PCB新聞 - PCB電路板過孔影響訊號傳輸

PCB電路板 vias affect signal transmission

Via is one of the important components of 多層PCB電路板, 鑽孔成本通常占PCB製造成本的30%-4.0%. 簡單地說, PCB上的每個孔都可以稱為通孔.

一, parasitic capacitance of vias

The via itself has a parasitic capacitance to the ground. 如果已知通孔接地層上的隔離孔直徑為D2, 通孔墊的直徑為D1, 厚度 PCB板 是T, 板基板的介電常數為ε, 通孔寄生電容的大小約為：C=1.41εTD1/(D2-D1) The parasitic capacitance of the via will cause the circuit to prolong the rise time of the signal and reduce the speed of the circuit. 例如, 對於厚度為5.0Mil的PCB, 如果使用內徑為10Mil、焊盤直徑為20Mil的通孔, 焊盤和接地銅區域之間的距離為32Mil, 然後，我們可以使用上述公式近似過孔寄生電容大致為：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, 這部分電容引起的上升時間變化為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28便士. 從這些值可以看出，雖然由單個通孔的寄生電容引起的上升延遲的影響不明顯, 如果在記錄道中多次使用過孔以在層之間切換, 設計師仍應仔細考慮.

2、過孔寄生電感

類似地，存在寄生電感和通孔的寄生電容。 在高速數位電路的設計中，過孔的寄生電感往往比寄生電容造成更大的損壞。 其寄生串聯電感將削弱旁路電容器的貢獻，並削弱整個電力系統的濾波效果。 我們可以簡單地用以下公式計算過孔的近似寄生電感：L=5.08h[ln（4h/d）+1]，其中L是過孔的電感，h是過孔的長度，d是孔的中心直徑。 從公式中可以看出，通孔直徑對電感的影響較小，通孔長度對電感的影響最大。 仍然使用上述示例，通孔的電感可以計算為：L=5.08x0.050[ln（4x0.050/0.010）+1]=1.015nH。 如果訊號的上升時間為1ns，則其等效阻抗為：XL=L/T10-90=3.19Î）。 當高頻電流通過時，這種阻抗不再可以忽略。 需要特別注意的是，在連接電源面和接地層時，旁路電容器需要穿過兩個過孔，囙此過孔的寄生電感將呈指數級新增。

3、高速PCB中的過孔設計

通過以上對過孔寄生特性的分析可以看出，在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往會給電路設計帶來很大的負面影響。 為了减少過孔寄生效應引起的不利影響，可以在設計中執行以下操作：

1、從成本和訊號質量兩個方面，選擇合理的過孔尺寸。 例如，對於6-10層記憶體模組PCB設計，最好使用10/20Mil（鑽孔/焊盤）過孔。 對於一些高密度小型電路板，也可以嘗試使用8/18密耳。 洞 在當前技術條件下，很難使用較小的過孔。 對於電源或接地過孔，可以考慮使用更大的尺寸來减少阻抗。

2、以上討論的兩個公式可以得出結論，使用較薄的PCB有助於减少過孔的兩個寄生參數。

3、電源和接地引脚應在附近鑽孔，通孔和引脚之間的引線應盡可能短，因為它們會新增電感。 同時，電源和接地線應盡可能厚，以减少阻抗。

4、儘量不要改變PCB板上訊號跡線的層數，也就是說，儘量不要使用不必要的過孔。

5. 在訊號層變換器的過孔附近放置一些接地過孔，為訊號提供最近的回路. 甚至可以將大量冗餘接地過孔放置在 PCB電路板. 當然, 設計需要靈活. 前面討論的過孔模型是每層上都有焊盤的情况. 有時, 我們可以减少甚至移除某些層的焊盤. 尤其是過孔密度非常高時, 這可能會導致形成一個斷開槽，將銅層中的回路隔開. 為了解决這個問題, 除了移動過孔的位置之外, 我們也可以考慮在銅層上放置通孔. 襯墊尺寸减小.