PCB过孔寄生电容与寄生电感计算公式实例

2023-5-23 14:20| 发布者: 开心| 查看: 29| 评论: 0

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摘要: 有关PCB过孔寄生电容与寄生电感计算公式的用法，计算出PCB过孔的寄生电容，PCB过孔的寄生电容数值，电容引起的上升时间变化量等，一起来了解下。PCB过孔寄生电容和寄生电感的计算公式PCB过孔本身存在着寄生电容，假 ...

有关PCB过孔寄生电容与寄生电感计算公式的用法，计算出PCB过孔的寄生电容，PCB过孔的寄生电容数值，电容引起的上升时间变化量等，一起来了解下。PCB过孔寄生电容和寄生电感的计算公式
PCB过孔本身存在着寄生电容，假如PCB过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2，PCB过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T，基板材介电常数为ε，则PCB过孔的寄生电容数值近似于：
C=1.41εTD1/(D2-D1)
PCB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，降低了电路的速度尤其在高频电路中影响更为严重。
举例，对于一块厚度为50Mil的PCB，如果使用的PCB过孔焊盘直径为20Mil(钻孔直径为10Mils)，阻焊区直径为40Mil，可以通过上面的公式近似算出PCB过孔的寄生电容大致是：
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
这部分电容引起的上升时间变化量大致为：
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
从这些数值可以看出，尽管单个PCB过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用PCB过孔进行层间的切换，就会用到多个PCB过孔，设计时就要慎重考虑。
实际设计中，通过增大PCB过孔和铺铜区的距离(Anti-pad)或减小焊盘的直径来减小寄生电容。
PCB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，PCB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。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个PCB过孔近似的寄生电感：
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
其中L指PCB过孔的电感，h是PCB过孔的长度，d是中心钻孔的直径。
从式中可以看出，PCB过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是PCB过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出PCB过孔的电感为：
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=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的通过已不能够被忽略。
注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个PCB过孔，这样PCB过孔的寄生电感就会成倍增加。

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