PCB新聞 - 過孔的寄生電容和電感

過孔的寄生電容和電感

通孔本身具有寄生寄生寄生電容。 如果已知通孔接地層上的阻焊板的直徑為D2，通孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基板的介電常數為ε，則通孔的寄生電容近似如下：

C=1.41εTD1/（D2-D1）

通孔寄生電容對電路的主要影響是延長訊號的上升時間並降低電路速度。 例如，對於厚度為50Mil的PCB，如果過孔焊盤的直徑為20Mil（孔的直徑為10mil），而阻焊板的直徑為40Mil，則我們可以通過上述公式近似通孔。寄生電容大致為：

C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.040-0.020）=0.31pF

這部分電容引起的上升時間變化量大致為：

T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2x0.31x（50/2）=17.05ps

從這些值可以看出，雖然單個過孔的寄生電容引起的上升延遲的影響不是很明顯，但如果在軌跡中多次使用過孔來在層之間切換，則將使用多個過孔。， 必須仔細考慮設計。 在實際設計中，可以通過新增通孔和銅區域（反焊盤）之間的距離或减小焊盤的直徑來减少寄生電容。

過孔中存在寄生電容和寄生電感。 在高速數位電路設計中，過孔寄生電感造成的危害往往大於寄生電容的影響。 其寄生串聯電感將削弱旁路電容器的貢獻，並削弱整個電力系統的濾波效果。 我們可以使用以下經驗公式簡單地計算過孔的寄生電感：

L=5.08h[ln（4h/d）+1]

其中L是通孔的電感，h是通孔的長度，d是中心孔的直徑。 從公式中可以看出，通孔直徑對電感的影響較小，通孔長度對電感的影響最大。 仍然使用上述示例，通孔的電感可以計算為：

L=5.08x0.050[ln（4x0.050/0.010）+1]=1.015nH

如果訊號的上升時間為1ns，則其等效阻抗為：XL=L/T10-90=3.19Î）。 當高頻電流通過時，這種阻抗不再可以忽略。 需要特別注意的是，在連接電源面和接地層時，旁路電容器需要穿過兩個過孔，囙此過孔的寄生電感將呈指數級新增。

2、如何使用過孔

通過以上對過孔寄生特性的分析, 我們可以在 高速PCB設計, 看似簡單的通孔往往會給PCB電路設計帶來很大的負面影響. 為了减少過孔寄生效應引起的不利影響, 在設計中可以做到以下幾點：

1、考慮成本和訊號質量，選擇合理的通孔尺寸。 如有必要，您可以考慮使用不同尺寸的過孔。 例如，對於電源或接地過孔，可以考慮使用較大的尺寸來减少阻抗，對於訊號跡線，可以使用較小的過孔。 當然，隨著通孔尺寸的减小，相應的成本也會新增。

2、以上討論的兩個公式可以得出結論，使用較薄的PCB有助於减少過孔的兩個寄生參數。

3、儘量不要改變PCB板上訊號跡線的層數，也就是說，儘量不要使用不必要的過孔。

4、電源和地面的引脚應在附近鑽孔，通孔和引脚之間的導線應盡可能短。 考慮並行鑽取多個過孔，以减少等效電感。

5、在訊號改變層的過孔附近放置一些接地過孔，為訊號提供最近的返回路徑。 您甚至可以在PCB上放置一些冗餘的接地過孔。

6、對於高密度高速PCB板，可以考慮使用微通孔。