高速PCB过孔的使用

【导读】PCB过孔设计是由孔及孔周围的焊盘区和内层电气隔离区组成。过孔的寄生电感、寄生电容等会影响通过过孔的高速信号,过孔的尺寸和与之相连接的焊盘对过孔的属性具有直接的影响。相关阅读:PCB布线的九个基本原则

1、寄生电容。过孔本身存在着对地或电源的寄生电容,如果已知过孔在内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;板基材的相对介电常数为ε;过孔的寄生电容延Κ了电路中信号的上升时问,降低了电路的速度。如果一块厚度为25mil的PCB,使用内径为10mil,焊盘直径为20mil的过孔,内层电气间隙宽度为32mil时,可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致为0.259 pF。如果走线的特性阻抗为30Ω,则该寄生电容引起的信号上升时间延长量。系数1/2是因为过孔在走线的中途。从这些数值可以看出,尽管单个过孔的寄生电容引起的上升沿变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者还是要慎重考虑的。
2、寄生电感。过孔还具有与其高度和直径直接相关的串联寄生电感。若九是过孔的高度;d是中心钻孔的直径;则过孔的寄生电感L近似为在高速数字电路的设计中,寄生电感带来的危害超过寄生电容的影响。过孔的寄生串联电感会削弱旁路电容在电源或地平面滤除噪声的作用,减弱整个电源系统的滤波效用c因此旁路和去耦电容的过孔应该尽可能短,以使其电感值最小。
通过上面对过孔寄生特性的分析,为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响,在进行高速Pcb设计时应尽量做到:
· 尽量减少过孔,尤其是时钟信号走线;
· 使用较薄的PCB有利于减小过孔的两种寄生参数;
· 过孔阻抗应该尽可能与其连接的走线的阻抗相匹配,以便减小信号的反射;
· 选择合理的过孔尺寸。对于多层、密度一般的PCB,选用0.25 mm/0.51 mm/0、91 mm(钻孔直径/焊盘直径/内层隔离区直径)的过孔较好;对于一些高密度的PCB可以使用0.20 mm/0.46 mm/0.86 mm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;
· 内层电气隔离区越大越好,考虑PCB上的过孔密度,一般使其满足D2=Dg+0、41 mm;
· 电源和“地”的引脚要就近放置过孔,过孔和引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;
· 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。
在设计时要从成本和信号质量两方面综合考虑,在高速PCB设计时,都希望过孔越小越好,这样板上就留有更多的布线空间,此外,过孔越小,寄生电容也越小,更适合用于高速电路。因此,在高速PCB的过孔设计时应给于均衡考虑。
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