如何计算PCB的寄生电容和寄生电感

在高速或高频电路板中，PCB中的寄生效应非常明显，这些寄生电容和寄生电感会引起串扰、EMI、信号完整性等问题。在处理高频、高速和混合信号PCB时，需要做一些特殊处理，以减小寄生效应对信号的影响。PCB上的导体一般有走线和过孔（焊盘、覆铜等都可以等效为走线），二者的结构完全不同，所以我们在讨论寄生效应时，需要把这两种结构分别分析。   

1）寄生电容

信号线/焊盘的寄生电容：  

我们知道，平板电容器的电容计算公式为：C=ε0*S/d；其中ε0是介电常数，S是相对的两个平板的面积，d是两个平板的距离。可以知道，在介电常数一定的情况下，正对的面积S越大、距离d越小，则电容越大。  

由于在PCB的同一层上，信号线与信号线之间等效的正对面积很小，距离相对于相邻层之间的间距也很大，所以，同一层内的走线之间的寄生电容认为很小可以忽略；把走线覆盖的面积当作平板电容器的面积，相邻层的间距作为平板电容器的间距，忽略掉其他因素引起的小电容，寄生电容的产生就可以简化为平板电容器的电容。  

可以如下图计算：（A为面积、d为与相邻参考层的间距，例子中K=4.7是把PCB板材的介电常数考虑进去了）    

从这个计算公式可以看出，如果想要减小信号线、焊盘的寄生电容，在设计PCB时，一是要减小铜皮覆盖的总面积；二是要增加层间距（在实际操作时，可以选用层间距大的PCB层叠结构，或者挖空相邻层的参考面）   

过孔的寄生电容：  

过孔的寄生电容，不能等效成平板电容器，一般用以下公式计算：  

（其中D1为过孔的外径、D2为过孔周围铜皮挖空部分的圆直径、T为PCB厚度、εr为板材的相对磁导率）    

从以上计算公式可以看出，要想减小过孔的寄生电容，需要使用小孔径的过孔、加大过孔和铜皮的间距、选用更薄的PCB板材。   

2）寄生电感

信号线/焊盘的寄生电感  

计算方法如下：（W是线宽、L是线长，H是铜厚）

这个公式看起来比较复杂，实际上，对寄生电感影响最大的是线长L，将L的长度缩短是减小信号线寄生电感的最有效方法。   

过孔的寄生电感：  

计算方法如下：（h是板厚、D是过孔直径）  

从公式上可以看出，要减小过孔的寄生电感，需要减小板厚、增大过孔直径。  

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