在高速PCB設(shè)計(jì)中，往往需要采用多層PCB，而過孔是多層PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素。今天，板兒妹和大家一起來了解下高速PCB中的過孔設(shè)計(jì)。

高速PCB中過孔的影響

高速PCB多層板中，信號從某層互連線傳輸?shù)搅硪粚踊ミB線就需要通過過孔來實(shí)現(xiàn)連接，在頻率低于1GHz時(shí)，過孔能起到一個(gè)很好的連接作用，其寄生電容、電感可以忽略。

當(dāng)頻率高于1 GHz后，過孔的寄生效應(yīng)對信號完整性的影響就不能忽略，此時(shí)過孔在傳輸路徑上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會產(chǎn)生信號的反射、延時(shí)、衰減等信號完整性問題。

當(dāng)信號通過過孔傳輸至另外一層時(shí)，信號線的參考層同時(shí)也作為過孔信號的返回路徑，并且返回電流會通過電容耦合在參考層間流動，并引起地彈等問題。

過孔的類型

過孔一般又分為三類：通孔、盲孔和埋孔。

盲孔：指位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過一定的比率。

埋孔：指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。

通孔：這種孔穿過整個(gè)線路板，可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現(xiàn)，成本較低，所以一般印制電路板均使用。

過孔的寄生電容

過孔本身存在著對地的寄生電容，若過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB的厚度為T，板基材介電常數(shù)為ε，則過孔的寄生電容大小近似于：

C =1.41εTD1/（D2-D1）

過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時(shí)間，降低了電路的速度，電容值越小則影響越小。

過孔的寄生電感

過孔本身就存在寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。過孔的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的作用，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。若L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑，過孔的寄生電感近似于：

L=5.08h［ln（4h/d） 1］

從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。

高速PCB中的過孔設(shè)計(jì)

在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響，在設(shè)計(jì)中可以盡量做到：

（1）選擇合理的過孔尺寸。對于多層一般密度的PCB 設(shè)計(jì)來說，選用0.25mm/0.51mm/0.91mm（鉆孔/ 焊盤/ POWER 隔離區(qū)）的過孔較好；對于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過孔，也可以嘗試非穿導(dǎo)孔；對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗；

（2）POWER隔離區(qū)越大越好，考慮PCB 上的過孔密度，一般為D1=D2+0.41；

（3）PCB 上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量減少過孔；

（4）使用較薄的PCB有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)；

（5）電源和地的管腳要就近過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因?yàn)樗鼈儠?dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗；

（6）在信號換層的過孔附近放置一些接地過孔，以便為信號提供短距離回路。

此外，過孔長度也是影響過孔電感的主要因素之一。對用于頂、底層導(dǎo)通的過孔，過孔長度等于PCB厚度，由于PCB層數(shù)的不斷增加，PCB厚度常常會達(dá)到5 mm以上。然而，高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)，為減小過孔帶來的問題，過孔長度一般控制在2.0mm以內(nèi)。對于過孔長度大于2.0 mm過孔，通過增加過孔孔徑，可在一定程度上提高過孔阻抗連續(xù)性。當(dāng)過孔長度為1.0 mm及以下時(shí)，最佳過孔孔徑為0.20 mm - 0.30 mm。

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