21ic電子網 - 過孔在高速PCB設計中的影響－鑽石舞台

隨着電子行業的高速發展，高速PCB布線密度的增加，頻率和開關提速，相對應的高速PCB設計要求也越來越嚴格。

在高速PCB設計中，通常採用多層板進行設計，那麼在設置中無可避免的就需要利用到過孔來實現互連。

過孔做為互連結構之一，就相當於一個信號傳輸的一種離散結構，會導致高速PCB設計中的信號反射、衰減，信號完整性問題，影響信號傳輸質量的重要因素，進而影響整個系統的性能。

1.過孔的介紹

在高速PCB設計中，微帶線帶狀線廣泛用於微波信號傳輸線，垂直過孔是最常見的形式互連傳輸線連接。過孔被分割分為三類：通孔、盲孔、埋孔。

其中，盲孔位於印刷品的頂面和內層電路板，有一定的深度，作為連接線線路和內部電路，深度通常不再比一定的比例（孔徑）。

埋孔是連接孔在印刷電路板的內部，不延伸到電路板面。兩個孔僅穿透層的一部分PCB的，一般是在層壓之前完成的過孔形成過程。

第三個叫做通孔，它通過整個電路板，可用於實現互連或作為安裝定位孔成分，如圖1所示：

圖1：通孔、盲孔、埋孔示意圖

2.接地過孔對傳輸性能的影響

過孔按照連接的信號作用可分為：信號過孔、電源過孔、接地過孔、散熱過孔。

這裡主要討論一個接地過孔，原因在於在信號傳輸過程中，為了提供最小返回信號路徑，如圖2所示，通常添加信號信號過孔周圍的接地過孔。

利用過孔連接時，由於是通過點連接層會造成一定的阻抗不連續，因此為了減小信號返迴路徑的包圍區域，不得不在信號周圍加上足夠的接地過孔來提供一個最短的信號返迴路徑，以便減少信號的emi輻射，如圖3所示：

圖2：信號通過接地過孔的回流路徑

圖3：差分回流地過孔設計

在滿足設計要求的情況下，可以在電路板上多打一些接地過孔，這樣可以很好地接觸地面層連接，提供電磁屏蔽，並減少電磁輻射，如圖4所示：

圖4

針對於接地過孔有以下幾個設計結論：

1、接地過孔的直徑：當過孔、焊盤、反焊盤尺寸固定時，插入損耗與信號成正比過孔，即接地直徑越大，越小插入損耗，信號傳輸質量更好；較大的接地過孔直徑，較小的反射。

2、接地過孔的距離：當過孔、焊盤、反焊盤尺寸固定時，距離越小，越小插入損耗，信號傳輸質量更好，反射越小。

3、接地過孔的數目：當過孔，焊盤，反焊盤尺寸固定，越多接地過孔，傳輸損耗越小，質量越好傳輸信號。

3.過孔間距對信號傳輸造成的影響

在高速PCB設計中，當一個區域需要打數目較多的過孔時，過孔之間的間距會造成什麼影響，如圖4對比所示，可以看出，當過孔間距較近時，會造成銅皮割裂，致使信號傳輸的路徑變長，延時增加；反之，增大過孔之間的間距能夠使信號傳輸路徑更短，延時更短。

因此，在高速PCB設計中，控制好過孔間距能有效的提高信號傳輸速度及質量。

圖5：過孔間距對信號傳輸造成的影響

結論：過孔的設計是高速PCB設計的重要因素，信號完整性分析似乎可以過孔結構和接地過孔不容忽視，對高速PCB中對於過孔的合理使用，可以改善其信號傳輸性能和傳輸質量，以及還可以獲得很好的電磁屏蔽效果，就是對高速穩定的數字系統非常重要設計。

作者：陳虎

來源：凡億PCB

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