高速pcb设计中接地过孔对传输性能的影响

随着电子行业的高速发展，高速 PCB 布线密度的增加，频率和开关提速，相对应的高速pcb设计要求也越来越严格。在高速pcb设计中，通常采用多层板进行设计，那么在设置中无可避免的就需要利用到过孔来实现互连。过孔做为互连结构之一，就相当于一个信号传输的一种离散结构，会导致高速pcb设计中的信号反射、衰减，信号完整性问题，影响信号传输质量的重要因素，进而影响整个系统的性能。

1.过孔的介绍

在高速 PCB 设计中，微带线带状线广泛用于微波信号传输线，垂直过孔是最常见的形式互连传输线连接。过孔被分割分为三类：通孔、盲孔和埋孔。盲孔位于印刷品的顶面和内层电路板，有一定的深度，作为连接线线路和内部电路，深度通常不再比一定的比例（孔径）。埋孔是连接孔在印刷电路板的内部，不延伸到电路板面。两个孔仅穿透层的一部分PCB的，一般是在层压之前完成的过孔形成过程。第三个叫做通孔，它通过整个电路板，可用于实现互连或作为安装定位孔成分，如图1所示

2. 接地过孔对传输性能的影响

过孔按照连接的信号作用可分为：信号过孔、电源过孔、接地过孔和散热过孔。这里主要讨论一个接地过孔，原因在于在信号传输过程中，为了提供最小返回信号路径，如图2所示，通常添加信号信号过孔周围的接地过孔。利用过孔连接时，由于是通过点连接层会造成一定的阻抗不连续，因此为了减小信号返回路径的包围区域，不得不在信号周围加上足够的接地过孔来提供一个最短的信号返回路径，以便减少信号的emi辐射，如图3所示。

在满足设计要求的情况下，可以在电路板上多打一些接地过孔，这样可以很好地接触地面层连接，提供电磁屏蔽，并减少电磁辐射

针对于接地过孔有以下几个设计结论：

1）接地过孔的直径：当过孔、焊盘、反焊盘尺寸固定时，插入损耗与信号成正比过孔，即接地直径越大，越小插入损耗，信号传输质量更好；较大的接地过孔直径，较小的反射。

2）接地过孔的距离：当过孔、焊盘、反焊盘尺寸固定时，距离越小，越小插入损耗，信号传输质量更好，反射越小。

3）接地过孔的数目：当过孔，焊盘，反焊盘尺寸固定，越多接地过孔，传输损耗越小，质量越好传输信号。

3. 过孔间距对信号传输造成的影响

在高速pcb设计中，当一个区域需要打数目较多的过孔时，过孔之间的间距会造成什么影响，如图4对比所示，可以看出，当过孔间距较近时，会造成铜皮割裂，致使信号传输的路径变长，延时增加，反之，增大过孔之间的间距能够使信号传输路径更短，延时更短。因此在高速pcb设计中，控制好过孔间距能有效的提高信号传输速度及质量。

结论：

过孔的设计是高速PCB设计的重要因素，信号完整性分析似乎可以过孔结构和接地过孔不容忽视，对高速PCB中对于过孔的合理使用，可以改善其信号传输性能和传输质量，以及还可以获得很好的电磁屏蔽效果，就是对高速稳定的数字系统非常重要设计。

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