過孔的兩個(gè)寄生參數(shù)是什么？它有什么影響？應(yīng)該怎么消除？

過孔的兩個(gè)寄生參數(shù)是寄生電容和寄生電感。

過孔本身存在著對地的寄生電容，如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基材介電常數(shù)為ε，則過孔的寄生電容可以近似用以下公式來計(jì)算：C=1.41εTD1/（D2?D1）。

過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時(shí)間，降低了電路的速度。比如說，對于一塊厚度為50mil的PCB板，如果使用內(nèi)徑為10mil，焊盤直徑為20mil的過孔，焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32mil，則可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=1.41×4.4×0.050×0.020/（0.032?0.020）pF=0.517pF，這部分電容引起的上升時(shí)間變化量為：T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2×0.517×（55/2）ps=31.28ps 。從這些數(shù)值可以看出，盡管單個(gè)過孔的寄生電容引起的上升沿變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進(jìn)行層間的切換，所產(chǎn)生的影響還是比較大的。

過孔存在寄生電容的同時(shí)也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻(xiàn)，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。

我們可以用下面的公式來簡單地計(jì)算一個(gè)過孔近似的寄生電感：L=5.08h[ln（4h/d）+1]。其中，L是過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從公式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計(jì)算出過孔的電感為：L=5.08×0.050[ln（4×0.050/0.010）+1]nH=1.015nH 。如果信號的上升時(shí)間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19?。這樣的阻抗在有高頻電流通過時(shí)已經(jīng)不能忽略了。特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時(shí)候需要通過兩個(gè)過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。

為了消除過孔寄生電容與寄生電感所帶來的影響，可以采取如下措施：

? 選擇合理尺寸的過孔大小，如對6～10層的PCB設(shè)計(jì)來說，選用10/20mil（鉆孔/焊盤）的過孔較好，對于一些高密度的小尺寸板子，也可以嘗試使用8/18mil的過孔。

? 使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)。

? PCB板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。

? 電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因?yàn)樗鼈儠?dǎo)致電感的增加。同時(shí)，電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗。

? 在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔。

審核編輯 黃昊宇