过孔给信号传输所带来的影响

过孔（via）是多层pcb的重要组成部分之钻孔的费用通常占pcb制板费用的30%到40%。简单的说来，pcb上的每一个孔都可以称之为过孔。

过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低12%左右，比如50欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6欧姆（具体和过孔的尺寸，板厚也有关，不是绝对减小）。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的，其反射系数仅为：(44-50)/(44+50)=0.，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。

从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blindvia)、埋孔(buriedvia)和通孔(throughvia)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。

过孔的寄生电容和电感

过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为50mil的pcb板，如果使用的过孔焊盘直径为20mil（钻孔直径为mils），阻焊区直径为40mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：c=41x4x0.0x0.0/(0.0-0.0)=0.31pf；这部分电容引起的上升时间变化量大致为：t-90=2c(z0/=2x0.31x(50/=1ps。

过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：l=h[ln(4h/d)+1]。

其中l指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：l=x0.0[ln(4x0.0/0.0)+1]=5nh。

如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：xl=πl/t-90=19Ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。

通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速pcb设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：

从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的过孔，比如对于电源或地线的过孔，可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗，而对于信号走线，则可以使用较小的过孔。当然随着过孔尺寸减小，相应的成本也会增加。

上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的pcb板有利于减小过孔的两种寄生参数。

pcb板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。

电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个过孔，以减少等效电感。

在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在pcb板上放置一些多余的接地过孔。

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