大家在進(jìn)行PCB設(shè)計時過孔肯定是要接觸的,那么大家知道過孔對于我們PCB的信號質(zhì)量影響有多大嗎?在搞清楚上面這個這個問題之前我們先給大家介紹一下我們在PCB設(shè)計時過孔應(yīng)該如何選取。
一般過孔種類有以下三種可以進(jìn)行選擇:(單位是mil)
8/16±2mil 10/20±2mil 12/24±2mil
通常我們在板子比較密的情況下會用8/16±2mil(8/14, 8/16, 8/18都可以)大小的過孔,板子比較空曠的時候可以選取12/24±2mil(12/22, 12/24, 12/26都可以)大小的過孔,那板子器件密度在兩者之間則可以采用10/20±2mil(10/18, 10/20, 10/22都可以)大小的過孔。
站在經(jīng)濟(jì)效益上來講我們過孔越大成本越低,所以我們要控制板子的成本的話,在滿足我們設(shè)計的同時盡量把過孔設(shè)置大一點。
當(dāng)然在HDI板子當(dāng)中我們通常是需要用到盲埋孔,通常我們的盲孔可以設(shè)置的大小范圍是4/10±2這樣子,通常打在焊盤上面就可以了,但是需要注意的是不要打在焊盤的正中心,通常打在焊盤的邊緣就可以了,這樣在工藝處理方面會好一點。
那么我們的過孔是不是越大越好或者說越小越好呢,很顯然并不是這樣子的。
在工藝的角度下我們的過孔內(nèi)徑是不能小于板厚的1/7,為什么呢?
因為在我們的過孔小于1/7的情況下,受工藝技術(shù)的影響,無法做到過孔孔壁均勻鍍銅,在不能均勻鍍銅的情況下我們板子的電氣性能就會受到影響。所以在我們在板子厚度較大時也要加大我們的過孔,通常板厚和最小過孔的關(guān)系如下表所示:
我們上面的出來的結(jié)論是通常過孔要大一點會更好,那么我們這個時候需要向大家介紹兩個公式,一個是過孔寄生電容的計算公式:C=1.41εTD2/(D1-D2)另一個是寄生電感的計算公式:L=5.08h[ln(4h/d)+1]。
附圖1
附圖2
我們首先看一下過孔寄生電容計算公式:
ε:板子的介電常數(shù),通常不同的板材他們的介電常數(shù)也不一樣,T:指的是板子的厚度。
假設(shè)過孔是在GND層的情況下,D1值是過孔邊緣與銅皮的避讓距離(反焊盤),D2:指的是過孔的外徑。
由上面的公式我們可以得出一下結(jié)論:
1、在板材和板厚不變的情況下D1越大則寄生電容越小,C與D1成反比關(guān)系。
2、在板材和厚度不變的情況下D2越大則寄生電容越大,C與D2成正比關(guān)系。
3、在板厚和D2,D1不變的情況下,板材的介電常數(shù)越大則寄生電容越大,C與ε成正比關(guān)系。
4、在介電常數(shù)以及D2,D1不變的情況下,板厚T越大則寄生電容越大。
然后我們再分析一下寄生電感計算公式:
附圖三
h:指的是過孔的長度(板子的厚度)d:指得是過孔的內(nèi)徑
由此我們可以得出以下結(jié)論:
1)板子厚度越薄寄生電感越小,L與h成正比關(guān)系。
2)過孔的內(nèi)徑越大寄生電感越小,L與d成反比關(guān)系。
在普通PCB 設(shè)計中,過孔的寄生電容和寄生電感對PCB設(shè)計的影響較小,進(jìn)行常規(guī)選擇即可。但在高速PCB中的過孔設(shè)計,通過上面對過孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB設(shè)計中,看似簡單的過孔往往也會給電路的設(shè)計帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響,在設(shè)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(shè)計來說,選用10/20/36(鉆孔/焊盤/POWER 隔離區(qū))的過孔較好;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(qū)越大越好;
3)PCB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(shù);
當(dāng)然,在設(shè)計時還需具體問題具體分析。從成本和信號質(zhì)量兩方面綜合考慮,在高速PCB 設(shè)計時,設(shè)計者總是希望過孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線空間,此外,過孔越小,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。
在高密度PCB設(shè)計中,采用非穿導(dǎo)孔(盲埋孔)以及過孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加,而且過孔的尺寸不可能無限制地減小,它受到PCB 廠家鉆孔和電鍍等工藝技術(shù)的限制,在高速PCB 的過孔設(shè)計中應(yīng)給以均衡考慮。
那么我們了解完了上面這些信息之后我們就知道為什么在高速PCB設(shè)計當(dāng)中我們一根導(dǎo)線不能打過多的過孔了,過孔本身會帶來寄生電容和寄生電感,過孔打的越多所帶來的寄生電容和寄生電感的值也越大,所以這就是為什么很多數(shù)據(jù)手冊上面會寫我們布線時過孔的數(shù)量不能超過多少個(附圖三),一般我們的高速信號線采取不能超過三個過孔的原則,能不打孔就不打孔。
(附圖四)
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為什么電路里要擺這兩個電容?
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原文標(biāo)題:為什么在高速PCB設(shè)計當(dāng)中信號線不能多次換孔
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