寄生电感产生原因是什么

寄生电感一半是在PCB过孔设计所要考虑的。

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。

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。

基于DDS的寄生电感测量仪设计

实际电容由于制造的工艺导致本身存在寄生电感和寄生电阻，其等效电路模型如图1所示。

其中C为实际电容本身的标称电容，L是其寄生电感，Rp是其并联等效电阻，Rs是其串联等效电阻。寄生电阻会对经过电容的信号造成衰减，但不会影响电容本身的频率特性。寄生电感会与电容构成串联谐振回路，会使实际的电容在某个频率上发生谐振，这种现象称为电容的自谐振。

电容的寄生电感产生原因或产生方式

电容器的寄生电感一般是由器件的电极和引线的残余电感引起的，其电感值不会随频率变化，但由电感引起的等效阻抗会随频率增加而增大，如Z=2pai*f*L。

电容为什么有寄生电感，主要是电容体的卷曲结构带来的电感，其次是引脚电感。无论是有极性还是无极性电容，为了获得较大的容值，都需要制作非常大的面积，而为了压缩体积，就要降很大的面积反复卷曲折叠，这个卷曲折叠的结构是电容等效电感的主要来源。

拆开一个薄膜电容，里面是一个塑料薄膜，两侧镀有金属，形成了平板电容器。然后卷成一个小卷，塞到电容外壳里，引出两个引脚。任何导体都会有电感，引脚也不例外，引脚越长，带来的电感越多。

PCB过孔的寄生电容和电感的计算

CB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。

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：

1．从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的PCB过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的PCB过孔，比如对于电源或地线的PCB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PCB过孔。当然随着PCB过孔尺寸减小，相应的成本也会增加。

2．有以上两个公式得出，薄的PCB板有利于减小PCB过孔的两种寄生参数。

3．在PCB设计中PCB上的信号走线尽量在同一层面上，以减少PCB过孔产生的寄生效应。

4．在信号换层的PCB过孔附近放置一些接地的PCB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PCB过孔。

5．电源和地的管脚要就近打过孔，PCB过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个PCB过孔，以减少等效电感。

6．对于密度较高的高速PCB板，可以考虑使用微型PCB过孔