一些布线过孔电磁等PCB问题

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1、寄生电容孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用内径为10Mil，焊盘直径为20Mil的过孔，焊盘与地铺铜区的距离为32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050

2、x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化量为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps。从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，设计者还是要慎重考虑的。过孔寄生电感同样，过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系

3、统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH。如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，

4、特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。过孔相关信息高速PCB中的过孔设计通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：1．从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内存模块PCB设计来说，选用10/20Mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用8/18

5、Mil的过孔。受限于技术条件，很难使用更小尺寸的过孔了。对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗。2．上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。3．PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。4．电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗。5．在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接

6、地过孔。当然，在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况过孔长度是影响过孔电感的主要因素之一[1]。对用于顶、底层导通的过孔，过孔长度等于PCB厚度，由于PCB层数的不断增加，PCB厚度常常会达到5mm以上。然而，高速PCB设计时，为减小过孔带来的问题，过孔长度一般控制在2.0mm以内。这里研究了过孔长度在1.0-2.0mm范围变化时，过孔阻抗变化情况（见图1）。由图看出，过孔长度由1.0mm增加至2.0mm时，由于过孔电感的迅速增加，导致过孔阻抗也迅速增加，即过孔长度越大，过

7、孔阻抗不连续性越差。试验还表明，当过孔长度在1.0mm范围内时，通过过孔参数优化，可以将过孔引起的阻抗变化控制在10%内，但过孔长度超过1.5mm时，过孔阻抗不连续性问题变得难以解决。图2为过孔孔径对过孔阻抗的影响。由图看出，当过孔孔径由0.20mm增加至0.50mm时，过孔阻抗由58.4ohm降低至52.5ohm。这主要是由于过孔孔径增加后导致过孔电容增加，而过孔阻抗与电容呈反比。对于过孔长度大于2.0mm过孔，通过增加过孔孔径，可在一定程度上提高过孔阻抗连续性。当过孔长度为1.0mm及以下时，

8、最佳过孔孔径为0.20-0.30mm。图3为过孔焊盘尺寸对过孔阻抗的影响。由图看出，当过孔焊盘直径由0.45mm增加至0.55mm时，过孔阻抗由57.5ohm降低至55.2ohm。这是由于过孔焊盘尺寸增加，同样会导致过孔电容增加。由测试结果可以得出，过孔焊盘尺寸每增加0.05mm，过孔阻抗约下降0.5-0.7ohm。图4显示了反焊盘尺寸对过孔阻抗的影响。由图看出，当反焊盘尺寸由0.40mm增加至1.2mm时，过孔阻抗由57.1ohm增加至61.7ohm。这表明通过优化过孔反焊盘尺寸