為什么在高速PCB設(shè)計當(dāng)中信號線不能多次換孔

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(diǎn)。

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(diǎn)。

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(diǎn)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）