在高速PCB設(shè)計(jì)中，往往需要采用多層PCB，而過(guò)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(lái)了解下高速PCB中的過(guò)孔設(shè)計(jì)。

高速PCB中過(guò)孔的影響

高速PCB多層板中，信號(hào)從某層互連線傳輸?shù)搅硪粚踊ミB線就需要通過(guò)過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，在頻率低于1GHz時(shí)，過(guò)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(guò)孔的寄生效應(yīng)對(duì)信號(hào)完整性的影響就不能忽略，此時(shí)過(guò)孔在傳輸路徑上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的反射、延時(shí)、衰減等信號(hào)完整性問(wèn)題。

當(dāng)信號(hào)通過(guò)過(guò)孔傳輸至另外一層時(shí)，信號(hào)線的參考層同時(shí)也作為過(guò)孔信號(hào)的返回路徑，并且返回電流會(huì)通過(guò)電容耦合在參考層間流動(dòng)，并引起地彈等問(wèn)題。

過(guò)孔的類型

過(guò)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(guò)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(huì)延伸到線路板的表面。

通孔：這種孔穿過(guò)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(guò)孔的寄生電容

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

C =1.41εTD1/（D2-D1）

過(guò)孔的寄生電容會(huì)給電路造成的主要影響是延長(zhǎng)了信號(hào)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(guò)孔的寄生電感

過(guò)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(guò)孔的寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容的影響。過(guò)孔的寄生串聯(lián)電感會(huì)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(guò)孔的電感，h是過(guò)孔的長(zhǎng)度，d是中心鉆孔的直徑，過(guò)孔的寄生電感近似于：

L=5.08h［ln（4h/d） 1］

從式中可以看出，過(guò)孔的直徑對(duì)電感的影響較小，而對(duì)電感影響最大的是過(guò)孔的長(zhǎng)度。

高速PCB中的過(guò)孔設(shè)計(jì)

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

（1）選擇合理的過(guò)孔尺寸。對(duì)于多層一般密度的PCB 設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，選用0.25mm/0.51mm/0.91mm（鉆孔/ 焊盤(pán)/ POWER 隔離區(qū)）的過(guò)孔較好；對(duì)于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過(guò)孔，也可以嘗試非穿導(dǎo)孔；對(duì)于電源或地線的過(guò)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(guò)孔密度，一般為D1=D2+0.41；

（3）PCB 上的信號(hào)走線盡量不換層，也就是說(shuō)盡量減少過(guò)孔；

（4）使用較薄的PCB有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數(shù)；

（5）電源和地的管腳要就近過(guò)孔，過(guò)孔和管腳之間的引線越短越好，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(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(hào)換層的過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔，以便為信號(hào)提供短距離回路。

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

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