概述：

关于过孔的作用（信号孔、电源孔、地孔、机械定位孔、散热通风孔），本文主要叙述过孔在焊盘直径、过孔反焊盘直径、有无非功能焊盘、过孔残桩长度等方面对信号质量带来的影响。

一、 过孔影响信号质量的方式

过孔是PCB上的一个阻抗不连续点，通常过孔的阻抗小于传输线的阻抗。很多因素都会影响过孔的阻抗。

一般情况下，最主要的影响因素有：焊盘直径、过孔反焊盘直径、有无非功能焊盘、过孔残桩长度等。

名词解释：

插入损耗：

信号经过某一处发生的负载功率的损耗，当然这个损耗越小越好（表示信号衰减小），计算式为

Il=-10*log(Pout/Pin)

Pout为输出功率，Pin为输入功率

当插入损耗大于-3dB时，损耗功率约为输入功率的一半，电压或或者电流为原先电流的0.707。通常-3dB的范围内表示信号的截止频率，小于这个数值，信号失真严重。

回波损耗：

信号经过阻抗不连续点时，信号会发生反射，这部分反射回来的信号的损耗即为回波损耗，回波损耗越大越好（表示反射信号衰减越快越好，避免对源端产生影响）。计算式为：

RL=-10 lg（P0/Pin）

P0表示反射光功率，P1表示输入光功率

回波损耗一般大于-15dB

过孔反焊盘：

过孔到铜皮的距离。

非功能焊盘：

此处指回流地孔

过孔的残桩：

过孔换层中多余的部分。

下面对这几个因素进行仿真处理，并对原理进行解释。

二、 仿真

为了便于贴近实例，仿真中采用常见的过孔来进行仿真，过孔直径为12mil，过孔焊盘为20mil，过孔的内壁铜厚为1mil，过孔到铜皮的间距为6mil，后续将将根据过孔直径、过孔焊盘、过孔到铜皮的间距以及残桩的尺寸进行仿真。

过孔影响阻抗不连续的时间约为0.25ns，即250ps。

仿真一、过孔直径

条件：钻孔直径分别为8mil， 12mil，16mil，20mil。为了单一查看这个钻孔直径带来的影响，保持其他参数一直，因此将焊盘直径统一设置为钻孔直径（实际肯定不会这样，此处便于查看钻孔直径的影响）,过孔到铜皮的间距为6mil。


解释： 焊盘直径的大小影响阻抗，焊盘直径越大，焊盘和周围导体的边缘场耦合就越强，相当于增加了容性负载，所以过孔的阻抗随焊盘的直径增加而减小。

结论： 对于信号频率为GHz以内的信号来说，损耗相差不大，但阻抗相差较大，当条件允许时，减小过孔的直径可有效减少阻抗的波动。但从实际工艺以及成本来说，缩小钻孔直径带来的效益不大。

仿真二、反焊盘的直径

条件：过孔直径为12mil，过孔焊盘直径依次为18mil、21mil、24mil，过孔到铜皮的距离均为6mil。
（下面三图为连续的图，放在一起看）

仿真三、反焊盘直径（过孔到铜皮的距离）

条件： 过孔直径为12mil，过孔焊盘为20mil过孔到铜皮的尺寸分别为2mil，4mil，6mil，8mil

插入损耗

结论： 在前20GHz以内，焊盘直径相差不大。信号均维持在一个有效的范围内

回波损耗

结论： 在40Ghz范围内回波信号快速衰减，频率越低衰减越快，在5GHz以后，基本衰减在10dB左右
阻抗分布

结论： 结合实际情况来看，过孔到铜皮的距离至少维持在4mil以上，比较容易实现的情况下，推荐使用6mil以上，且对信号质量要求越高时，这个反焊盘的直径应该越大，如上图所示，当焊盘距离铜皮40mil时，阻抗波动仅为15欧姆，因此，增大反焊盘的直径可有效减少阻抗的波动，且相对容易实现

解释： 反焊盘越大，铜平面和焊盘及孔壁的电容就越小，阻抗必然增加。

阻抗大小与电容的关系详见《各种影响因素与串扰的关系》一文，此处只列公式仅供参考。

结论： 反焊盘的直径越大，可有效减少阻抗的波动，信号质量越好。这个反焊盘的相对前面的因素来说，更有利于实现。

仿真四、过孔的残桩

条件：通过改变经过过孔后出现层的位置层数分别为8、6、3，分别计算出残桩的尺寸为0mil，11.4mil，50.2mil


注：上面两图为持续的图，挨在一起查看

结论： 由上图可知，过孔的残桩越长，过孔的阻抗越低，过孔残桩带来另一个更严重的问题是残桩谐振，

三、 结论

1、 频率1GHz以下，信号损耗相对较小，因此常规的过孔设置影响不大

2、 过孔的孔径越小，阻抗越高，常规情况下，过孔的阻抗均略小于传输线的阻抗，因此，条件允许的情况下，可以把过孔设计的小一点。一般钻孔直径为8mil或者12mil比较合适。

3、 过孔的焊盘越小，阻抗越高，注意加工工艺的限制

4、 过孔到铜皮的距离越大，阻抗越高，可以减少信号的损耗，特别时当信号频率越高时，这个过孔到铜皮的距离应该越大。

5、 过孔的残桩越长，阻抗越低，过孔的残桩甚至会产生残桩谐振，带来某一个频率的信号衰减严重，一般在10GHz以上，尤其注意。特殊条件下，可以使用背钻工艺，消除残桩。

6、 适当的回流孔可以改善孔的性能，使过孔对信号的影响降至最低。

7、 信号频率越高时，尽量减少过孔

详细内容详见前面仿真。

必须保证信号连续的原因

串扰的耦合长度与串扰的关系

各种传输线影响因素与串扰的关系