高速PCB設(shè)計中放置PCB通孔

在設(shè)計印刷電路板時，需要完成很多放置工作。首先，將需要放置所有原理圖符號。然后，它們可能會在原理圖完成之前被移動并重新放置很多次。進(jìn)入布局后，將放置每個組件。并且與原理圖一樣，這些零件也將移動很多，以優(yōu)化布局以獲得好的電路性能和可制造性。
不過，還有一部分布局需要放置，而這些都是設(shè)計中的所有過孔。如果您從未想過將通孔添加為“放置”它們，那么您并不孤單。通孔通常被認(rèn)為是走線工藝的一部分。水平走線直到遇到障礙物，然后向下走到下一層并垂直走線。但是，在高速設(shè)計中的過孔布置中，這種思維需要受到挑戰(zhàn)，因?yàn)檫^孔可能會對電路板的性能產(chǎn)生巨大影響。
設(shè)置高速PCB設(shè)計中的過孔
您可以做的好的事情之一就是幫助您將通孔放置在高速設(shè)計中，這是在您進(jìn)入布局之前必須首先組織好自己。這意味著您將獲得針對任何類型的PCB布局所需的所有基礎(chǔ)知識的設(shè)計設(shè)置。您將要確保原理圖盡可能干凈和完整，并了解要在布局中使用的圖層堆疊。您還應(yīng)該確保您的PCB足跡和其他庫零件是比較新的并且可以使用，并設(shè)置網(wǎng)格和其他設(shè)計參數(shù)。
PCB設(shè)計設(shè)置的另一部分是準(zhǔn)備將在布局中使用的過孔。這些通常在PCB零件庫中可用，或者您可以在CAD工具中自己創(chuàng)建它們。您設(shè)置的通孔應(yīng)與布局的不同網(wǎng)絡(luò)和設(shè)計約束條件相關(guān)聯(lián)，以便在適當(dāng)?shù)奈恢檬褂谜_的通孔。高速PCB設(shè)計將需要混合使用不同尺寸和類型的通孔：
通孔：這是幾乎所有PCB布局上都使用的標(biāo)準(zhǔn)通孔類型，并鉆穿了從上到下的層，連接了整個PCB的所有層。您將需要較大的通孔通孔以進(jìn)行電源和接地連接，而需要較小的通孔以進(jìn)行常規(guī)信號路由。在某些情況下，您可能需要混合使用不同大小的通孔，具體取決于要布線的網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前負(fù)載。
盲孔和埋孔：盲孔始于外層（頂部或底部），并終止于內(nèi)層。另一方面，掩埋過孔在內(nèi)層開始和停止。這些通孔的制造成本更高，但可能成為布線密集設(shè)計的重要組成部分。
微型通孔：可以通過激光鉆孔而不是使用常規(guī)鉆頭創(chuàng)建微型通孔，從而使其更小。這在高密度設(shè)計中非常重要。
用于扇出布線的通孔
一旦開始設(shè)計，您顯然必須先放置組件，然后才能進(jìn)行布線，但是仍然需要牢記最終的布線和通孔樣式。您將要開始使用主要組件并將電路路徑分組在一起，然后在它們周圍添加較小的部分。放置去耦電容器時，請記住，將IC電源引腳連接到電路板另一側(cè)的電容器的過孔具有比兩部分都在同一側(cè)的電感大得多的電感。
放置通孔以將去耦電容器連接至IC只是您將要進(jìn)行的逃逸布線的一部分。包括球柵陣列（BGA）在內(nèi)的大多數(shù)所有表面安裝零件都需要在其上添加通孔，以訪問內(nèi)層布線通道。這是為通孔使用設(shè)計網(wǎng)格的很大幫助：
使用寬的柵格進(jìn)行通孔間距將允許它們之間有更大的布線通道。
過孔的位置應(yīng)有策略地放置，以允許在不同方向上布線以及轉(zhuǎn)動大的走線總線。
與隨機(jī)放置的過孔相比，網(wǎng)格上與放置的組件對齊的過孔將提供更多的路由通道。
在某些情況下，一般遠(yuǎn)離該器件布線，然后掉下通孔以避免阻塞布線通道。
從細(xì)間距BGA布線時，您可能必須使用較小的通孔，焊盤中的通孔或微通孔才能進(jìn)入所有逸出布線。BGA焊盤中常規(guī)鉆孔的通孔對此非常有幫助，但將需要額外的制造步驟來完成防止焊料通過孔芯吸走。BGA焊盤中的微孔也很有幫助，但由于高密度PCB設(shè)計中的走線和空間公差很窄，因此對于制造商而言可能會更加困難。請記住，當(dāng)您從高引腳數(shù)的器件（如BGA）中逃逸出布線時，重要的是您的通孔圖樣要留出內(nèi)層布線通道的空間。
通孔和信號完整性
完成逸出布線后，就該開始以蝕刻方式將網(wǎng)絡(luò)連接在一起了，但是您仍然需要注意如何在高速設(shè)計中布線和放置過孔。我們都知道PCB上的走線具有電感，但過孔也具有電感。盡管通孔的長度與走線相比非常小，但仍可能會影響甚高頻線的信號完整性。因此，一般盡可能減少通孔的使用。這將幫助您避免任何額外的電感，長度或其他信號完整性問題，這些額外的過孔可能會導(dǎo)致高速或RF設(shè)計。有關(guān)在設(shè)計RF信號時要使用的一些好的實(shí)踐的更多信息。
高速設(shè)計中過孔放置的另一個問題是布線差分對。您將希望盡可能避免使用過孔，但這通常很難做到。當(dāng)您確實(shí)在差分對中使用過孔時，請將過孔放在兩條走線上以使其相等。此外，在通孔周圍布線差分對時，請確保不要在通孔的兩側(cè)分開走線。兩條線需要保持在一起。
放置通孔進(jìn)行逃逸布線或總線布線時，請注意不要在接地層中形成連續(xù)的空隙。防墊在平面上的重疊可能會產(chǎn)生一個插槽，如下圖所示。該空隙會阻塞通過平面的清晰信號返回路徑，導(dǎo)致返回信號四處游蕩，試圖找到返回的路徑。這樣阻塞返回路徑會導(dǎo)致電路板的電磁干擾（EMI）和信號完整性問題增加。有關(guān)設(shè)計良好的供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）的更多有用信息。
高速PCB設(shè)計中的另一個過孔問題是過孔短截線。當(dāng)使用將第1層連接到第2層的通孔過孔時，過孔仍將繼續(xù)延伸到板的另一側(cè)。多余的部分是線路上的存根，可能導(dǎo)致不希望的信號反射。這些存根可以通過稱為反鉆的制造工藝來消除，或者使用盲孔和掩埋過孔可以將過孔疊層限制在它所連接的層上。
高速PCB設(shè)計中的另一種有用的過孔技術(shù)是將“縫合”過孔放置在電路板上特定對象周圍或整個電路板輪廓周圍。縫合過孔所產(chǎn)生的法拉第籠效應(yīng)通過防止任何板對象充當(dāng)天線來幫助抑制板中潛在的EMI問題。同樣，通過將板的所有接地層與縫合過孔連接在一起，它可以幫助這些平面保持在相同的接地電位，這有助于提高信號完整性。
使用PCB設(shè)計CAD工具處理過孔
如您所見，通孔還有很多，而不僅僅是在高速設(shè)計中連接走線。您如何使用或不使用通孔可能會對設(shè)計最終的工作方式產(chǎn)生巨大影響。幸運(yùn)的是，您的CAD工具可以為您提供創(chuàng)建，修改和管理通孔的方法，從而為您提供了很多幫助。您還可以使用網(wǎng)格，設(shè)計規(guī)則和約束來控制用于特定網(wǎng)，層或電路板區(qū)域的通孔。
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