[發(fā)明專利]一種多層高速PCB的新型疊層結構及信號過孔優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN105578714A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 張木水;黃鵬
• 申請（專利權）人: 廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯(lián)合研究院;中山大學
• 主分類號: H05K1/02
• 分類號: H05K1/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明涉及信號過孔阻抗一致性控制領域，更具體地，涉及一種多層高速 PCB的新型疊層結構及信號過孔優(yōu)化方法。

背景技術

隨著半導體工藝向著高速度、高密度發(fā)展，高速PCB互連系統(tǒng)的速度和帶 寬越來越大，由此帶來的信號完整性問題越來越嚴重。高速PCB的信號完整性 問題直接制約著產品的性能，也是實際產品設計過程中的關鍵性的問題，現(xiàn)在絕 大部分通信設備都是所謂的高密互連(HDI)系統(tǒng)，PCB板上集成的功能越來越 多，布局布線密度都相當大，面臨的信號完整性問題更加嚴峻，數(shù)10G+的高速 serdes的應用，更加對高速PCB的信號完整性提出了嚴格的要求。

單一網(wǎng)絡的反射問題是信號完整性(SI)問題的主要問題，信號沿傳輸線傳 播時，其路徑上每一步都有相應的瞬態(tài)阻抗。如果互連線的阻抗是可控的，那么 瞬態(tài)阻抗就等于線的特性阻抗。無論什么原因使瞬態(tài)阻抗發(fā)生了改變，部分信號 將沿著與原傳播方向相反的方向反射，而另一部分將繼續(xù)傳播，但幅度有所改變。 將瞬態(tài)阻抗發(fā)生改變的地方稱為阻抗突變，阻抗突變是信號發(fā)生發(fā)射的根本原 因。

過孔是PCB中比較典型的一種阻抗不連續(xù)結構，但是在設計過程中，信號 換層又不可避免地要使用過孔。本發(fā)明提出一種針對多層高速PCB的疊層方式 和信號過孔的優(yōu)化方法，通過把過孔的阻抗不連續(xù)性降到最低，使得由于過孔的 阻抗不連續(xù)對信號鏈路造成的影響降到最低。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供的疊層結構用于解決由于信號過孔的阻抗不連續(xù)性對高速PCB 的鏈路帶來的信號完整性問題，從而提升PCB的SI性能，更好地服務產品設計。

為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術方案是：

一種多層高速PCB的新型疊層結構，包括從上到下依次設置的多層地平面、 設置在相鄰兩層地平面之間的電源平面和分別設置在PCB頂層和底層的兩層信 號平面，所述電源平面與相鄰兩層地平面之間填充有厚度不超過0.1mm的介質； 所述設置在PCB頂層、底層的兩層信號平面包括焊盤和微帶線，信號過孔開設 在焊盤上，所述PCB頂層、底層的微帶線通過信號過孔連接，所述信號過孔的 四周均勻設置有N個接地短路孔。

上述方案中，所有的電源平面只是用來供電，每個電源平面被兩個地平面夾 在中間，所有信號層都由地平面隔開，這使得每個信號平面都有良好的參考平面， 提升電源分配網(wǎng)絡(PDN)的電源完整性(PI)性能，而在信號過孔四周均勻設 置N個接地短路孔，則可以給信號過孔提供低阻抗的回路路徑，減少平面間電流 路徑的寄生參數(shù)。

優(yōu)選地，所述N＝4。

優(yōu)選地，所述地平面或電源平面上設置有反焊盤。

優(yōu)選地，所述電源平面與上方地平面、下方地平面之間填充的介質的厚度分 別為0.05mm、0.1mm。

優(yōu)選地，所述信號過孔的半徑為0.15mm，反焊盤半徑為0.4mm，焊盤半徑 為0.25mm，接地短路孔至信號過孔的距離為1mm。

同時，本發(fā)明還提供了一種基于以上疊層結構的信號過孔優(yōu)化方法，其具體 方案如下：

包括以下步驟：

S1.按照新型疊層結構的物理尺寸，建立三維寄生參數(shù)提取模型；

S2.通過三維寄生參數(shù)提取模型提取信號過孔的寄生電感L和寄生電容C， 根據(jù)寄生電感L和寄生電容C計算信號過孔的特性阻抗；

S3.判斷信號過孔的特性阻抗是否為50Ω，若是，跳到步驟S4，否則調整 反焊盤半徑參數(shù)、焊盤半徑參數(shù)、信號過孔半徑參數(shù)、接地短路孔與信號過孔的 距離參數(shù)，并重新執(zhí)行步驟S2；

S4.輸出信號過孔半徑參數(shù)、反焊盤半徑參數(shù)、焊盤半徑參數(shù)、接地短路孔 與信號過孔間的距離參數(shù)；

S5.根據(jù)步驟S4輸出的參數(shù)在全波仿真軟件中進行仿真，計算S參數(shù)，分析 頻域結果，以確保信號過孔的傳輸性能得到優(yōu)化。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

相對于在信號過孔四周添加去耦電容器的方案，本發(fā)明提出的疊層結構具有 明顯的優(yōu)勢。由于去耦電容器的串聯(lián)電感引入的阻抗在高頻變得很大，此時采用 加大去耦電容器的電容量已經(jīng)不能有效地為高速電流提供返回路徑?？刂品祷仉? 流較有效的方法就是在信號過孔附近添加接地短路孔，接地短路孔可以為信號過 孔提供理想的低阻抗返回路徑，減少平面間電流路徑的寄生參數(shù)。