过孔的两个寄生参数是什么？它有什么影响？应该怎么消除？

过孔的两个寄生参数是寄生电容和寄生电感。

过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T，板基材介电常数为ε，则过孔的寄生电容可以近似用以下公式来计算：C=1.41εTD1/（D2−D1）。

过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。比如说，对于一块厚度为50mil的PCB板，如果使用内径为10mil，焊盘直径为20mil的过孔，焊盘与地铺铜区的距离为32mil，则可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=1.41×4.4×0.050×0.020/（0.032−0.020）pF=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化量为：T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2×0.517×（55/2）ps=31.28ps 。从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升沿变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，所产生的影响还是比较大的。

过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。

我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：L=5.08h[ln（4h/d）+1]。其中，L是过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从公式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：L=5.08×0.050[ln（4×0.050/0.010）+1]nH=1.015nH 。如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。这样的阻抗在有高频电流通过时已经不能忽略了。特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。

为了消除过孔寄生电容与寄生电感所带来的影响，可以采取如下措施：

• 选择合理尺寸的过孔大小，如对6～10层的PCB设计来说，选用10/20mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸板子，也可以尝试使用8/18mil的过孔。

• 使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。

• PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。

• 电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时，电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗。

• 在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地过孔。

审核编辑 黄昊宇