如何构建一个Via电流模拟

2019年11月13日

节奏PCB解决方案

绿色PCB上的填充和未填充通孔

你目前的模拟工具可以帮助确保这些通孔不会太热

通过在电力输送网络，传输线上，或连接旁路电容到接地平面将影响电流的行为。虽然我们愿意认为通孔是纯电阻性的，但事实并非如此。相反，它们在电路中提供一些电感或电容阻抗。以下是关于分析通孔行为和运行通孔电流模拟需要了解的内容。

通过电流模拟直流vs交流

就像PCB中的其他导体一样，通径有一些有限的电阻，当它携带直流电流时，会耗散少量的功率。在某些设备中，PCB中置于电源和地平面之间的通孔将导致一些直流电源由于其固有电阻而作为热量损失。

当电流流经组件时，确定电源输送网络的功耗(包括电源平面、迹线和通孔)对组件中允许的交流噪声裕度有影响。IR降沿电力输送网络的总裕度降低，如下图所示。

由于红外下降的噪声裕度

通电流如何影响PCB中的交流噪声裕度。

您的噪声裕度将取决于您的数字组件中使用的逻辑系列，或取决于出现在交流组件中的晶体管的阈值电压。对于数字元件，噪声裕度通常被认为是在ON或OFF状态下的最小裕度(例如，对于大多数运行在0- 5v的TTL系列，这将是~0.5 V)。对于模拟元件，您应该检查组件的数据表，并将噪声裕度设置为所有将出现在电路板上的组件中的最低值。

通道口的几何形状使它在携带交流信号时像LC一样工作，这意味着理想通道口是纯无功的，平均功耗为零。实际上，当通道口携带开关数字信号或交流信号时，通道口固有的直流电阻确实会散发一些热量。由于理想的通道口是纯反应的，理论上我们可以让无限的交流电流通过通道口而不用担心温度上升。在现实中，通径的直流电阻仍然将电流限制在某个值。

在直流情况下，通径的大小应使通径电流受到限制，以在给定的温升下产生一些可接受的电压降。在交流情况下，您使用相同的计算，但您需要考虑通径所携带的有效值电流。对于数字信号，可以使用ON状态的电流来调整通孔的大小。在这三种情况下，你的目标应该是检查任何通孔中的电流不超过对应于给定温升的最大允许电流。

你应该在Via电流模拟中分析什么

对于并联连接任意数量组件的电源轨道上的单个通道口，无需模拟工具就可以轻松确定通过通道口的电流和电压降。电流就等于所有分量得出的总电流。通道口耗散的功率就是电流的平方，乘以通道口的直流电阻。一个简单的方法来检查通道口的直流电流和它所耗散的功率是使用输电网络分析仪．这将向您显示通道里的直流电流和电压降，以及在操作过程中通道里的近似温度。

对于交流或开关数字信号，重要的是要了解通道口的电感和电容，互连上的任何组件，以及这些组件的排列如何影响电流。然后，你可以在电路中加入其他组件，以了解电流如何通过通孔，以及电流如何受到电路中所有组件的影响。实际上，你的通电流模拟正在检查RL(在低频)或RLC电路的行为。

对于复杂的组件，最好是导入组件模型到你的模拟。通孔本身通常具有非常低的直流电阻(以充满和未充满通孔的毫欧姆为例)，其电感将在nH量级上。当构建通径电流模拟时，通径出现为与电容和电阻并行的电感。环形通孔的电感和电容为:

通径电感和电容进行通径电流模拟

通过电容和电感。这些值应该在通流模拟中使用。

其中，D2为反垫块直径，D1为通径垫块直径，T为通径长度;所有尺寸都以英寸为单位。在电感方程中，h为通径长度，d为钻孔直径。你现在可以在电路模拟中放置一个通径作为并行LC电路。

要设置通电流模拟，您需要确保在模拟中识别电源和/或信号。然后，确定并添加直流路径通过电压和Thevenin源，以确保仿真参数的安全。但是要小心理想的源，因为它会扭曲阻抗和电阻。

在via电流模拟中，你需要分析两点:

你应该看看传递函数与一个AC扫观察不同频率在共振附近是如何衰减或放大的。使用数字信号，你应该执行瞬态分析确定通孔的存在是如何影响振铃的。
在任何有通孔的电路中，都应该计算通孔存在时电路的阻抗和通孔本身的阻抗。这对传输线阻抗匹配．此外，如果通径将驱动器连接到内层的传输线，通径的阻抗将影响组件阻抗匹配。同样的点也适用于负载。