高速PCB中的过孔设计你都了解了吗
在高速pcb设计中，往往需要采用多层pcb，而过孔是多层pcb设计中的一个重要因素。今天，板儿妹和大家一起来了解下高速pcb中的过孔设计。
高速pcb中过孔的影响
高速pcb多层板中，信号从某层互连线传输到另一层互连线就需要通过过孔来实现连接，在频率低于1ghz时，过孔能起到一个很好的连接作用，其寄生电容、电感可以忽略。
当频率高于1 ghz后，过孔的寄生效应对信号完整性的影响就不能忽略，此时过孔在传输路径上表现为阻抗不连续的断点，会产生信号的反射、延时、衰减等信号完整性问题。
当信号通过过孔传输至另外一层时，信号线的参考层同时也作为过孔信号的返回路径，并且返回电流会通过电容耦合在参考层间流动，并引起地弹等问题。
过孔的类型
过孔一般又分为三类：通孔、盲孔和埋孔。
盲孔：指位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度与孔径通常不超过一定的比率。
埋孔：指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。
通孔：这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以一般印制电路板均使用。
过孔的寄生电容
过孔本身存在着对地的寄生电容，若过孔在铺地层上的隔离孔直径为d2，过孔焊盘的直径为d1，pcb的厚度为t，板基材介电常数为ε，则过孔的寄生电容大小近似于：
c =1.41εtd1/（d2-d1）
过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度，电容值越小则影响越小。
过孔的寄生电感
过孔本身就存在寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。过孔的寄生串联电感会削弱旁路电容的作用，减弱整个电源系统的滤波效用。若l指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径，过孔的寄生电感近似于：
l=5.08h［ln（4h/d） 1］
从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。
高速pcb中的过孔设计
在高速pcb设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：
（1）选择合理的过孔尺寸。对于多层一般密度的pcb 设计来说，选用0.25mm/0.51mm/0.91mm（钻孔/ 焊盘/ power 隔离区）的过孔较好；对于一些高密度的pcb 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的过孔，也可以尝试非穿导孔；对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗；
（2）power隔离区越大越好，考虑pcb 上的过孔密度，一般为d1=d2+0.41；
（3）pcb 上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量减少过孔；
（4）使用较薄的pcb有利于减小过孔的两种寄生参数；
（5）电源和地的管脚要就近过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗；
（6）在信号换层的过孔附近放置一些接地过孔，以便为信号提供短距离回路。
此外，过孔长度也是影响过孔电感的主要因素之一。对用于顶、底层导通的过孔，过孔长度等于pcb厚度，由于pcb层数的不断增加，pcb厚度常常会达到5 mm以上。然而，高速pcb设计时，为减小过孔带来的问题，过孔长度一般控制在2.0mm以内。对于过孔长度大于2.0 mm过孔，通过增加过孔孔径，可在一定程度上提高过孔阻抗连续性。当过孔长度为1.0 mm及以下时，最佳过孔孔径为0.20 mm - 0.30 mm。
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当信号通过过孔传输至另外一层时，信号线的参考层同时也作为过孔信号的返回路径，并且返回电流会通过电容耦合在参考层间流动，并引起地弹等问题。
过孔的类型
过孔一般又分为三类：通孔、盲孔和埋孔。
盲孔：指位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度与孔径通常不超过一定的比率。
埋孔：指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。
通孔：这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以一般印制电路板均使用。
过孔的寄生电容
过孔本身存在着对地的寄生电容，若过孔在铺地层上的隔离孔直径为d2，过孔焊盘的直径为d1，pcb的厚度为t，板基材介电常数为ε，则过孔的寄生电容大小近似于：
c =1.41εtd1/（d2-d1）
过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度，电容值越小则影响越小。
过孔的寄生电感
过孔本身就存在寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。过孔的寄生串联电感会削弱旁路电容的作用，减弱整个电源系统的滤波效用。若l指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径，过孔的寄生电感近似于：
l=5.08h［ln（4h/d） 1］
从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。
高速pcb中的过孔设计
在高速pcb设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：
（1）选择合理的过孔尺寸。对于多层一般密度的pcb 设计来说，选用0.25mm/0.51mm/0.91mm（钻孔/ 焊盘/ power 隔离区）的过孔较好；对于一些高密度的pcb 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的过孔，也可以尝试非穿导孔；对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗；
（2）power隔离区越大越好，考虑pcb 上的过孔密度，一般为d1=d2+0.41；
（3）pcb 上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量减少过孔；
（4）使用较薄的pcb有利于减小过孔的两种寄生参数；
（5）电源和地的管脚要就近过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗；
（6）在信号换层的过孔附近放置一些接地过孔，以便为信号提供短距离回路。
此外，过孔长度也是影响过孔电感的主要因素之一。对用于顶、底层导通的过孔，过孔长度等于pcb厚度，由于pcb层数的不断增加，pcb厚度常常会达到5 mm以上。然而，高速pcb设计时，为减小过孔带来的问题，过孔长度一般控制在2.0mm以内。对于过孔长度大于2.0 mm过孔，通过增加过孔孔径，可在一定程度上提高过孔阻抗连续性。当过孔长度为1.0 mm及以下时，最佳过孔孔径为0.20 mm - 0.30 mm。
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