PCB過孔解析

一直聽說過孔會產生感生電容感生電感。

一般機械過孔不小於10mil，孔徑和孔長不小於1：3。

1.感生電容

過孔本身存在著寄生的雜散電容，如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區直徑為d2,過孔焊盤的直徑為d1,pcb板的厚度為t,板基材介電

常數為ε，則過孔的寄生電容大小近似於：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訊號的上公升時間，降低了電路的速度。舉例來說，對於一塊厚度為50mil的pcb板，如果使用的過孔焊盤直徑為20mil(鑽孔直徑為10mils)，阻焊區直徑為40mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：

c=1.

41x4

.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pf

這部分電容引起

的上公升時間變化量大致為：

t10-90=2.2c(z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps

2.感生電感

過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數位電路的設計中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大於寄生電容的影響。它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統的濾波效用。我們可以用下面的經驗公式來簡單地計算乙個過孔

近似的寄生電感：

l=5.

08h[ln(4h/d)+1]

其中l指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鑽孔的直徑。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。仍然採用上面的例子，可以計算出過孔的電感為：

l=5.

08x0

.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nh

如果訊號的上公升時間是1ns，那麼其等效阻抗大小為：xl=πl/t10-90=3.19ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被

忽略，特別要注意，旁路電容在連線電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。

在工程應用中應該活學活用。

3.pcb過孔的寄生電容和電感的使用

通過上面對pcb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pcb過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小pcb過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到：

1．從成本和訊號質量兩方面考慮，選擇合理尺寸的pcb過孔大小。必要時可以考慮使用不同尺寸的pcb過孔，比如對於電源或地線的pcb過孔，可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗，而對於訊號走線，則可以使用較小的pcb過孔。當然隨著pcb過孔尺寸減小，相應的成本也會增加。

2．有以上兩個公式得出，薄的pcb板有利於減小pcb過孔的兩種寄生引數。

3．在pcb設計中pcb上的訊號走線盡量在同一層面上，以減少pcb過孔產生的寄生效應。

4．在訊號換層的pcb過孔附近放置一些接地的pcb過孔，以便為訊號提供最近的迴路。甚至可以在pcb板上放置一些多餘的接地pcb過孔。

5．電源和地的管腳要就近打過孔，pcb過孔和管腳之間的引線越短越好。可以考慮併聯打多個pcb過孔，以減少等效電感。

6．對於密度較高的高速pcb板，可以考慮使用微型pcb過孔