過孔的寄生電容和電感

過孔本身存在著寄生的雜散電容，如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區(qū)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,則過孔的寄生電容大小近似于：
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間，降低了電路的速度。舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用的過孔焊盤直徑為20Mil（鉆孔直徑為10Mils），阻焊區(qū)直徑為40Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF

??? 這部分電容引起的上升時間變化量大致為：
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps

??? 從這些數(shù)值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延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，就會用到多個過孔，設(shè)計時就要慎重考慮。實際設(shè)計中可以通過增大過孔和鋪銅區(qū)的距離（Anti-pad）或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。
??? 過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計中，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)，減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的經(jīng)驗公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：
L=5.08h[ln(4h/d)+1]

??? 其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，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，可以計算出過孔的電感為：
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH

??? 如果信號的上升時間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。

二、如何使用過孔
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．從成本和信號質(zhì)量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。必要時可以考慮使用不同尺寸的過孔，比如對于電源或地線的過孔，可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗，而對于信號走線，則可以使用較小的過孔。當(dāng)然隨著過孔尺寸減小，相應(yīng)的成本也會增加。
2．上面討論的兩個公式可以得出，使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)。
3．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。
4．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。可以考慮并聯(lián)打多個過孔，以減少等效電感。
5．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板上放置一些多余的接地過孔。
6．對于密度較高的高速PCB板，可以考慮使用微型過孔。