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高速PCB中的過孔設計

2021/1/21 10:00:36

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在高速PCB設計中，往往需要采用多層PCB，而過孔是多層PCB 設計中的一個重要因素。PCB中的過孔主要由孔、孔周圍的焊盤區、POWER 層隔離區三部分組成。接下來，我們來了解下高速PCB中過孔的問題及設計要求。

高速PCB中過孔的影響

高速PCB多層板中，信號從某層互連線傳輸到另一層互連線就需要通過過孔來實現連接，在頻率低于1 GHz時，過孔能起到一個很好的連接作用，其寄生電容、電感可以忽略。當頻率高于1 GHz后，過孔的寄生效應對信號完整性的影響就不能忽略，此時過孔在傳輸路徑上表現為阻抗不連續的斷點，會產生信號的反射、延時、衰減等信號完整性問題。

當信號通過過孔傳輸至另外一層時，信號線的參考層同時也作為過孔信號的返回路徑，并且返回電流會通過電容耦合在參考層間流動，并引起地彈等問題。

過孔的類型

過孔一般又分為三類：通孔、盲孔和埋孔。

盲孔：指位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內層線路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過一定的比率。

埋孔：指位于印刷線路板內層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。

通孔：這種孔穿過整個線路板，可用于實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現，成本較低，所以一般印制電路板均使用

高速PCB中的過孔設計

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

（1）選擇合理的過孔尺寸。對于多層一般密度的PCB 設計來說，選用0.25mm/0.51mm/0.91mm（鉆孔/ 焊盤/ POWER 隔離區）的過孔較好；對于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過孔，也可以嘗試非穿導孔；對于電源或地線的過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 上的過孔密度，一般為D1=D2+0.41；

（3）PCB 上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量減少過孔；

（4）使用較薄的PCB有利于減小過孔的兩種寄生參數；

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

（6）在信號換層的過孔附近放置一些接地過孔，以便為信號提供短距離回路。

此外，過孔長度也是影響過孔電感的主要因素之一。對用于頂、底層導通的過孔，過孔長度等于PCB厚度，由于PCB層數的不斷增加，PCB厚度常常會達到5 mm以上。

然而，高速PCB設計時，為減小過孔帶來的問題，過孔長度一般控制在2.0mm以內。對于過孔長度大于2.0 mm過孔，通過增加過孔孔徑，可在一定程度上提高過孔阻抗連續性。當過孔長度為1.0 mm及以下時，最佳過孔孔徑為0.20 mm ~ 0.30 mm。