【導(dǎo)讀】在高速PCB設(shè)計中,往往需要采用多層PCB,而過孔是多層PCB 設(shè)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(qū)、POWER 層隔離區(qū)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(shè)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?shù)搅硪粚踊ミB線就需要通過過孔來實現(xiàn)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(dāng)頻率高于1 GHz后,過孔的寄生效應(yīng)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(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點,會產(chǎn)生信號的反射、延時、衰減等信號完整性問題。當(dāng)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)內(nèi)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(xiàn),成本較低,所以一般印制電路板均使用
高速PCB中的過孔設(shè)計
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0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/ 焊盤/ POWER 隔離區(qū))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(dǎo)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(qū)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(shù);
(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(dǎo)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(dǎo)通的過孔,過孔長度等于PCB厚度,由于PCB層數(shù)的不斷增加,PCB厚度常常會達到5 mm以上。然而,高速PCB設(shè)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(nèi)。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(xù)性。當(dāng)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。