой линии как верх, так и низ диэлектрического листа покрыты металлической заземляющей плоскостью, поэтому любые отверстия переходов автоматически заземляются с обоих концов. В других планарных форматах, таких как микрополосковая линия, заземляющая плоскость находится только в нижней части подложки. В этих форматах обычной практикой является соединение верхних контактных площадок ограждения переходов металлической дорожкой (см. рисунок 2). Это все еще не полностью ограждает поле, как это можно сделать в полосковой линии. В полосковой линии поле может распространяться только между заземляющими плоскостями, но в микрополосковой линии оно может просачиваться через верхнюю часть ограждения переходов. Тем не менее, соединение верхних контактных площадок улучшает изоляцию на 6-10 дБ . [2] В некоторых технологиях удобнее формировать ограждение из проводящих столбов, а не из переходов. [4]
Изоляцию можно дополнительно улучшить, поместив металлическую стену поверх ограждения переходов. Эти стены обычно образуют часть корпуса устройства. Большие отверстия в ограждениях переходов, показанные на рисунках 1 и 5, являются отверстиями для винтов для фиксации этих стен на месте. Отливка стены, принадлежащая этой схеме, показана на рисунке 3. [5]
При проектировании ограждения необходимо учитывать размер и расстояние между переходными отверстиями. В идеале переходные отверстия должны действовать как короткие замыкания, но они не идеальны, и эквивалентную схему переходного отверстия можно смоделировать как шунтирующую индуктивность. Иногда требуется более сложная модель, например, эквивалентная схема, показанная на рисунке 4. L 1 обусловлено индуктивностью контактных площадок, а C — емкостью между ними. R и L 2 — соответственно сопротивление и индуктивность металлизации переходного отверстия. Необходимо учитывать резонансы, в частности, параллельный резонанс C и L 2 позволит электромагнитным волнам проходить на резонансной частоте. Этот резонанс необходимо разместить за пределами рабочих частот соответствующего оборудования. Расстояние между ограждениями должно быть небольшим по сравнению с длиной волны (λ) в диэлектрике подложки, чтобы ограждение казалось сплошным для падающих волн. Если оно слишком велико, волны смогут проходить через зазоры. Общее практическое правило — сделать расстояние меньше λ/20 на максимальной рабочей частоте. [6]
Via fences используются в основном на частотах RF и СВЧ везде, где применяются планарные форматы. Они используются в печатных технологиях, таких как микрополосковые, керамических технологиях, таких как низкотемпературная совместно обжигаемая керамика , монолитных микроволновых интегральных схемах и технологии «система в корпусе» . [7] Они особенно важны для изоляции блоков схем, работающих на разных частотах.
Также называемые сшиванием через отверстия , ограждения через отверстия могут использоваться по краю печатной платы, пример можно увидеть на рисунке 5. Это может быть сделано для предотвращения электромагнитных помех с другим оборудованием или даже для блокировки повторного проникновения излучения из другого места в той же схеме. [8]
Via fences также используются в post-wall waveguide , также известном как ламинированный волновод (LWG). [9] В LWG два параллельных via fences образуют боковые стенки волновода. Между ними и верхней и нижней заземляющими плоскостями подложки находится электромагнитно изолированное пространство. В этом пространстве нет электрического проводника, но электромагнитные волны могут существовать внутри закрытого диэлектрического материала подложки, и их направление распространения направляется LWG. Эта технология обычно используется на частотах миллиметрового диапазона , и, следовательно, размеры довольно малы. Кроме того, хорошая изоляция требует, чтобы отверстия были расположены близко друг к другу. Обычно между направляющими требуется изоляция 60 дБ , то есть 30 дБ на ограждение. Типичная спецификация ограждения диапазона W ( 75-110 ГГц ), отвечающая этому требованию в LWG, представляет собой 0,003-дюймовые (76 мкм) отверстия, расположенные на расстоянии 0,006 дюйма (150 мкм) между центрами. Это может быть сложным в изготовлении, и более высокая плотность отверстий иногда достигается путем создания ограждения из двух расположенных в шахматном порядке рядов отверстий. [10]
Via ограждения дешевы и удобны. При использовании на плоских форматах они не требуют дополнительных процессов для производства. Например, на печатной плате они изготавливаются в том же процессе, который создает шаблоны дорожек. Однако, via ограждения не могут приблизиться к изоляции, достижимой с сплошными металлическими стенками. [11]
Ограждения Via занимают много ценного пространства подложки и, таким образом, увеличивают общий размер сборки. Ограждения Via, расположенные слишком близко к охраняемой линии, могут ухудшить изоляцию, достижимую в противном случае. В полосковой линии правило заключается в том, чтобы размещать ограждения по крайней мере в четыре раза дальше расстояния трассы до заземляющей плоскости от охраняемой линии. [12]