高速信号过孔寄生电容寄生电感对传输的影响
过孔对信号传输的影响
一、过孔的基本概念
过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层.
第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。
从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,高密度的PCB 设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，如果一块正常的6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil，那么，一般条件下PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般直径小于等于6Mils的过孔，我们就称为微孔。在HDI（高密度互连结构）设计中经常使用到微孔，微孔技术可以允许过孔直接打在焊盘上（Via-in-pad），这大大提高了电路性能，节约了布线空间。
过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比
传输线低12%左右，比如50欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6欧姆（具体和过孔的尺寸，板厚也有关，不是绝对减小）。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的，其反射系数仅为：(44-50)/(44+50)=0.06，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。
二、过孔的寄生电容和电感
过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)
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。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为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过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大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。
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，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。
三、如何使用过孔
通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：
1．从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的过孔，比如对于电源或地线的过孔，可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗，而对于信号走线，则可以使用较小的过孔。当然随着过孔尺寸减小，相应的成本也会增加。
2．上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。
3．PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。
4．电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个过孔，以减少等效电感。
5．在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地过孔。
6．对于密度较高的高速PCB板，可以考虑使用微型过孔。
HC500L全自动电容电感测试仪
感谢您选用本公司的产品！ 您现在参考的是全自动电容电感测试仪说明书。在使用本产品之前，请您详细阅读本说明书，并特别注意以下注意事项： 1、测量时必须将钳形表置于OFF档。 2、测量时必须将测试电压输出开关置于“通”位置。 3、为获得正确的容量值，必须在测量前设置与电容器铭牌相同的电压值。 4、如果怀疑仪器精度有问题，请用仪器随机配置的参考电容器进行检查。 5、在测量小电容小电感时，钳形表的位置对测量值有影响，请将钳形表置 于最佳位置，并保持钳口完整闭合。
目录 一、概述 0 二、技术参数 0 三、工作原理 (1) 四、仪器面板 (2) 五、接线方法 (3) 1、并联电容器测量 (3) 2、电抗器电感测量 (4) 3、电感测量注意事项 (4) 六、操作步骤 (5) 1、参数设置 (5) 2、测量开始 (6) 3、保存数据 (8) 4、打印操作 (9) 5、查询数据 (10) 七、配套清单 (11) 八、贮存及运输 (11)
HC-500L 全自动电容电感测试仪 一、概述 全自动电容电感测试仪针对变电站现场测量并联电容器组中的单个电容器电容值时存在的问题而专门研制的，它着重解决了以下问题： （1）现场测量单个电容器需拆除连接线，不仅工作量大而且易损坏电容器。 （2）电容表输出电压低而导致故障检出率低。 （3）测量电抗器的电感。 该仪器具有测量工作量小、快捷简便、性能稳定、测量准确、故障检出率高等特点。此外，它的电流测量单元还可兼作CVT、避雷器等电器设备的测量之用，具有一机多能的功效。 本型号测试仪特点 （1）量程自动转换； （2）储存7168个测试数据； （3）大屏幕液晶（320×240 LCD）显示, 汉字菜单操作提示； （4）实现波形和测量处理数据同屏显示，使测试过程更直观； （5）具有设置、校正和调试功能。 二、技术参数 1、电容量量程：0.2μF～2,000μF； 容量范围：5～20,000 kvar； 测量精度：0.2μF～2μF ±1%读数±0.02μF； 2μF～2,000μF ±1%读数±2个字； 2、电感量程：1mH～9.99H；测量精度：±1.5%读数±2个字 3、输出测量电压：AC 26V/500VA；50Hz； 4、显示方式：大屏幕液晶示屏全汉字输出，TPμp-40面板式热敏打印机
PCB布线设计经验谈-寄生电容
PCB布线设计经验谈-寄生电容 技术分类： EDA工具与服务 | 2009-04-10 布线需要考虑的问题很多，但是最基本的的还是要做到周密，谨慎。 寄生元件危害最大的情况 印刷电路板布线产生的主要寄生元件包括：寄生电阻、寄生电容和寄生电感。例如：PCB 的寄生电阻由元件之间的走线形成；电路板上的走线、焊盘和平行走线会产生寄生电容；寄生电感的产生途径包括环路电感、互感和过孔。当将电路原理图转化为实际的PCB时，所有这些寄生元件都可能对电路的有效性产生干扰。本文将对最棘手的电路板寄生元件类型 — 寄生电容进行量化，并提供一个可清楚看到寄生电容对电路性能影响的示例。 图1 在PCB上布两条靠近的走线，很容易产生寄生电容。由于这种寄生电容的存在，在一条走线 上的快速电压变化会在另一条走线上产生电流信号。 无损测试-Proceq瑞士 https://www.360docs.net/doc/ce7550932.html, 专业生产及研发混凝土回弹仪,钢筋 扫描仪,锈蚀分析仪,拉拔测试仪等.Ads by Google
图2 用三个8位数字电位器和三个放大器提供65536个差分输出电压，组成一个16位D/A转换器。 如果系统中的VDD为5V，那么此D/A转换器的分辨率或LSB大小为76.3mV。 图3 这是对图2所示电路的第一次布线尝试。此配置在模拟线路上产生不规律的噪声，这是因为在特定数字走线上的数据输入码随着数字电位器的编程需求而改变。 寄生电容的危害 大多数寄生电容都是靠近放置两条平行走线引起的。可以采用图1所示的公式来计算这种电容值。 在混合信号电路中，如果敏感的高阻抗模拟走线与数字走线距离较近，这种电容会产生问题。例如，图2中的电路就很可能存在这种问题。 为讲解图2所示电路的工作原理，采用三个8位数字电位器和三个CMOS运算放大器组成一个16位 D/A转换器。在此图的左侧，在VDD和地之间跨接了两个数字电位器(U3a和U3b)，其抽头输出连接到两
PCB布线产生的寄生电感对DC-DC效率的影响
PCB布线产生的寄生电感对DC-DC效率的影响 引言 由于计算机工业朝着能在1V下提供高达200A电流的DC-DC转换器进发，因此，PCB布线技术需要满足这个极具挑战性的新兴转换器的要求。为了比较各种布线缺陷的影响，我们重点研究电路中寄生电感的影响，尤其是那些与开关MOSFET的源、漏、栅极相关的寄生电感。我们构建了一个用于测试DC-DC转换器的PCB，该转换器可输入12V DC并将其转换为1.3V，输出电流高达20A。我们使用插件板（plug-in board）进行组装，可以随时分别或同时改变每个MOSFET电极处的电感（图1）。我们选择将电感数值作为专门设计的2英寸插件板总体电感的百分比，而非实际数值，因为布线人员只知道特定迹线的长度而未必知道其电感的数值。 试验设计 我们使用转换器效率来度量这些寄生电感的影响。这是因为效率是测量DC-DC转换器性能的标准指标。试验分为如下部分： 调节MOSFET漏、源和栅极的各个电感值的比例系数，用测量其转换效率的结果来观察对同步整流器的影响。 通过上述任意两项的组合，以了解它们之间的相互关系。 电感测试板具有43nH的电感量，一般被设置为0%、25%、50%和100%。 在我们进行的试验中，电感测试板上的寄生电阻影响很小，可忽略。由于寄生电感的有害影响与频率有关，所以我们是在三种预置开关频率下进行试验：300kHz、600kHz和1MHz。这样我们就可以认识到在未来将设计从正常开关频率转移至更高频率时对设计有何重要性。 大家都知道在功率电路中，所有迹线的长度必须保持最短，以避免电压和电流的振铃现象、降低电路板的总EMI，并避免对电路中较稳定组件造成负面影响（特别是对模拟控制电路和相关组件）。另外，参考资料显示控制MOSFET的源极电感对于源极电流下降时间的增
电容器的寄生作用与杂散电容
问：我想知道如何为具体的应用选择合适的电容器，但我又不清楚许多不同种类的电容器有哪些优点和缺点? 答：为具体的应用选择合适类型的电容器实际上并不困难。一般来说，按应用分类，大多数电容器通常分为以下四种类型(见图14.1)： ·交流耦合，包括旁路(通过交流信号，同时隔直流信号) ·去耦(滤掉交流信号或滤掉叠加在直流信号上的高频信号或滤掉电源、基准电源和信号电路中的低频成分) ·有源或无源RC滤波或选频网络 ·模拟积分器和采样保持电路(捕获和储存电荷) 尽管流行的电容器有十几种，包括聚脂电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器、电解电容器，但是对某一具体应用来说，最合适的电容器通常只有一两种，因为其它类型的电容器，要么有的性能明显不完善，要么有的对系统性能有“寄生作用”，所以不采用它们。 问：你谈到的“寄生作用”是怎么回事? 答：与“理想”电容器不同，“实际”电容器用附加的“寄生”元件或“非理想”性能来表征，其表现形式为电阻元件和电感元件，非线性和介电存储性能。“实际”电容器模型如图14.2所示。由于这些寄生元件决定的电容器的特性，通常在电容器生产厂家的产品说明中都有详细说明。在每项应用中了解这些寄生作用，将有助于你选择合适类型的电容器。 图14.2 “实际”电容器模型 问：那么表征非理想电容器性能的最重要的参数有哪些? 答：最重要的参数有四种：电容器泄漏电阻RL(等效并联电阻EPR)、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)和介电存储(吸收)。
电容器泄漏电阻，RP：在交流耦合应用、存储应用(例如模拟积分器和采样保持器)以及当电容器用于高阻抗电路时，RP是一项重要参数，电容器的泄漏模型如图1 4.3所示。 图14.3 电容器的泄漏模型 理想电容器中的电荷应该只随外部电流变化。然而实际电容器中的RP使电荷以R C时间常数决定的速率缓慢泄漏。 电解电容器(钽电容器和铝电容器)的容量很大，由于其隔离电阻低，所以漏电流非常大 (典型值5～ 20nA/μF)，因此它不适合用于存储和耦合。 最适合用于交流耦合及电荷存储的电容器是聚四氟乙烯电容器和其它聚脂型(聚丙烯、聚苯乙烯等)电容器。 等效串联电阻(ESR)，R ESR ：电容器的等效串联电阻是由电容器的引脚电阻与电容器两个极板的等效电阻相串联构成的。当有大的交流电流通过电容器，R ESR 使电容器消耗能量(从而产生损耗)。这对射频电路和载有高波纹电流的电源去耦电容器会造成严重后果。但对精密高阻抗、小信号模拟电路不会有很大的影响。R ESR 最低的电容器是云母电容器和薄膜电容器。 等效串联电感(ESL)，L ESL ：电容器的等效串联电感是由电容器的引脚电感与电容器两个极板的等效电感串联构成的。像R ESR 一样，L ESL 在射频或高频工作环境下也会出现严重问题，虽然精密电路本身在直流或低频条件下正常工作。其原因是用子精密模拟电路中的晶体管在过渡频率(transition freque ncie s)扩展到几百兆赫或几吉赫的情况下，仍具有增益，可以放大电感值很低的谐振信号。这就是在高频情况下对这种电路的电源端要进行适当去耦的主要原因。 电解电容器、纸介电容器和塑料薄膜电容器不适合用于高频去耦。这些电容器基本上是由多层塑料或纸介质把两张金属箔隔开然后卷成一个卷筒制成的。这种结构的电容具有相当大的自感，而且当频率只要超过几兆赫时主要起电感的作用。对于高频去耦更合适的选择应该是单片陶瓷电容器，因为它们具有很低的等效串联电感。单片陶瓷电容器是由多层夹层金属薄膜和陶瓷薄膜构成的，而且这些多层薄膜是按照母线平行方式排布的，而不是按照串行方式卷绕的。 单片陶瓷电容的不足之处是具有颤噪声(即对振动敏感)，所以有些单片陶瓷电容器可能会出现自共振，具有很高的Q值，因为串联电阻值及与其在一起的电感值都很低。另外，圆片陶瓷电容器，虽然价格不太贵，但有时电感很大。 问：在电容器选择表中，我看到“损耗因数”这个术语。请问它的含义是什么? 答：好。因为电容器的泄漏电阻、等效串联电阻和等效串联电感，这三项指标几乎总是很难分开，所以许多电容器制造厂家将它们合并成一项指标，称作损耗因数(disspat ion factor)，或DF，主要用来描述电容器的无效程度。损耗因数定义为电容器每周期损耗能量与储存能量之比。实际上，损耗因数等于介质的功率因数或相角的余弦值。如果电容器在关心频带范围的高频损耗可以简化成串联电阻模型，那么等效串
DCDC电容电感计算
BOOST电路的电感、电容计算 升压电路的电感、电容计算 已知参数: 输入电压:12V --- Vi 输出电压:18V ---Vo 输出电流:1A --- Io 输出纹波:36mV --- Vpp 工作频率:100KHz --- f 其他参数: 电感:L 占空比:D 初始电流:I1 峰值电流:I2 线圈电流:Irms 输出电容:C 电流的变化:deltaI 整流管压降:Vd ***************************************************** 1:占空比 稳定工作时,每个开关周期导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少,即Vi*D/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-D)/(f*L),整理后有 D=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入,D=0.572 2:电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量,其值为Vi*(1-D)/(f*2*Io),参数带入,Lx=38.5uH, deltaI=Vi*D/(L*f),参数带入,deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时,输出纹波随电感量的增加变化较明显,
当电感的电感量大于此值Lx时,输出纹波随电感量的增加几乎不再变小,由于增加电感量可以减小磁滞损耗,另外考虑输入波动等其他方面 影响取L=60uH, deltaI=Vi*D/(L*f),参数带入,deltaI=0.72A, I1=Io/(1-D)-(1/2)*deltaI, I2= Io/(1-D)+(1/2)*deltaI, 参数带入,I1=1.2A,I2=1.92A 3:输出电容: 此例中输出电容选择位陶瓷电容,故ESR可以忽略 C=Io*D/(f*Vpp),参数带入, C=99.5uF,3个33uF/25V陶瓷电容并联 4:磁环及线径: 查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2),参数带入,irms=1.6A 按此电流有效值及工作频率选择线径
电容电感测试原理以及操作方法
工作原理 图1 工作原理图 在被测电容支路有对被测电容的电压、电流取样的取样电路，取样电路的输出端分别接放大电路，从电压放大电路输出的电压信号和从电流放大电路输出的电流信号通过鉴相器输出相位差信号，与电压信号和电流信号通过A/D转换器后，输入CPU计算而得到被测电容值。因为采用了移动的电流取样单元，而使得无需拆除连接线就可以直接测量电容值。 加之测量过程档位是自动进行选择，避免了手动操作引起的误差，因此具有稳定性好、重复性好，准确可靠的特点。 仪器面板 图2 仪器面板图 1：液晶屏幕 2：打印机：打印测量数据和波形
3：电流测试钳插座 4: 输出电压接线柱 5：接地端 6：电压输出开关 7：测量转换开关（电容测量/电感测量） 8：电源开关 9：电源（AC 220V）插座 10：屏幕亮度 11：按键功能区 【→】和【←】键可用于平移光标, 还可用于改变数值大小。 【↓】和【↑】键可用于改变光标的上下位置, 有时可用于增减数字。 【退出】键表示否定光标的提示,【确认】键表示肯定光标的提示。 【打印】键按此键后可得屏幕所显示的测量数据打印出来。 【复位】键按此键后直接跳回主菜单。 接线方法 A、并联电容器测量 进行测试前，应按使用要求正确连接电源线及信号电缆。 图3 接线方式示意图
图4 仪器现场测量实例 1、将测试电压电缆一端接到仪器测试电压输出端子④、⑦上； 2、将测试电流信号电缆插在仪器测试信号输入插头③上； 3、接好测试仪器220V电源线； 4、将测试电压电缆分别夹在被试电容器组两极的连接母线上，钳形电流取样表卡在所需测量的单台电容器的套管处； 5、闭合仪器电源开关⑧； 6、将面班上的“功能开关”置于“电容测量”，最后将“电压输出开关”置于“通”的位置即进行电容测量，液晶屏幕上显示的数据即是测量结果 7、将钳形电流表取下，卡于另一台需测量的电容器上，直至该相测量完毕。 8、测试结束后，切断电源，并将面板上所有开关恢复到测试前的状态，拆除所有接线。 B、电抗器电感测量 1、接线方法同测量电容时一样，只是被测试品为电感； 2、开机按【确认】后屏幕显示主菜单画面，将光标移至【设置】处，进入第3屏设置参数，将【等效阻抗】设为【串联电感】模式。按【确认】键并存入设置值，回到主菜单。 3、将光标移至【测量】处，按确认进入测量状态。 4、将【电压输出开关】置于【通】的位置即进行电感测量。 C、电感测量注意事项 1、被测电感的Q值越高，测量准确度越高。 2、因仪器测试电压较高，测量小电感量电感时（10mH以下），测试时间不宜过长，在测试结果稳定后尽快关断电压输出开关，以免大电流损坏仪器电源和
PCB过孔的寄生电容和电感
PCB过孔的寄生电容和电感的计算和使用 一、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。 二、如何使用PCB过孔--PCB过孔的寄生电容和电感的使用 通过上面对PCB过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的PCB过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小PCB过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：
寄生电容特点详解
寄生电容特点详解 所谓寄生电容指的是本来没有在那个地方设计电容，但由于布线构之间总是有互容，互容就好像是寄生在布线之间的电容一样，所以叫寄生电容。 寄生电容一般是指电感，电阻，芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。实际上，一个电阻等效于一个电容，一个电感，和一个电阻的串连，在低频情况下表现不是很明显，而在高频情况下，等效值会增大，不能忽略，在计算中我们要考虑进去。ESL就是等效电感，ESR就是等效电阻。不管是电阻，电容，电感，还是二极管，三极管，MOS管，还有IC，在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值，电感值。 实际中并不是所有的寄生电容都是有害的，例如动态读写存贮器（DRAM），以其速度快、集成度高、功耗小、价格低在微型计算机中得到极其广泛地使用。但动态存储器同静态存储器有不同的工作原理，它是靠内部寄生电容充放电来记忆信息，电容充有电荷为逻辑1，不充电为逻辑0。 实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。电源纹波和瞬态规格会决定所需电容的大小，同时也会限制电容的寄生组成设置。图1显示一个电容的基本寄生组成，其由等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）组成，并且以曲线图呈现出三种电容（陶瓷电容器、铝质电解电容器和铝聚合物电容）的阻抗与频率之间的关系。表1显示了用于生成这些曲线的各个值。这些值为低压（1V~2.5V）、中等强度电流（5A）同步降压电源的典型值。
表1:三种电容比较情况，各有优点。 低频下，所有三种电容均未表现出寄生分量，因为阻抗明显只与电容相关。但是，铝电解电容器阻抗停止减小，并在相对低频时开始表现出电阻特性。这种电阻特性不断增加，直到达到某个相对高频为止（电容出现电感）。铝聚合物电容为与理想状况不符的另一种电容。有趣的是，它拥有低ESR,并且ESL很明显。陶瓷电容也有低ESR,但由于其外壳尺寸更小，它的ESL 小于铝聚合物和铝电解电容。 图1:寄生对陶瓷、铝和铝聚合物电容阻抗的改变不同 图2显示运作在500kHz下的连续同步调节器模拟的电源输出电容波形。它使用图1所示三种电容的主要阻抗：陶瓷电容；铝ESR;铝聚合物ESL.
电感电容计算
纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸，纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%，因此对降压型电源来说，流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%。 降压型开关电源的电感选择 为降压型开关电源选择电感器时，需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大纹波电流、占空比。下面以图2为例说明降压型开关电源电感值的计算，首先假设开关频率为300kHz、输入电压范围12V±10%、输出电流为1A、最大纹波电流300mA。 图2：降压型开关电源的电路图。 最大输入电压值为13.2V，对应的占空比为： D＝Vo/Vi＝5/13.2＝0.379 (3) 其中，Vo为输出电压、Vi为输出电压。当开关管导通时，电感器上的电压为： V＝Vi－Vo＝8.2V (4) 当开关管关断时，电感器上的电压为： V＝-Vo－Vd＝-5.3V (5) dt＝D/F (6) 把公式2/3/6代入公式2得出：
升压型开关电源的电感选择 对于升压型开关电源的电感值计算，除了占空比与电感电压的关系式有所改变外，其它过程跟降压型开关电源的计算方式一样。以图3为例进行计算，假设开关频率为300kHz、输入电压范围5V±10%、输出电流为500mA、效率为80%，则最大纹波电流为450mA，对应的占空比为： D＝1－Vi/Vo＝1－5.5/12＝0.542 (7) 图3：升压型开关电源的电路图。 当开关管导通时，电感器上的电压为： V＝Vi＝5.5V (8) 当开关管关断时，电感器上的电压为： V＝Vo＋Vd－Vi＝6.8V (9) 把公式6/7/8代入公式2得出： 请注意，升压电源与降压电源不同，前者的负载电流并不是一直由电感电流提供。当开关管导通时，电感电流经过开关管流入地，而负载电流由输出电容提供，因此输出电容必须有足够大的储能容量来提供这一期间负载所需的电流。但在开关管关断期间，流经电感的电流除了提供给负载，还给输出电容充电。
电容电感测试原理以及操作方法
精心整理 工作原理 图1工作原理图 在被测电容支路有对被测电容的电压、电流取样的取样电路，取样电路的输出端分别接放大电路，从电压放大电路输出的电压信号和从电流放大电路输出的电流信号通过鉴相器输出相位差信号，与电压信号和电流信号通过A/D转换器后，输入CPU计算而得到被测电容值。因为采用了移动的电流取样单元，而使得无需拆除连接线就可以直接测量电容值。 加之测量过程档位是自动进行选择，避免了手动操作引起的误差，因此具有稳定性好、重复性好，准确可靠的特点。 仪器面板 图2仪器面板图 1：液晶屏幕 2：打印机：打印测量数据和波形 3：电流测试钳插座 4:输出电压接线柱 5：接地端 6：电压输出开关 7：测量转换开关（电容测量/电感测量） 8：电源开关 9：电源（AC220V）插座 10：屏幕亮度 11：按键功能区 【→】和【←】键可用于平移光标,还可用于改变数值大小。 【↓】和【↑】键可用于改变光标的上下位置,有时可用于增减数字。 【退出】键表示否定光标的提示,【确认】键表示肯定光标的提示。 【打印】键按此键后可得屏幕所显示的测量数据打印出来。 【复位】键按此键后直接跳回主菜单。 接线方法
A、并联电容器测量 进行测试前，应按使用要求正确连接电源线及信号电缆。 图3接线方式示意图 图4仪器现场测量实例 1、将测试电压电缆一端接到仪器测试电压输出端子④、⑦上； 2、将测试电流信号电缆插在仪器测试信号输入插头③上； 3、接好测试仪器220V电源线； 4、将测试电压电缆分别夹在被试电容器组两极的连接母线上，钳形电流取样表卡在所需测量的单台电容器的套管处； 5、闭合仪器电源开关⑧； 6、将面班上的“功能开关”置于“电容测量”，最后将“电压输出开关”置于“通”的位置即进行电容测量，液晶屏幕上显示的数据即是测量结果 7、将钳形电流表取下，卡于另一台需测量的电容器上，直至该相测量完毕。 8、测试结束后，切断电源，并将面板上所有开关恢复到测试前的状态，拆除所有接线。 B、电抗器电感测量 1、接线方法同测量电容时一样，只是被测试品为电感； 2、开机按【确认】后屏幕显示主菜单画面，将光标移至【设置】处，进入第3屏设置参数，将【等效阻抗】设为【串联电感】模式。按【确认】键并存入设置值，回到主菜单。 3、将光标移至【测量】处，按确认进入测量状态。 4、将【电压输出开关】置于【通】的位置即进行电感测量。 C、电感测量注意事项 1、被测电感的Q值越高，测量准确度越高。 2、因仪器测试电压较高，测量小电感量电感时（10mH以下），测试时间不宜过长，在测试结果稳定后尽快关断电压输出开关，以免大电流损坏仪器电源和被测试品电感。 操作步骤 开机后屏幕显示主菜单画面（第1屏开机显示）。 第1屏主菜单 2）设置 如欲设置参数，将光标移至设置处，进入第2屏设置参数。 第2屏设置参数第3屏存入设置值 在第2屏画面中，有以下内容可以调整
PCB过孔对信号传输的影响
PCB过孔对信号传输的影响 -----Maxconn整理 https://www.360docs.net/doc/ce7550932.html,/blog/maxconn/3796/message.aspx 一．过孔的基本概念 过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。 从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，如果一块正常的6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil，那么，一般条件下PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般直径小于等于6Mils的过孔，我们就称为微孔。在HDI（高密度互连结构）设计中经常使用到微孔，微孔技术可以允许过孔直接打在焊盘上（Via-in-pad），这大大提高了电路性能，节约了布线空间。 过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低12%左右，比如50欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6欧姆（具体和过孔的尺寸，板厚也有关，不是绝对减小）。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的，其反射系数仅为：(44-50)/(44+50)=0.06，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。 二、过孔的寄生电容和电感 过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于： C="1".41εTD1/(D2-D1) 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。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为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过孔的寄生电容大致是： C="1".41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
测量电感及电容上电流和电压的相位差
测量电感及电容上电流和电压的相位差&测量电容上电流和电压 的相位差 上海中学高二（9）王晓欣、徐烨婷 指导教师杨新毅 实验目的：运用TI-83对电容电路进行实验，测量电容电路中电压与电流之间的相位差，了 解电容电感的性质。 实验原理 对于电阻R1，电流与电压成正比。电压v=Vsinωt，则i= Vsinωt /R。由于电阻R1mR1m1与电容串联，因此两者的电流相等。i= i= Vsinωt /R，电容的电流波形图与电阻的电压L1R1m1波形图的周期、初相位都相同，只在幅值上有所不同。因为只需观察电容的电流电压波形图 周期与初相位的关系，因此可以将电阻的电流波形图与电容的电压波形图进行对比，得出电 容的电压与电流的关系。 实验过程 1. 开机方法： ?用专用接线连接TI—83Plus和CBL。 ?按ON键打开TI—83Plus电源。
?按应用功能键APPS，进入Applications界面（见图1）。 图1 按数字键4选择Physics功能（见图2）。 图2 按ENTER回车键，进入主菜单（见图3）。 图3 2. 探头设定： ?将两个电压探头分别插入CH1,CH2两个插口中，打开CBL电源。 ?在Main Menu下按1选择SET UP PROBES，进入探头设定 菜单（见图4）。在NUMBER OF PROBES菜单中按2选择 图4 TWO。 在SELECT PROBE中按7选择MORE（见图5），再按3（见图6）将第一个探头选择为VOLTAGE。按ENTER 重复以上操作，将第二个探头也设为VOLTAGE。回到主菜 图5 单（见图7）。
图6 图7 3. 参数设定 在Main Menu下按2选择2：COLLECT DATA。在DATA COLLECTION中按2选择2：TIME GRAPH（见图8）。 图8 在ENTER TIME BETWEEN SAMPLES IN SECONDS：后输入时间间隔0.0005。在ENTER NUMBER OF SAMPLES：后输入取样个数100(见图9)。 图9 按ENTER对实验设置进行确认（见图10）。 图10 在CONTINUE中按1选择USE TIME SETUP，用以上设置图11 进行实验（见图11）。 4. 连接电路
PCB过孔技术全介绍
一、PCB过孔的基础知识 过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。从过孔作用上可以分成各层间的电气连接和用作器件的固定或定位两类。从工艺制程上来过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。从设计的角度来看，一个过孔主要由中间的钻孔（drill hole）和钻孔周围的焊盘区构成，这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。过孔越小，其自身的寄生电容也越小，适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，又受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制。
二、关于过孔的寄生电容 过孔的寄生电容过孔本身存在着对寄生地的杂散电容，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。尽管单个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过孔进行层间的切换， 设计者还是要慎重考虑的。 三、关于过孔的寄生电感 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，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。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。过孔产生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。
各种电感计算公式
导线线径与电流规格表 绝缘导线(铝芯/铜芯)载流量的估算方法 以下是绝缘导 线(铝芯/铜芯)载流量的估算 方法,这是电工基础,今天把这些知识教给大家,以便计算车上的导线允许通过的电流.(偶原在省供电局从事电能计量工作) 铝芯绝缘导线载流量与截面的倍数关系 导线截面(平方毫米) 1 1.5 2.5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 载流量(A 安培) 9 14 23 32 48 60 90 100 123 150 210 238 300 载流是截面倍数 9 8 7 6 5 4 3.5 3 2.5 估算口诀：二点五下乘以九，往上减一顺号走。三十五乘三点五，双双成组减点五。(看不懂没关系,多数情况只要查上表就行了)。条件有变加折算，高温九折铜升级。穿管根数二三四，八七六折满载流。 说明：(1)本节口诀对各种绝缘线(橡皮和塑料绝缘线)的载流量(安全电流)不是直接指出，而是“截面乘上一定的倍数”来表示，通过心算而得。由表5 3可以看出：倍数随截面的增大而减小。“二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是2．5mm’及以下的各种截面铝芯绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。如2．5mm’导线，载流量为2．5×9＝22．5(A)。从4mm’及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l ，即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。“三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm”的导线载流量为截面数的3．5倍，即35×3．5＝122．5(A)。从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。 表格为导线在不同温度下的线径与电流规格表。 （请注意：线材规格请依下列表格，方能正常使用）
过孔对信号传输的影响
过孔对信号传输的影响 一．过孔的基本概念 过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔考虑。 从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，如果一块正常的6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil，那么，一般条件下PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般直径小于等于6Mils的过孔，我们就称为微孔。在HDI（高密度互连结构）设计中经常使用到微孔，微孔技术可以允许过孔直接打在焊盘上（Via-in-pad），这大大提高了电路性能，节约了布线空间。 过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低12%左右，比如50欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6欧姆（具体和过孔的尺寸，板厚也有关，不是绝对减小）。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的，其反射系数仅为：(44-50)/(44+50)=0.06，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。 二、过孔的寄生电容和电感 过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1) 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。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为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过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大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。 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，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过孔近似的寄生电感： L=5.08h[ln(4h/d)+1]
过孔的寄生电容和电感
过孔的寄生电容和电感 一、过孔的寄生电容和电感 过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于： C=1.41εTD1/(D2-D1) 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。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为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过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大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。 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，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。 二、如何使用过孔 通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到： 1．从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的过孔，比如对于电源或地线的过孔，可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗，而对于信号走线，则可以使用较小的过孔。当然随着过孔尺寸减小，相应的成本也会增加。 2．上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。3．PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。 4．电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个过孔，以减少等效电感。 5．在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地过孔。 6．对于密度较高的高速PCB板，可以考虑使用微型过孔。
电容传感器寄生电容干扰的产生原因及消除方法
电容传感器寄生电容干扰的产生原因及消除方法 分析了电容传感器寄生电容存在的主要原因，以及消除寄生电容干扰的几种方法：主要采用驱动电缆技术、运算放大器驱动技术、整体屏蔽技术、集成组合技术来减小寄生电容，以提高传感器的性能。 电容式传感器具有结构简单，灵敏度高，温度稳定性好，适应性强，动态性能好等一系列优点，目前在检测技术中不仅广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的测量，还可用于液位、压力、成份含量等热工方面的测量中。但由于电容式传感器的初始电容量很小，一般在皮法级，而连接传感器与电子线路的引电缆电容、电子线路的杂散电容以及传感器内极板与周围导体构成的电容等所形成的寄生电容却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容是随机变化的，使得仪器工作很不稳定，从而影响测量精度，甚至使传感器无法正常工作，所以必须设法消除寄生电容对电容传感器的影响。以下对消除电容传感器寄生电容的几种方法进行分析。 增加初始电容值法 采用增加初始电容值的方法可以使寄生电容相对电容传感器的电容量减小。由公式C0=ε0·εr·A/d0可知，采用减小极片或极筒间的间距d0，如平板式间距可减小为0.2毫米，圆筒式间距可减小为0.15毫米;或在两电极之间覆盖一层玻璃介质，用以提高相对介电常数，通过实验发现传感器的初始电容量C0不仅显著提高了，同时也防止了过载时两电极之间的短路;另外，增加工作面积A或工作长度也可增加初始电容值C0。不过，这种方法要受到加工工艺和装配工艺、精度、示值范围、击穿电压等的限制，一般电容的变化值在10-3～103pF 之间。 采用“驱动电缆”技术，减小寄生电容 如图1所示：在压电传感器和放大器A之间采用双层屏蔽电缆，并接入增益为1的驱动放大器，这种接法可使得内屏蔽与芯线等电位，进而消除了芯线对内屏蔽的容性漏电，克服了寄生电容的影响，而内外层之间的电容Cx变成了驱动放大器的负载，电容传感器由于受几何尺寸的限制，其容量都是很小的，一般仅几个pF到几十pF。因C太小，故容抗XC=1/ωc 很大，为高阻抗元件;所以，驱动放大器可以看成是一个输入阻抗很高，且具有容性负载，放大倍数为1的同相放大器。 电容传感器 图1 运算放大器驱动法 采用“驱动电缆”法消除寄生电容，就是要在很宽的频带上严格去实现驱动放大器的放大倍数等于1，并且输入输出的相移为零，这是设计的难点。而采用运算放大器驱动法就可有效的去解决这一难题。如图2所示：(-Aa)为驱动电缆放大器，其输入是(-A)放大器的输出，(-Aa)放大器的输入电容为(-A)放大器的负载，因此无附加电容和Cx并联，传感器电容Cx两端电压为 Ucx= Uo1- Uo2= Uo1- ( - A·Uo1) = (1+ A)·Uo1 放大器(-Aa)的输出电压为 Uo 3= - Aa·Uo2= A·Aa·Uo1 实现电缆芯线和内层屏蔽电位相等，应使UCX=Uo3，于是可以得到：(1+A)*Uo1=A*Aa*Uo1， 即Aa= 1+1/A