[發明專利]一種包含平面對諧振特性影響的分段式過孔建模方法

有效

• 申請號: 201110258343.4
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102436516A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 閻照文;車明明;韓雅靜;于文璐
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及一種包含平面對諧振特性影響的分段式過孔建模方法，它是印制電路板上典型互連結構——過孔的一種建模方法，其實質是將過孔結構分解建模，每一節均建模成二階的電感電容等效電路，并在建模過程中考慮了平面對的諧振特性對過孔傳輸特性的影響，最終將過孔各部分等效電路級聯的建模方法。這種方法簡單、快速且準確。屬于電子工程學的板級電磁兼容建模仿真領域。

(二)背景技術

印制電路板上電路拓撲結構復雜，元器件及高頻電路數量眾多，引起的干擾噪聲通過不同的互連結構耦合到敏感器件處，引發電路的誤動作，導致電磁兼容問題。因此，對PCB板上典型互連結構快速而精確的建模，是實現敏感器件抗擾度量化表征的前提之一。

過孔是一種典型的互連結構，對其建模分析具有重要意義。目前，已經發展了多種過孔的建模方法，大體上可以分為如下四類：(1)準靜態分析法；(2)全波仿真法；(3)電磁場分析方法；(4)基于物理概念的過孔模型。方法(1)適用于頻率較低的場合，研究較為成熟，目前已非研究熱點；方法(2)使用FEM、FDTD、TML等方法進行建模，用以研究過孔特性，仿真結果較為精確，但是計算法用時較長，且占用計算機資源較大，不利于設計的優化，因此目前方法(3)和方法(4)為研究熱點。而方法(4)物理概念比較明確，仿真速度很快，適合于Spice仿真，目前研究較熱。對于方法(4)，Li?Er?Ping小組中的Wei，Missouri大學的Jun?Fan和Yaojiang?Zhang等人都已做了相關的研究，他們對過孔的建模主要采用的是一階全電容電路模型結合平面對在孔圓心處的阻抗特性模型，電容參數是通過準靜態場求解器計算得到。本發明是在此基礎上，結合微波網絡原理，將過孔模型進行分解，每一節均建模成二階的電感電容等效電路，各部分參數通過相應的解析公式進行提取。該方法對過孔的建模物理意義更加明確，簡化了過孔建模的復雜度，縮短了計算時間，且在高頻度具有更高的精確度，S參數的幅度及相位特性與全波仿真結果匹配更好。

(三)發明內容

1、目的：本發明的目的是提供一種包含平面對諧振特性影響的分段式過孔建模方法，它是一種計算速度快，模型簡單，結果準確的過孔建模方法。該方法首先采用分段技術將過孔結構在每一平板平面的中心處分解，每段分開建模，在兩平板中間處過孔的等效電路模型中加入平面對的諧振特性，最后將各部分子電路級聯的方式建立過孔的等效電路模型，是電路板級敏感度量化分析中耦合通道建模的一個組成部分。

2、技術方案：本發明一種包含平面對諧振特性影響的分段式過孔建模方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：將過孔結構在每塊平板的中心位置處進行分解，分解后主要為三部分：頂層微帶線到上部分過孔垂直轉換結構、中間多層板垂直過孔結構和下部分過孔到底層微帶線垂直轉換結構。

步驟二：提取過孔各部分等效電路中的的電容和電感參數，具體有：焊盤對平面電容C_pad上/下柱體對平面電容C_top/bottom，中間柱體對平面電容C_viabody，上/下柱體電感L_top/bottom，中間柱體電感L_viabody。當過孔穿過多個平面對時，中間柱體相應被分成多段，此時中間柱體的電容和電感值也因各段的長度不同而不同。對于差分過孔，還需要求解上/下柱體對間的互容C_m-top/bottom，中間柱體對間互容C_m-viabody，上/下柱體對間互感L_m-top/bottom和中間柱體對間互感L_m-viabody等參數。

步驟三：建立頂層微帶線到上部分過孔垂直轉換結構和下部分過孔到底層微帶線垂直轉換結構的等效電路圖。

步驟四：提取平面對在過孔圓心所在位置處的阻抗參數。基于諧振腔原理，應用Matlab編程求得一系列頻率相關的阻抗數據，記為Zpp。

步驟五：將步驟四中所得的Zpp添加到中間垂直過孔的等效電路模型中。該部分模型主要反映了平面對的諧振特性對過孔的影響。

步驟六：將步驟三和步驟五中過孔的各部分等效電路按頂層微帶線到上部分過孔垂直轉換結構-中間多層板垂直過孔結構-下部分過孔到底層微帶線垂直轉換結構順序級聯，并在最終等效電路兩端各加一個終端端口。在原理圖上添加一個S參數控制器，掃描頻率從100MHz到10GHz，掃描步長為10MHz。計算兩個端口的S11參數和S21參數。