PCB新聞 - PCB過孔寄生特性分析及注意事項

在 PCB複製板行業, 鑽井成本 PCB板 通常是成本的30%-40% PCB板, 通孔是 多層PCB. 簡言之, PCB上的每個孔都可以稱為通孔.

過孔在傳輸線上表現為不連續的阻抗中斷點, 這將導致訊號反射. 通常地, 通孔的等效阻抗比傳輸線的等效阻抗低約12%. 例如, the impedance of a 50 ohm transmission line will decrease by 6 ohms when passing through a via (specifically, 它與通孔的尺寸和厚度有關, not an absolute reduction). 然而, 通孔不連續阻抗引起的反射實際上非常小. The reflection coefficient is only: (44-50)/(44+50)=0.06. 通孔引起的問題更多地集中在寄生電容和電感上. 影響.

通孔本身具有寄生寄生寄生電容. 如果已知通孔接地層上的阻焊板直徑為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, 過孔寄生電容的大小類似於：C=1.41ε通孔的寄生電容對電路的主要影響是延長訊號的上升時間並降低電路的速度. 例如, 對於厚度為50Mil的PCB, if the diameter of the via pad is 20Mil (the diameter of the hole is 10Mils), 阻焊膜的直徑為40Mil, then we can approximate the through hole by the above formula The parasitic capacitance is roughly:

The amount of change in rise time caused by this part of the capacitance is roughly:

From these values, 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是很明顯, 如果在記錄道中多次使用過孔以在層之間切換, 將使用多個過孔., 必須仔細考慮設計. 在實際設計中, the parasitic capacitance can be reduced by increasing the distance between the via and the copper area (Anti-pad) or reducing the diameter of the pad.

過孔中存在寄生電容和寄生電感. 在高速數位電路設計中, 過孔的寄生電感造成的危害通常大於寄生電容的影響. 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. We can use the following empirical formula to simply calculate the parasitic inductance of a via:

Where L refers to the inductance of the via, h是通孔的長度, d是中心孔的直徑. 從公式中可以看出，通孔直徑對電感的影響很小, 通孔長度對電感的影響最大. 仍在使用上述示例, the inductance of the via can be calculated as:

If the rise time of the signal is 1ns, 則其等效阻抗為：XL=ÏÌL/T10-90=3.19Ω. 當高頻電流通過時，這種阻抗不再可以忽略. 應特別注意的是，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.

通過以上對過孔寄生特性的分析, 我們可以在高速PCB設計中看到這一點, 看似簡單的通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, 在設計中可以做到以下幾點：

. 同時考慮成本和訊號質量, 通過尺寸選擇合理的尺寸. 如有必要, 您可以考慮使用不同尺寸的過孔. 例如, 用於電源或接地過孔, 您可以考慮使用更大的尺寸來减少阻抗, 和用於訊號跟踪, 您可以使用較小的過孔. 當然, 隨著通孔尺寸的减小, 相應的成本將新增.
. 上面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.
. 儘量不要更改 PCB板, 那就是, 儘量不要使用不必要的過孔.
. 電源和地面的引脚應在附近鑽孔, 通孔和引脚之間的導線應盡可能短. 考慮並行鑽取多個過孔，以减少等效電感.
. 在訊號改變層的過孔附近放置一些接地過孔，為訊號提供最近的返回路徑. 您甚至可以在PCB上放置一些冗餘的接地過孔.
. 用於更高密度的高速 PCB板s, 你可以考慮使用微通孔.