PCB新聞 - 過孔寄生電容和電感

通孔本身具有寄生雜散電容。 如果已知通孔接地層上的阻焊膜直徑為D2，通孔焊盤直徑為D1，PCB板厚度為T，板基板的介電常數為¦µ，則通孔的寄生電容大致如下：

C=1.41μTD1/（D2-D1）

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，如果通孔焊盤的直徑為20Mil（孔的直徑為10Mils），焊料掩模的直徑為40Mil，那麼我們可以通過上述公式近似通孔寄生電容大致為：

C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.040-0.020）=0.31pF

這部分電容引起的上升時間變化量大致為：

T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2x0.31x（50/2）=17.05ps

從這些值可以看出，雖然單個通孔的寄生電容引起的上升延遲的影響不是很明顯，但如果通孔在跡線中多次使用以在層之間切換，則將使用多個通孔。， 設計必須仔細考慮。 在實際設計中，可以通過新增通孔和銅區域（防焊盤）之間的距離或减小焊盤的直徑來减小寄生電容。

寄生電容和寄生電感都存在於通孔中。 在高速數位電路的設計中，通孔寄生電感造成的危害往往大於寄生電容的影響。 其寄生串聯電感會削弱旁路電容器的貢獻，削弱整個電力系統的濾波效果。 我們可以使用以下經驗公式來簡單計算通孔的寄生電感：

L=5.08h[ln（4h/d）+1]

其中L是指通孔的電感，h是通孔的長度，d是中心孔的直徑。 從公式中可以看出，通孔的直徑對電感的影響很小，而通孔的長度對電感影響最大。 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=πL/T10-90=3.19μ。 當高頻電流通過時，這種阻抗不能再被忽視。應特別注意的是，在連接電源平面和接地平面時，旁路電容器需要穿過兩個通孔，這樣通孔的寄生電感就會呈指數級新增。

如何使用過孔

通過以上對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往會給PCB電路設計帶來很大的負面影響。 為了减少通孔寄生效應造成的不利影響，在設計中可以做以下工作：

1.綜合考慮成本和訊號質量，選擇合理的過孔尺寸。 如有必要，您可以考慮使用不同尺寸的通孔。 例如，對於電源或接地過孔，可以考慮使用較大的尺寸來降低阻抗，對於訊號跡線，可以使用較小的過孔。 當然，隨著通孔尺寸的减小，相應的成本也會新增。

2.上述兩個公式可以得出結論，使用更薄的PCB有利於减少通孔的兩個寄生參數。

3.儘量不要改變PCB板上訊號走線的層數，即儘量不要使用不必要的過孔。

4.電源和地線的引脚應在附近鑽孔，過孔和引脚之間的引線應盡可能短。 考慮並行鑽多個通孔以降低等效電感。

5.在訊號轉換層的通孔附近放置一些接地通孔，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通孔。

6.對於高密度高速PCB板，可以考慮使用微通孔。