什么是寄生电感

寄生电感一半是在PCB过孔设计所要考虑的。

 

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指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，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=5.08x0.050［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经不能够被忽略，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。

PCB过孔的寄生电容和电感的计算

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，则我们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。实际设计中可以通过增大PCB过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者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经不能够被忽略，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PCB过孔，这样PCB过孔的寄生电感就会成倍增加。