37、PCB过孔特性分析：电容与电感的影响及优化策略

PCB过孔特性分析：电容与电感的影响及优化策略

1. 引言

在电子电路设计中，印刷电路板（PCB）上的过孔是连接不同层电路的关键元素。过孔的性能，特别是其电容和电感特性，对信号传输有着重要影响。理解过孔的这些特性，以及如何优化它们，对于设计高性能的PCB至关重要。本文将深入探讨过孔的电容和电感特性，包括悬空过孔的影响、不同过孔配置下的电容数据，以及过孔电感的相关因素和调整策略。

2. 悬空过孔的影响

2.1 过孔模型与信号适用性

对于过孔，如果其增量电容或电感不足以引起明显的反射，则不需要进行建模。一阶模型可将过孔简化为一个额外的并联电容值或串联电感值，具体取决于哪种效应产生的反射更大。然而，如果过孔相对于信号上升时间过大，需要比简单的π模型更复杂的模型时，该过孔可能不适用于数字应用。此时，应使用更小的过孔。窄带应用有时会在超出数字应用有用频段的频率下使用大过孔。

2.2 悬空过孔的共振问题

多层板内层过渡的通孔过孔可能会在电流路径上方或下方留下残余部分，形成悬空过孔。当悬空过孔较短时，可使用一阶集总元件模型，通常为额外的并联电容。但如果过孔过长，悬空部分会产生共振，加剧其电容效应。

以一个6.35mm厚的FR - 4背板和压配连接器为例，压配过孔与嵌入其中的连接器引脚形成一个悬空短截线。该短截线的最小传输时间$t_v$约为44ps，计算公式为：
[t_v = \frac{6.35mm}{2.998 \times 10^8 m/s} = 44ps]
这个悬空短截线作为未端接的传输线，会在对应于$4t_v$（约5.7GHz）的频率处产生四分之一波共振，导致该共振频率附近的