高速电路中过孔的仿真分析

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1、第1期(总第158期)机械工程与自动化No．12010年2月MECHANICALENGINEERING＆AUT0MAT10NFeb．文章编号：1672—6413(2010)01—0057—03高速电路中过孔的仿真分析李文斌，颜学龙(桂林电子科技大学电子工程学院，广西桂林541004)摘要：高速电路设计已经成为现今电路设计的主流，而过孔设计在高速电路中已显得日益重要。讨论过孔的一些概念和其产生的寄生效应，并通过仿真比较来提出过孔设计的几个原则。关键词：寄生效应；过孔；高速电路中图分类号：TN71O文献标识码：A0引言高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小

2、越在现今的高速电路系统设计中，随着系统频率和好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔布线密度的不断提高，进而产生一系列的电路设计问越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电题，如信号完整性、电源完整性等。在信号完整性问路。但孑L尺寸减小的同时带来了成本的增加，而且过题中，反射现象是一个很普遍的问题，造成反射的一孔的尺寸也不可能无限制地减小，它受到钻孑L和电镀个重要因素就是接插件或信号线的过孔。本文将对高等工艺技术的限制，孔越小，钻孔需花费的时间越长，速电路设计中的过孔效应进行一定的研究，并通过仿也越容易偏离中心位置；当孔的深度超过钻孑L直径的真分析

3、来提出一些设计过孔应注意的事项。6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，现在正常1过孔的概念的一块6层PCB板的厚度(通孔深度)为50mil左右，过孔(via)是PCB的重要组成部分之一，钻孔的所以PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到费用通常占PCB制板费用的3O到4O，因此，过孔8mil。的设计对PCB整个设计来说显得十分重要。简言之，2过孔的寄生效应PCB上的每一个孔都可以称为过孔。从作用上看，过过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造孔可以分成两类：①用作各层间的电气连接；②用作成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低12器件的固定或定位。如果从

4、工艺过程来说，这些过孔左右，如5OQ的传输线在经过过孑L时阻抗会减小6Q一般又分为3类，即盲孔(blindvia)、埋孔(buriedvia)(具体和过孔的尺寸、板厚也有关，不是绝对减小)。但和通孔(throughvia)。盲孔位于印刷线路板的顶层或过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微底层表面，具有一定的深度，用于表层线路和下面的内的，其反射系数仅为一0．06，过孔产生的问题更多地层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔集中于寄生电容和电感的影响。图1是过孔的等效电径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会路。延伸到线路板的表面。上述两类

5、孑L都位于线路板的内影响电路的因素主要包含过孑L焊盘(Viapad)和层，层压前利用通孑L成形工艺完成，在过孑L形成过程金属柱(Viabarre1)。中可能还会重叠做好几个内层。穿过整个线路板的孔2．1寄生电容称为通孔，可用于实现内部互连或作为元件的安装定设计的电路都存在着大量的过孔，因此过孔产生位孔。由于通孔在工艺上易于实现，成本低，所以绝的寄生电容对电路造成的影响是不可忽视的，其造成大部分电路板均使用它。以下所说的过孑L，均作为通的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的孔考虑¨。速度。过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过从设计的角度来看，一个过

6、孔主要由2部分组成，孑L在铺地层上的隔离孔直径为D，过孔焊盘的直径为即中间的钻孑L(drillhole)和钻孑L周围的焊盘区，这两D，PCB板的厚度为7'，板基材介电常数为E，，则过部分的尺寸大小决定了过孑L的大小。很显然，在高速孑L的寄生电容c近似为：收稿日期：2009—03—23；修回日期：2009—09—21作者简介：李文斌(1983一)，男，湖北汉川人，在读硕士研究生，研究方向：可测性设计和信号完整性等。·58·机械工程与自动化2010年第i期C一—1．41E,D1T的电感为11．273nH。如果信号的上升时间是1ns，那么——⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯／

7、一■。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)其等效阻抗大小为2．5Q，这样的阻抗在高速电路中是不能被忽略的。尤其要注意的是：电源系统的旁路电容在连接各种信号层的时候需要通过两个过孔，因此其产生的寄生电感就会成倍增加。在讨论过孔的寄生电容时，板基材的厚度会影响寄生电容的大小，而在寄生电感中亦是一样。因此，减小电路板的厚度，过孔产生的寄生效应都会相应减小，同时也需要考虑其他因素的影响。3过孔效应的仿真高速电路的设计比起一般电路设计会多一些诸如传输线、过孔的反射、串扰等问题，因此本文通过对电压或电流的仿真来减小信号的误差，以便能够得到更为理想的输出信号。图2左侧为高速电路中典

8、型的时钟电路在HyperIynx软件中的模型屯路l_