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过孔基础知识与差分过孔设计

TI?? 2015年07月13日 ?? 收藏8
在一个高速印刷电路板 (PCB) 中,通孔在降低信号完整性性能方面一直饱受诟病。然而,过孔的使用是不可避免的。在标准的电路板上,元器件被放置在顶层,而差分对的走线在内层。内层的电磁辐射和对与对之间的串扰较低。必须使用过孔将电路板平面上的组件与内层相连。幸运的是,可设计出一种透明的过孔来最大限度地减少对性能的影响。

1. 过孔结构的基础知识

让我们从检查简单过孔中将顶部传输线与内层相连的元件开始。图1是显示过孔结构的3D图。有四个基本元件:信号过孔、过孔残桩、过孔焊盘和隔离盘。

过孔是镀在电路板顶层与底层之间的通孔外的金属圆柱体。信号过孔连接不同层上的传输线。过孔残桩是过孔上未使用的部分。过孔焊盘是圆环状垫片,它们将过孔连接至顶部或内部传输线。隔离盘是每个电源或接地层内的环形空隙,以防止到电源和接地层的短路。

图1:单个过孔的3D图
图1:单个过孔的3D图

2. 过孔元件的电气属性

如表格1所示,我们来仔细看一看每个过孔元件的电气属性。

表1:图1中显示的过孔元件的电气属性
表1:图1中显示的过孔元件的电气属性

一个简单过孔是一系列的π型网络,它由两个相邻层内构成的电容-电感-电容 (C-L-C) 元件组成。表格2显示的是过孔尺寸的影响。

表2:过孔尺寸的直观影响
表2:过孔尺寸的直观影响

通过平衡电感与寄生电容的大小,可以设计出与传输线具有相同特性阻抗的过孔,从而变得不会对电路板运行产生特别的影响。还没有简单的公式可以在过孔尺寸与C和L元件之间进行转换。3D电磁 (EM) 场解算程序可以根据PCB布局布线中使用的尺寸来预测结构阻抗。通过重复调整结构尺寸和运行3D仿真,可优化过孔尺寸,来实现所需阻抗和带宽要求。

下一页:设计一个透明的差分过孔


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差分过孔? PCB? 信号完整性?

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