每個(gè)通孔都有對(duì)地寄生電容。因?yàn)橥椎膶?shí)體結(jié)構(gòu)小,其特性非常像集總線路元件。我們可以在一個(gè)數(shù)量以內(nèi)估算一個(gè)通孔的寄生電容的值:
其中,D2=地平面上間隙孔的直徑,IN
D1=環(huán)繞通孔的焊盤(pán)的直徑,IN
T=印刷電路板的厚度,IN
∑=電路板的相對(duì)導(dǎo)磁率
C=通孔寄生容量,PF
當(dāng)焊盤(pán)大小接近間隙孔直徑的時(shí)候,焊盤(pán)會(huì)產(chǎn)生更多的電容。如果地層的間隙孔必須保持足夠小,以維持地平面的連續(xù)性,那么就要減小或去除地層上的焊盤(pán)。對(duì)于走線通孔,如果在該層上有一些穿破,是不會(huì)有問(wèn)題的。
通孔電容使數(shù)字信號(hào)的上升沿減慢或變差,這是它的主要影響。
上式假設(shè)每層上都有一個(gè)焊盤(pán)。有的設(shè)計(jì)者省略了一些布線層上沒(méi)有邊接走線的焊盤(pán),這使得寄生電容略微減少。在許多實(shí)際情況下,寄生電容非常小,完全可以不考慮它。
如果必須要預(yù)先知道通孔的電容,可以使用一個(gè)實(shí)體模型來(lái)測(cè)算。當(dāng)建立實(shí)體模型時(shí),要使用電容的比例原理。
一個(gè)通孔或走線比例模型的電容是實(shí)際通孔電容的X倍,其中,X是模型的比例。
舉例來(lái)說(shuō),圖7.4表示了一個(gè)簡(jiǎn)單的焊盤(pán)模型,由鋁箔和硬紙板構(gòu)成,這是一個(gè)表面貼裝設(shè)計(jì)走線通孔的100:1比例模型。中央的管子表示電鍍孔的內(nèi)表面。直徑是1.6IN。管子兩端的爆盤(pán)的直徑是2.8IN。與地平面之間的間隙為5.0IN。從這些尺寸測(cè)算的電容值結(jié)果為11.0PF,按比例縮小100,在空氣中的實(shí)際電容是0.11PF。由于實(shí)際的電容將會(huì)嵌入在FR-4中,其相對(duì)導(dǎo)磁率真為4.7,所以該通孔的電容將接近0.5PF。
與實(shí)際完工的通孔電容相比,相對(duì)較大的11PF電容的精確測(cè)算要容易得多。此外,制作實(shí)體模型是非常有趣的事情。
讓我們用上式再核算一下所測(cè)算的電容值:
不要期望公式在所有的時(shí)候都會(huì)如此接近。
對(duì)于一個(gè)50歐傳輸線,這個(gè)通孔將會(huì)有多大影響呢?實(shí)際的通孔將使10~90%上升時(shí)間變差:
27PS確實(shí)是個(gè)非常小的時(shí)間間隔。
如果必須要經(jīng)常進(jìn)行焊盤(pán)的電容測(cè)算,可以投資購(gòu)買(mǎi)電磁場(chǎng)模型軟件。這些程序包能夠精確地構(gòu)造電感和電容三維空間模型。