现代高速数字电路设计中，过孔对PCB线路板信号完整性的影响不容忽视在高速设计中往往要采用多层PCB，而在多层板中，信号从某层互连线传输到另一层互连线就需要通过过孔来实现连接，在频率低于1GHz时，过孔能起到一个很好的连接作用，其寄生电容、电感可以忽略。当频率高于1GHZ后，过孔的寄生效应对信号完整性的影响就不能忽略，此时过孔在传输路径上表现为阻抗不连续的断点，会产生信号的反射、延时、衰减等信号完整性问题。当信号通过过孔传输至另外一层时，信号线的参考层同时也作为过孔信号的返回路径，并且返回电流会通过电容耦合在参考层间流动，并引起地弹等问题。

在高速数字电路设计中，过孔的寄生电容、电感的影响不能忽略，此时过孔在传输路径上表现为阻抗不连续的断点，会产生信号的反射、延时、衰减等信号完整性问题。过孔长度、过孔孔径、焊盘/反焊盘直径对过孔阻抗的影响。通过在信号孔旁增加接地孔，为过孔电流提供回路方法，提高过孔阻抗的连续性，并有效降低过孔损耗。结果表明，增加接地孔可实现对过孔阻抗的控制，过孔阻抗随接地孔数量增加而降低，当采用4个接地孔时过孔阻抗可通过同轴电缆阻抗公式进行近似计算。此外，本文还探讨了过孔多余短柱对过孔阻抗及损耗的影响。结果表明，过孔多余短柱长度每增加0.10 mm，过孔阻抗降低0.4-0.9 ohm，且过孔损耗随多余短柱长度增加而增大。

仿真结果只能帮助了解相关参数对过孔阻抗及信号完整性的影响趋势，但不能准确给出过孔参数的影响程度。通过采用网络分析仪测试TDR曲线方法研究了单端过孔阻抗分析了过孔孔径、过孔长度、焊盘/反焊盘尺寸对过孔阻抗的影响；通过为过孔信号提供返回路径的方法，研究了接地孔对过孔阻抗、损耗的影响，多余短柱对过孔阻抗及损耗的影响。

不同层数测试板，信号过孔孔径设计值为0.20-0.50 mm，过孔长度设计为0.5-2.0 mm，设计了不同尺寸焊盘、反焊盘。多余短柱对过孔阻抗、损耗的影响，试验通过背钻技术，控制背钻深度获得了不同短柱长度单端过孔，过孔长度为0.20-0.80 mm。试板制作完成后采用矢量网络分析仪测试含过孔单端线的TDR曲线和S参数，通过过孔处TDR曲线变化情况获得过孔阻抗值，并通过S参数分析过孔损耗。

过孔长度是影响过孔电感的主要因素之一
对用于顶、底层导通的过孔，过孔长度等于PCB厚度，由于PCB层数的不断增加，PCB厚度常常会达到5 mm以上。然而，高速PCB设计时，为减小过孔带来的问题，过孔长度一般控制在2.0 mm以内。这里研究了过孔长度在1.0-2.0 mm范围变化时，过孔长度由1.0 mm增加至2.0 mm时，由于过孔电感的迅速增加，导致过孔阻抗也迅速增加，即过孔长度越大，过孔阻抗不连续性越差。当过孔长度在1.0 mm范围内时，通过过孔参数优化，可以将过孔引起的阻抗变化控制在10%内，但过孔长度超过1.5 mm时，过孔阻抗不连续性问题变得难以解决。

过孔孔径对过孔阻抗的影响
当过孔孔径由0.20 mm增加至0.50 mm时，过孔阻抗由58.4 ohm降低至52.5 ohm。这主要是由于过孔孔径增加后导致过孔电容增加，而过孔阻抗与电容呈反比。对于过孔长度大于2.0 mm过孔，通过增加过孔孔径，可在一定程度上提高过孔阻抗连续性。当过孔长度为1.0 mm及以下时，最佳过孔孔径为0.20-0.30 mm。

过孔焊盘尺寸对过孔阻抗的影响
当过孔焊盘直径由0.45 mm增加至0.55 mm时，过孔阻抗由57.5 ohm降低至55.2 ohm。这是由于过孔焊盘尺寸增加，同样会导致过孔电容增加。由测试结果可以得出，过孔焊盘尺寸每增加0.05 mm，过孔阻抗约下降0.5-0.7 ohm。

接地孔对过孔阻抗和损耗的影响
对于一个4层板，当信号由顶层传输线转至底层时，可能会出现两种情况。信号过孔旁没有地孔的情况，此时信号通过过孔时，返回路径通过两地层返回，未受控的返回电流产生了地弹效应，且信号通过过孔时产生的电磁波（EM）在两底层上传输，导致电压波动，引起信号完整性问题。增加接地孔情况，此时接地孔为过孔信号提供了完整的返回路径，同时也为过孔信号提供了参考孔，从而提高了信号过孔的阻抗连续性，并减小信号损耗。这里主要研究了接地孔对过孔阻抗及损耗的影响。

多余短柱对过孔阻抗和损耗的影响
在高速多层PCB中，当信号从顶层传输到内部某层时，用通孔连接就会产生多余的导通孔短柱，短柱极大地影响着信号的传输质量。当信号在通过过孔传输到阻抗匹配的另一层线路时，会有一部分能量被传递到过孔的短柱上，而这一部分由于没有任何的阻抗终结，所以可以被看作是全开路状态，因此这个分支便会造成剩余能量的全反射，这大大地削弱了信号质量，损坏了原始信号的完整性。采用盲孔和埋孔，可有效避免短柱对信号完整性的影响，但该技术工艺复杂且成本高。而采用背钻技术将信号孔中多余的短柱钻掉，可获得更好的过孔信号传输质量，所以，研究短柱对过孔信号完整性的影响有助于平衡成本与性能。

通过对过孔设计参数孔径、过孔长度、焊盘/反焊盘尺寸进行优化可有效提高过孔阻抗连续性。当过孔长度小于1.0 mm时，可通过对这4个设计参数进行优化，将过孔引起的阻抗变化控制在10%以内。为过孔信号提供返回路径，可实现对过孔阻抗的控制，并能降低过孔的信号损耗。采用4个接地参考孔时，过孔阻抗可通过同轴电缆阻抗公式近似计算。多余短柱会导致过孔阻抗降低，损耗增加。爱彼电路是专业高精密PCB电路板研发生产厂家,可批量生产4-46层电路板,线路板,高频线路板,高速电路板,混压电路板,HDI线路板等,定位高精密!高难度!高标准!