电路中过孔对高速信号影响的HFSS分析

过孔的反焊盘仿真

过孔在PCB设计中地位不言而喻,它起到多个层叠之间的互连作用。有人肯定会说我是单面板,好吧!你赢了!除了单面板,两层以上的板子,层间互连都需要过孔。而且还起到器件的固定作用,比如:零件孔。

过孔在不同的PCB形态中又分为通孔,盲孔和埋孔。不管哪种孔都由孔焊盘,孔壁,反焊盘,非功能焊盘等几个部分组成。从过孔的结构来看,物理上面一定会有寄生效应。

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



也就是说,在高速信号传输过程中,这个孔就不是一个单纯的孔。它会有各种寄生参数,从而影响信号的完整性。最明显的表征就是使阻抗不连续性。如下图:100ohm的差分线,在M1点最低阻抗降到90ohm。

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



一、那么具体有哪些影响

我们从寄生电容和寄生电感两个方面来看,我们首先来看看过孔的等效模型。

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



寄生电容:

过孔的寄生电容公式可以近似为

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



其中:D1过孔焊盘直径(inch);D2过孔反焊盘直径(inch);T PCB的板厚(inch); 相对介电常数。

寄生电容的存在会延迟信号及变缓信号的上升时间。从公式上看,板厚越厚,焊盘变大,反焊盘变小,寄生电容就会变大。

寄生电感:

过孔的寄生电感公式可以近似为

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



其中:h过孔的长度(inch);d过孔直径。

寄生电感会使消弱旁路电容的作用,等效阻抗较大的时候,会比寄生电容更可怕。从公式中看出,孔的长度越长,孔径越小,寄生参数越大。不能只看一两个参数,需要综合起来看各个参数的影响。

二、 从上面的公式中,可以得出一些经验值,但是不能只看一两个参数,需要综合起来看各个参数的影响。这样用仿真工具来进行模拟,使参数更加优化。

一般实际设计产品的时候,定义符合制程及设计要求合适的叠构及过孔结构。然后,以反焊盘为变量进行仿真,看反焊盘大小多少最为合适。

很多仿真软件都有方面的的功能。皮皮一般用HFSS Via Wizard,建立叠构及过孔结构。然后,在HFSS中建立VIA的3D模型,进行阻抗曲线的求解,得出最合适的反焊盘尺寸。

HFSS Via Wizard中填入叠构和过孔:

如下图,分别在相应的地方填入数据,最后点击generate project 进入HFSS中,则会自动打开软件建立了一个差分对的模型。如果在使用软件过程中有疑问,也可以留言互动讨论哦。

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



HFSS中建立VIA的3D模型:

在软件中,把VIA antipad作为变量,用软件分析不同变量下,阻抗的值,选出最优的值。用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



下面举一个例子:

85OHM的差分阻抗线,12L,以antipad作为变量,进行仿真。

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



从上图看出,M1的曲线接近目标值,这个时候的antipad是19mil。M2也接近目标值。所以为了间距问题,可以antipad是18mil。

所以建议过孔模型:

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响



三、 我们在PCB设计中,一般都会权衡影响过孔阻抗的各个因素,找到一个平衡让过孔的影响,尽量降到最小。下面根据上面公式中的参数变化,总结出寄生参数的变化。大家可以收藏备用哦。

用HFSS对电路中过孔进行仿真,看看其对高速信号的影响

免责声明:本文系网络转载或改编,未找到原创作者,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删

QR Code
微信扫一扫,欢迎咨询~

联系我们
武汉格发信息技术有限公司
湖北省武汉市经开区科技园西路6号103孵化器
电话:155-2731-8020 座机:027-59821821
邮件:tanzw@gofarlic.com
Copyright © 2023 Gofarsoft Co.,Ltd. 保留所有权利
遇到许可问题?该如何解决!?
评估许可证实际采购量? 
不清楚软件许可证使用数据? 
收到软件厂商律师函!?  
想要少购买点许可证,节省费用? 
收到软件厂商侵权通告!?  
有正版license,但许可证不够用,需要新购? 
联系方式 155-2731-8020
预留信息,一起解决您的问题
* 姓名:
* 手机:

* 公司名称:

姓名不为空

手机不正确

公司不为空