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玉皇大帝卡通图片: 高速PCB中的过孔设计,你当然要知道! [复制链接]

板儿妹0517 (离线)
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发表于 2019-12-9 10:32:25 |只看该作者 |倒序浏览
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。
01.png
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。
过孔.png
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。
02.png
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?;岽锏? 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。
(图文整理自网络)
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