Marin说PCB之过孔去掉非功能焊盘的优点设计总结

本文主要是介绍Marin说PCB之过孔去掉非功能焊盘的优点设计总结，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

最近小编忙着做一个板子，差点忘记了之前答应大家单独出一篇文章讲解信号的过孔去掉非功能焊盘的优点，下面就由我为大家揭秘。

首先还是带大家回忆一下之前文章关于信号过孔结构的描述：

过孔主要是由：孔经，焊盘，隔离盘组成的，而焊盘主要就是负责内层以及表底层走线的连接。我们知道随着数字信号的速率不断提升，我们在PCB设计的时候信号的完整性就变的相当重要了，例如信号的阻抗，串扰，反射等等，由于过孔本身的特性，通常过孔的阻抗都是小于我们传输线阻抗50Ω的，经验值是小于信号阻抗10%-12%左右（这个还是要看板子的层叠和的厚度来定的），当传输线阻抗与过孔阻抗不匹配，就会产生反射，导致我们板子上的信号完整性变的很差了。

下面我们以一个10层板子为例，层叠和结构如下：

图片上的是四层板子过孔的结构图，中间的两个是连接内层的走线焊盘，十层板的VIA的结构以此类推再加上六个焊盘即可，小编这里就不再重新画图了。

Via使用的是10mil的孔经，22mil的焊盘，antipad(反焊盘)为32mil,板子的厚度是1.6MM。设置好相应层叠参数，出线的方式是TOP层进来，BOT层出线这个为原始设计，然后再去把非功能焊盘去掉通过仿真来对比一下。

top层进来，bot层出线，所有层非功能焊盘都是保留的，（方案一）

top层进来，bot层出线，内层非功能焊盘都是去掉的，（方案二）

我们通过仿真从插入损耗、回波损耗、特性阻抗三个维度进行了分析对比，结果如下所示：

一，TDR:

1,初始设计阻抗跌落至32欧姆（红色曲线）。

2,去除非功能焊盘”的处理，可将特性阻抗控制在44欧姆左右（绿色曲线）。

将以上的两个TDR的仿真结果进行对比可以看出信号的过孔采用了无盘工艺后过孔阻抗由32提升到了44Ω，更接近了我们常规的传输线阻抗50Ω，因此会有更小的反射，更好的信号质量。

二，插入损耗：

初始设计确实会带来巨大的损耗，尤其以高频处为甚（红色曲线）

“去除非功能焊盘”的处理，可将插损在20GHz的宽频段内，限制在-0.2dB以内（绿色曲线），相比于1效果显著。

三，回波损耗：

1，初始设计从4GHz开始，跌到-10dB以内，容易导致设计裕量不足（红色曲线）

2，“去除非功能焊盘”的处理，可在4GHz开始将能量限制在-20dB以下，全频段限制在-10dB以下（绿色曲线）

我们从过孔的等效模型可以得出一个过孔寄生电容的近似公式：

其中：D1过孔焊盘直径（inch）；D2过孔反焊盘直径（inch）；T 为PCB的板厚（inch）；板基材介电常数为ε ,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，从而影响信号的传输质量。

我们也可以从过孔的结构来分析一下：

因为由于我们过孔环宽（大圆的直径减去孔壁的直径就是我们内层环宽的大小了）的存在，内层的过孔的焊盘是金属，信号过孔的内壁是也是金属（这个不理解的话可以看一下过孔的生产加工流程），中间隔着反焊盘间隙的介质（X轴和Y轴方向）。我们知道一般两个金属之间存在介质就会产生电容，这样就会导致我们走线上的过孔寄生电容加大了，当然了这只是一方面，另一方面不同层的焊环和焊环之间也会产生电容（Z轴方向），多重功效加在一起就把我们的过孔阻抗给拉低了。

不过过孔寄生电容这个影响一般是在中低速率的信号，因为信号速率越高，过孔的寄生电感带来的影响往往会大于寄生电容的，这个小编在之前的文章中也有讲解过的。

Marin说PCB之via的使用对于传输线的影响

还有就是从LAYOUT角来看就是去掉非功能焊盘可以优化一下我们板子上走线的空间，尤其在BGA里面的走线和铺铜。例如我们的板子上BGA是0.65MM，我们在BGA区域加上了一个特殊的spacing规则，BGA_0.65MM,过孔到shape的间距是4mil。