PCB过孔设计与EMC：如何抑制电磁干扰

一、高频过孔的电磁干扰机制

（一）辐射干扰

1. 过孔的天线效应：在高频场景下，过孔的孔壁和引线相当于一个小天线，会将信号能量辐射出去。信号频率越高，天线效应越明显，辐射干扰越严重。
2. 过孔的阻抗不连续性：过孔的阻抗与传输线的阻抗不匹配，会导致信号反射，反射信号与入射信号叠加，形成驻波，从而增强辐射干扰。

（二）传导干扰

1. 过孔的寄生参数：过孔的寄生电容和寄生电感会导致信号的失真和抖动，这些失真信号会通过电源和地传导到其他电路，形成传导干扰。
2. 过孔的串扰：过孔之间的电磁耦合会导致串扰，串扰信号会通过信号线传导到其他电路，形成传导干扰。

二、过孔设计对 EMC 的影响

（一）过孔尺寸对 EMC 的影响

（二）过孔布局对 EMC 的影响

（三）过孔类型对 EMC 的影响

三、抑制过孔电磁干扰的设计策略

（一）优化过孔结构，降低寄生参数

1. 减小过孔直径：在满足制造工艺和机械强度的前提下，尽量减小过孔直径。捷配支持最小 0.15mm 的过孔直径，能有效降低寄生参数，减少辐射干扰和传导干扰。
2. 缩短过孔长度：采用薄芯板叠层结构，减小板厚，缩短过孔长度。捷配提供定制化叠层设计服务，能有效缩短过孔长度，提升 EMC 性能。
3. 采用微过孔：微过孔的寄生参数更小，天线效应更弱，EMC 性能更好。捷配支持最小 0.15mm 的微过孔加工，适合高频高密度设计。
4. 优化反焊盘设计：增大反焊盘直径，减小过孔与接地层之间的耦合电容，降低信号反射，减少辐射干扰。

（二）优化过孔布局，抑制串扰和辐射

1. 增大过孔间距：相邻过孔之间的间距应不小于 2 倍过孔直径，且过孔与周边元器件的距离应大于 0.5mm，减少电磁耦合，抑制串扰。
2. 合理布置接地过孔：接地过孔是抑制电磁干扰的有效手段，其布局应遵循以下原则：
   • 围绕信号过孔布局：在信号过孔周围均匀布置接地过孔，形成屏蔽环，减少信号辐射和串扰。接地过孔与信号过孔的距离应不超过 0.5mm，数量不少于 4 个。
   • 缩短回流路径：对于差分信号过孔，应在差分对周围布置接地过孔，确保信号回流路径最短。同时，差分过孔应保持对称，避免阻抗不平衡。
   • 满接地过孔阵列：在高频板的边缘、接口处布置满接地过孔阵列，形成电磁屏蔽墙，防止外部干扰进入和内部信号辐射。
3. 分离敏感信号过孔：将敏感信号过孔（如射频信号、高速数字信号）与干扰信号过孔（如电源信号、时钟信号）分开布局，避免电磁耦合。

（三）优化过孔屏蔽，增强电磁兼容性

1. 采用金属化过孔：金属化过孔能有效降低电磁辐射，提高 EMC 性能。捷配提供金属化过孔加工服务，能满足高频板的设计需求。
2. 增加屏蔽层：在高频板中增加屏蔽层，将过孔包围在屏蔽层内，降低电磁辐射。屏蔽层应与接地过孔连接，形成完整的屏蔽结构。
3. 采用过孔塞孔处理：对于表面贴装元器件区域的过孔，应采用树脂塞孔并打磨平整，防止电磁辐射从过孔处泄漏。捷配提供树脂塞孔、电镀塞孔等多种塞孔方式，满足不同高频板的需求。

（四）优化电源和地设计，抑制传导干扰

1. 采用多层电源和地层：在高频板中采用多层电源和地层，能有效降低电源和地的阻抗，减少传导干扰。电源层和地层应尽量靠近信号层，缩短信号回流路径。
2. 布置电源和地过孔：在电源和地的连接点布置密集的过孔，降低电源和地的阻抗，减少传导干扰。电源和地过孔的直径应不小于 0.3mm，间距应不大于 0.5mm。
3. 采用去耦电容：在电源和地之间布置去耦电容，能有效滤除电源中的高频干扰信号，减少传导干扰。去耦电容应靠近元器件的电源引脚，与电源和地过孔的距离应不超过 0.5mm。