PCB过孔设计基础知识及应用指南

PCB过孔的基础知识及设计验证 在高速印刷电路板（PCB）设计中，过孔的使用是不可避免的。然而，过孔对信号完整性性能的影响一直饱受诟病。为了减少对性能的影响，需要了解过孔的基础知识和设计验证。 过孔结构的基础知识 ------------------------ 过孔是一种镀在电路板顶层与底层之间的通孔外的金属圆柱体。它连接不同层上的传输线，playing a crucial role in signal transmission. A typical via structure consists of four basic components: signal via, via stub, via pad, and isolation ring. * 信号过孔（Signal Via）：连接不同层上的传输线。 * 过孔残桩（Via Stub）：过孔上未使用的部分。 * 过孔焊盘（Via Pad）：圆环状垫片，连接过孔至顶部或内部传输线。 * 隔离盘（Isolation Ring）：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。 过孔元件的电气属性 ------------------------ 每个过孔元件都具有独特的电气属性，影响着信号传输的性能。表格1显示的是过孔元件的电气属性： | 元件 | 电气属性 | | --- | --- | | 信号过孔 | 电感（L） | | 过孔残桩 | 电容（C） | | 过孔焊盘 | 电阻（R） | | 隔离盘 | 电感（L） | 过孔尺寸的影响 ------------------------ 过孔尺寸对信号传输的性能也产生影响。表格2显示的是过孔尺寸的影响： | 过孔尺寸 | 影响 | | --- | --- | | 过孔直径 | 电感（L） | | 过孔高度 | 电容（C） | | 过孔间距 | 电阻（R） | 设计一个透明的差分过孔 ------------------------------ 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。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。 了解过孔的基础知识和设计验证是PCB设计中不可或缺的一部分。通过合理设计过孔，可以减少对信号完整性性能的影响，提高电路板的整体性能。