PCB过孔寄生特性分析及注意要点(转帖）
在PCB抄板行业中，在PCB板钻孔的费用通常是PCB制板的30%到40%的费用，而过孔是过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一。简而言之就是，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)=0.06，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。
过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41ε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10Mils），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：
这部分电容引起的上升时间变化量大致为：
从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。
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：
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：
如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。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。
．对于密度较高的高速PCB板，可以考虑使用微型过孔。
本帖最后由 xmlhifi 于 2014-10-2 02:12 编辑
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另外这个文章主要针对高频高速通讯类的多层PCB而言的，本论坛是音响DIY，主要针对的低频率信号，而且用到多层PCB的机会很少。在此发帖意义的不大，仅供少数人参考。
国内加工厂都是以公制单位计量尺寸，工厂所用的量具也都是公制单位标定，所以你设计电路图也好机械结构图也好，绘图软件一般都有公制/英制选择功能，根本没必要用英制单位表达，用英制并不显得有多高大多专业，在业内看来只是一种装B而已。 支持楼主，论坛需要多点教导性质的贴子。 高频电路分析阻抗的单位是Ω，但阻抗的类型不一定是R、L、C，更多的是Z，这种“中国式”技术论文文化实在会误导人，XL=3.19Ω，XC=？最后Z=？在谐振附近Z可以是“正“，也可以是“负“的。
这种华丽的技术文章有时和枪文没什么区别，器材的枪文是包装产品，技术的枪文则包装个人 xmlhifi 发表于 2014-10-2 02:10 static/image/common/back.gif
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另外这个文章主要针对高频高速通讯类的多层PCB而言的，本论坛是音响D ...
版主淡定
用CADENCE的大多数都用英制，CADENCE默认工程也是英制，汉普 中兴 华为等大公司都用英制，国外FPGA大厂altera也是用英制。我个人也用英制，只因为100 50比2.54 1.27看起爽些 这个转载文章在一个较新的角度去关注线路板的寄生因素，有一定的参考价值。
在Hi-Fi领域，有不少人关注焊点的材料，或多或少的对音质有些影响，而过孔也是一个线路的环节，有影响是可能的。
不过过孔在焊接元器件的时候，往往是被焊锡所充填，相当于是一个实心的环节，已经不是原来的状态，文中的数据分析没有考虑到。
关于过孔的寄生阻抗因素对全电路系统有多大贡献，缺少一个量化的结论。 我想问，如果这个过孔被锡填满呢？那不就是一根短导线了？这个问题还有吗？如果没有了，那好办了，所有引脚以外的过孔都开窗，然后填满锡，实际上，我一直都这么干，当然，没有测过是否有效，但是肯定比不填好。 版主请淡定。
偶然看到这篇文章，以我非常有限的电学知识，还是认为有一定的借鉴意义，所以转帖过来。
就音响效果来说，这篇文章涉及：
1、搭棚和印刷pcb有否区别？
2、单面板和双面板有否区别？
3、双面pcb焊单面和焊双面有否区别？
4、这篇文章对解码电路和功放电路有否区别？
5、寄生电容、电感都受哪些因素影响，pcb材质、厚度、覆铜的厚度，甚至不同质量的接插件传输是否也受影响？
6、同一套免调试套件，高手和菜鸟装的来的效果是否完全一致？
拓展知识面可以更利于深入思考直至影响理念，理念指导做事态度和行为习惯。综上，我转帖这篇文章我认为还是很有意义的。
本帖最后由 孙强 于 2014-10-2 21:01 编辑
xmlhifi 发表于 2014-10-2 02:10 static/image/common/back.gif
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另外这个文章主要针对高频高速通讯类的多层PCB而言的，本论坛是音响D ...
本文 还是 有一定指导意义学习 学习
本帖最后由 zhaoxiaona 于 2014-10-2 20:13 编辑
难得一片 文章
整个论坛 堆料 堆得 金碧辉煌 画画绿绿都是 拿来看的深入 研究的 文章不多
超级高手 说话的 也不多这是 论坛风气 的问题
钳子 你得管管 凡是 带有指导性 的文章 应该加精置顶 让更多人看到才对 本帖最后由 孙强 于 2014-10-2 20:38 编辑
简单点说
pcb 布线 的 道道如果 高速线路 和 低速线路 撞上低速给高速让路 尽量避免高速线产生过孔 就是 这个 道理
举例说明 ： 比如主控 或者 dif 通向 dac 的LRCK DATA MCLK BCLK 4组 高速线 和 负责人机的开关量按钮线 撞上了
低速部分 打过孔 穿层 绕开 LRCK DATA MCLK BCLK 4组 高速线 保持完整 就是低速给高速让路原则
不懂这个 转帖 原创也罢对技术的严谨是值得学习的 一般只有在GHz级别的高频电路中才考虑过孔模型对信号的影响的，音响领域的频率最高也就十来MHz,这个领域中，就连最基本的PCB走线阻抗匹配都没几个大厂考虑的，还谈这个过孔影响？！就像算个电阻不用简单的欧姆定律，非得把爱因斯坦相对论和量子力学搬出来瞎折腾一样。
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