高速PCB中過(guò)孔的影響

 

高速PCB多層板中，信號從某層互連線(xiàn)傳輸到另一層互連線(xiàn)就需要通過(guò)過(guò)孔來(lái)實(shí)現連接，在頻率低于1 GHz時(shí)，過(guò)孔能起到一個(gè)很好的連接作用，其寄生電容、電感可以忽略。當頻率高于1 GHz后，過(guò)孔的寄生效應對信號完整性的影響就不能忽略，此時(shí)過(guò)孔在傳輸路徑上表現為阻抗不連續的斷點(diǎn)，會(huì )產(chǎn)生信號的反射、延時(shí)、衰減等信號完整性問(wèn)題。當信號通過(guò)過(guò)孔傳輸至另外一層時(shí)，信號線(xiàn)的參考層同時(shí)也作為過(guò)孔信號的返回路徑，并且返回電流會(huì )通過(guò)電容耦合在參考層間流動(dòng)，并引起地彈等問(wèn)題。

 

過(guò)孔的類(lèi)型

 

過(guò)孔一般又分為三類(lèi)：通孔、盲孔和埋孔。

 

 

盲孔：指位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線(xiàn)路和下面的內層線(xiàn)路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。

 

埋孔：指位于印刷線(xiàn)路板內層的連接孔，它不會(huì )延伸到線(xiàn)路板的表面。

 

通孔：這種孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板，可用于實(shí)現內部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現，成本較低，所以一般印制電路板均使用

 

高速PCB中的過(guò)孔設計

在高速PCB設計中，看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往也會(huì )給電路的設計帶來(lái)很大的負面效應。為了減小過(guò)孔的寄生效應帶來(lái)的不利影響，在設計中可以盡量做到：

 

（1）選擇合理的過(guò)孔尺寸。對于多層一般密度的PCB 設計來(lái)說(shuō)，選用0.25mm/0.51mm/0.91mm（鉆孔/ 焊盤(pán)/ POWER 隔離區）的過(guò)孔較好；對于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過(guò)孔，也可以嘗試非穿導孔；對于電源或地線(xiàn)的過(guò)孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗；

 

（2）POWER隔離區越大越好，考慮PCB 上的過(guò)孔密度，一般為D1=D2+0.41；

 

（3）PCB 上的信號走線(xiàn)盡量不換層，也就是說(shuō)盡量減少過(guò)孔；

 

（4）使用較薄的PCB有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數；

 

（5）電源和地的管腳要就近過(guò)孔，過(guò)孔和管腳之間的引線(xiàn)越短越好，因為它們會(huì )導致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線(xiàn)要盡可能粗，以減少阻抗；

 

（6）在信號換層的過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔，以便為信號提供短距離回路。

 

此外，過(guò)孔長(cháng)度也是影響過(guò)孔電感的主要因素之一。對用于頂、底層導通的過(guò)孔，過(guò)孔長(cháng)度等于PCB厚度，由于PCB層數的不斷增加，PCB厚度常常會(huì )達到5 mm以上。然而，高速PCB設計時(shí)，為減小過(guò)孔帶來(lái)的問(wèn)題，過(guò)孔長(cháng)度一般控制在2.0mm以?xún)?。對于過(guò)孔長(cháng)度大于2.0 mm過(guò)孔，通過(guò)增加過(guò)孔孔徑，可在一定程度上提高過(guò)孔阻抗連續性。當過(guò)孔長(cháng)度為1.0 mm及以下時(shí)，最佳過(guò)孔孔徑為0.20 mm ~ 0.30 mm。