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PCB部落格 - PCB板通孔的寄生電容和寄生電感

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PCB板通孔的寄生電容和寄生電感

2022-08-09
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Author:pcb

1.通過

通孔是多層結構的重要組成部分之一 電路板, 鑽井成本通常占鑽井成本的30%至4.0% PCB板 生產. 簡言之, PCB上的每個孔都可以稱為通孔. 從功能的角度, 通孔可分為兩類:一類用於層間的電連接; 另一個用於設備固定或定位. 就過程而言, 這些通孔通常分為三類:, 即盲通孔, 埋置通孔, 並通過通孔. 盲孔位於印刷電路板的頂面和底面, 有一定深度, 用於連接表面回路和底層內部回路, and the depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (diameter). 埋置通孔是指位於印刷電路板內層的連接孔, 其不延伸到電路板的表面. 上述兩種類型的孔位於電路板的內層,在層壓前通過通孔形成工藝完成. 在形成通孔期間, 若干內層可能重疊. 第三種類型稱為通孔, 其貫穿整個電路板,並可用於內部互連或用作部件的安裝位置孔. 因為通孔在工藝上更容易實現,成本更低, 大多數印刷電路板使用它來代替其他兩種通孔. 除非另有規定,否則下述通孔視為通孔. 從設計的角度來看, 過孔主要由兩部分組成:, 一個是中間洞, 另一個是孔周圍的焊盤區域, 如下圖所示:. 這兩部分的尺寸决定了通孔的尺寸. 明顯地, 在高速高密度的設計中 PCB板s, 設計者總是希望通孔越小, 更好, 以便在電路板上留下更多的佈線空間. 此外, 通孔越小, 它自身的寄生電容越大,它就越小, 越適用於高速電路. 然而, 孔尺寸的减小也帶來了成本的新增, 並且通孔的尺寸不能無限地减小. 它受到鑽孔和電鍍等工藝科技的限制:孔越小, 訓練時間越長. 時間越長, 越容易偏離中心位置; 當孔的深度超過鑽孔直徑的6倍時, 不能保證孔壁均勻鍍銅. 例如, 正常6層的厚度 PCB板 (through hole depth) is about 50Mil, 囙此,孔的直徑由 PCB板 製造商非常小,只能達到8 mil.


2.通孔寄生電容

孔本身對地具有寄生電容。 如果已知接地層上通孔的隔離孔的直徑為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, 通孔的寄生電容類似於:C=1.41μ。 例如,對於厚度為50Mil的PCB板,如果使用內徑為10Mil、焊盤直徑為20Mil的通孔,並且焊盤與接地銅區域之間的距離為32Mil,則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/(0.032-0.0200)=0.517pF,這部分電容引起的上升時間變化為:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2 x0.517 x(55/2)=31.28ps。 從這些值可以看出,儘管由單個通孔的寄生電容引起的緩慢上升的效果不是很明顯,但設計者應仔細考慮通孔是否用於多次在跡線中的層之間切換。


3.通孔寄生電感

類似地,寄生電感與通孔的寄生電容一起存在。 在高速數位電路的設計中,通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,並降低整個電力系統的濾波效果。 通孔的直徑對電感影響較小,而通孔的長度對電感影響較大。 仍然使用上述示例,通孔的電感可以計算為:L=5.08x0.050[ln(4x0.05/0.010)1]=1.015nH。 如果訊號的上升時間為1ns,則其等效阻抗為XL=ÏL/T10-90=3.19ÎL。 當高頻電流通過時,這種阻抗不再可以忽略。 當連接電源層和接地層時,旁路電容器需要穿過兩個通孔,從而使通孔的寄生電感成倍新增。


4.高速PCB板上的通孔設計

通過以上對通孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB板的設計中,看似簡單的通孔往往會給電路設計帶來很大的負面影響。 為了减少通孔寄生效應造成的不利影響,您可以嘗試在設計中盡可能多地:

1)考慮成本和訊號質量,選擇尺寸合理的通孔。 例如,對於6-10層存儲模塊PCB板設計,最好使用10/20Mil(鑽孔/焊盤)通孔。 對於一些高密度小型電路板,您也可以嘗試使用8/1800萬。 通孔。 在當前技術條件下,很難使用較小的通孔。 對於電源或接地通孔,考慮使用更大尺寸以降低阻抗。

2)從以上討論的兩個公式可以得出結論,使用更薄的PCB板有利於减少通孔的兩個寄生參數。

3)儘量不要改變PCB上訊號跡線的層,也就是說,儘量不要使用不必要的通孔。

4)電源和接地的引脚應盡可能靠近鑽孔。 通孔和引脚之間的引線越短越好,因為它們會新增電感。 同時,電源和接地引線應盡可能厚,以降低阻抗。

5) Place some grounded 通孔 near the vias where the signal changes layers to provide a close return path for the signal. 甚至可以在 PCB板 大量. 當然, flexibility is also required in the 設計. 前面討論的通孔模型是每個層都有焊盤的情况, 有時, 我們可以减少甚至移除某些層的焊盤. 特別是在通孔密度非常高的情况下, 這可能導致在銅層上形成斷路器. 為了解决這個問題, 除了移動通孔的位置之外, 我們還可以考慮將 PCB板 銅層上的通孔. 焊盤尺寸减小.