PCB 过孔尺寸

从设计角度来说，PCB过孔主要由两部分组成，一部分是中间的钻孔，一部分是钻孔周围的焊盘区域，这两部分的大小决定了PCB过孔的大小。

显然，在高速、高密度PCB设计中，设计人员始终认为PCB过孔应该尽可能的小，这样板上才能留出更多的布线空间，而且过孔越小，其本身的寄生电容就越小，更适合高速电路。

但过孔尺寸的减小也导致成本的上升，过孔尺寸也不是无限制减小的，受钻孔和电镀工艺的影响，PCB过孔越小，钻孔时间越长，越容易偏离中心位置，当过孔深度超过钻孔直径的6倍时，很难保证过孔壁均匀镀铜。

比如普通的6层PCB的厚度（通孔深度）为50Mil，那么PCB厂家提供的钻孔直径一般情况下只能达到8Mil。

随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般将直径小于等于6Mil的PCB过孔称为微过孔，常用于HDI（高密度互连）设计中，该技术可以让PCB过孔直接布置在焊盘上（Via-in-pad），大大提高电路性能，节省布线空间。

过孔是传输线上不连续的阻抗断点，会引起信号的反射。一般情况下，PCB过孔的等效阻抗比传输线的等效阻抗低12%左右。例如，50欧姆的传输线经过PCB过孔后，阻抗一般会下降6欧姆。

但过孔阻抗不连续引起的反射其实很小，其反射系数为：

（44-50）/（44+50）=0.06

PCB过孔引起的问题更多的集中在寄生电容和电感的影响上。

过孔的寄生电容

PCB过孔本身对地存在寄生电容，设地层隔离过孔的孔径为D2，过孔焊盘的孔径为D1，PCB板厚度为T，板基材介电常数为ε，则过孔的寄生电容近似为：
C=1.41εTD1/（D2-D1）

过孔的寄生电容对电路的主要影响是延长信号的上升时间，降低电路的速度。

例如对于厚度为50Mil的PCB，如果采用内径为10Mil、焊盘直径为20Mil的过孔，且焊盘到地铜区域的距离为32Mil，那么我们可以通过上面的公式来近似计算过孔的大小。

寄生电容粗略为：
C=1.41×4.4×0.050×0.020/（0.032-0.020）=0.517pF

该部分电容引起的上升时间变化量为：
T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2×0.517x（55/2）=31.28ps

从这些数值可以看出，虽然单个过孔的寄生电容对减缓上升延迟的影响并不明显，但如果在层间交换的布线中多次使用过孔，则应注意上升时间的变化。

过孔的寄生电感

同样，PCB过孔中既有寄生电感，又有寄生电容。在高速数字电路设计中，过孔寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响，其寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，削弱整个电源系统的滤波作用。

我们可以用以下公式简单计算过孔的近似寄生电感：
L=5.08h［ln（4h/d）+1］

L表示过孔电感，h表示过孔长度，d表示中心钻孔直径。从公式可以看出，过孔直径对电感影响不大，而过孔长度则影响电感。

仍用上面的例子，过孔的电感可计算为：
L=5.08×0.050［ln（4×0.050/0.010）+1］=1.015nH

如果信号的上升时间为1ns，那么它的等效阻抗为：
XL=πL/T10-90=3.19Ω

当有高频电流通过时，这个阻抗就不能再忽略了，特别要注意的是，旁路电容在连接电源层和地层时，需要经过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会增加一倍。

高速PCB中的过孔设计

通过以上对过孔寄生特性的分析，可以清楚的发现，在高速PCB设计中，即使是简单的过孔也常常会给PCB设计带来很大的负面影响。

为了减少PCB过孔寄生效应带来的不良影响，请注意以下几点。

1、从成本和信号质量的角度考虑，选择合理尺寸的PCB过孔，
例如6-10层的内存模块PCB设计，最好使用10/20Mil（钻孔/焊盘）过孔，对于一些高密度、小尺寸的板子，可以尝试使用8/18Mil的过孔。

在目前的技术条件下，很难使用较小尺寸的过孔，对于电源或地过孔，可以考虑使用较大尺寸以降低阻抗。

2、从上面讨论的两个公式可以得出结论，使用更薄的PCB板有利于降低PCB过孔的两个寄生参数。

3、电源和地的引脚应该就近钻孔。

另外过孔与引脚之间的走线要尽量短，这样可以增加电感，同时电源和地的走线要尽量粗，以减少阻抗。

4. 尽量不要改变 PCB 上信号走线的层。换句话说，尽量减少不必要的过孔。

5. 在信号换层的过孔附近放置一些接地过孔，为信号提供闭环。甚至可以在PCB上放置大量冗余的接地过孔。

上面讨论的过孔模型是每层都有焊盘的情况，有时，我们可以减少甚至去掉某些层的PCB焊盘。

特别是在过孔密度较大的情况下，可能会造成断槽而使铜层上的电路隔离开来。为了解决这个问题，除了移动过孔的位置外，我们还可以考虑减小PCB过孔在铜层上的焊盘尺寸。