PCB过孔寄生特性详解

中信华

  PCB过孔寄生特性详解


  p7 {. P0 b, {2 B" ^7 d5 _+ d
- q. y& |- q0 P# S# Z
( C+ H* h9 o/ Q! @4 ]4 U, `9 X5 p
/ F" H% @8 }  ]4 \/ i% n
  过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。今天，中信华小编PCB过孔寄生特性。

7 k. V0 U3 f: b  K" N5 H

' h3 ?, _5 s  A/ y/ j  过孔的寄生特性分为寄生电容和寄生电感两部分：



4 O" }( k$ e# v+ d  1、寄生电容

; V( `. ~; N+ M% f( n# F% T  过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知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板的厚度为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。

- Q' D# B  B2 e# `  举例来说，一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用内径为10Mil，焊盘直径为20Mil的过孔，焊盘与地铺铜区的距离为32Mil，则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF

  这部分电容引起的上升时间变化量为：

  T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2×0.517x(55/2)=31.28ps

  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延变缓的效用不是很明显，但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。

- P3 @% `4 v5 G3 f
  2、寄生电感

7 K% Q: i# A1 {# A  q, g. Y% {  过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，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。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：L=5.08h[ln(4h/d)+1]

  其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。
! z- z2 m7 l# @2 l# @4 n/ s
  从公式中可以看出，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。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：
9 d5 ?" v! f* ]4 x3 U* s8 Q" O
  L=5.08×0.050[ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH
. q) v& u5 z. [
  如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：

  XL=πL/T10-90=3.19Ω
/ Z- S+ d# q/ L" q. ]9 Z3 }
  这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。
' c0 C! F- ]" d+ y9 P% E

ldezgr

LZ辛苦