[發(fā)明專利]一種利用全腔模模型來改善PCB電源完整性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710434408.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN107135606B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉法志;王林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州云海信息技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H05K3/00
• 分類號(hào): H05K3/00;H05K1/02
• 代理公司: 濟(jì)南誠智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

本發(fā)明公開了一種利用全腔模模型來改善PCB電源完整性的方法，其特征是，根據(jù)對(duì)過孔互連多層供電系構(gòu)造的阻抗特性分析建立全腔模模型，利用全腔模模型可將矩形供電系表征成一個(gè)微波平面多端網(wǎng)路，對(duì)供電系的阻抗及阻抗諧振所導(dǎo)致的電磁干擾輻射與信號(hào)完整性的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。本發(fā)明利用全腔模模型可將矩形供電系表征成一個(gè)微波平面多端網(wǎng)路，在PCB的早期設(shè)計(jì)階段就能對(duì)供電系的阻抗及阻抗諧振所導(dǎo)致的電磁干擾輻射與信號(hào)完整性的影響進(jìn)行準(zhǔn)確有效的預(yù)測(cè)，大大提高了整個(gè)電路板供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了服務(wù)器系統(tǒng)供電可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用全腔模模型來改善PCB電源完整性的方法，屬于服務(wù)器高速電路板供電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多層印制電路板中的供電系噪聲和電磁干擾輻射問題近年來倍受從事高速電路板設(shè)計(jì)及電磁兼容工作的工程技術(shù)人員的關(guān)注。

在多層印制電路板(multilayer PCB)中，用于為有源器件提供直流電源的供電系(power bus)通常由作為電源層和接地層的一對(duì)平行金屬平面所構(gòu)成。在低頻段,電源和接地層可以起到一個(gè)大容量去耦電容器的作用。但在高頻段,電源和接地層實(shí)際上形成一個(gè)平行平板諧振器。在某種意義上也相當(dāng)于一個(gè)微波貼面天線(patch antenna)。當(dāng)諧振時(shí)，高阻抗不僅將導(dǎo)致較大的電磁干擾輻射,而且會(huì)產(chǎn)生同時(shí)開關(guān)噪聲影響高速數(shù)字電路中的信號(hào)完整性。

因此，PCB電源信號(hào)完整性近年來倍受從事高速多層印制電路板電磁兼容設(shè)計(jì)工作的研究者和工程技術(shù)人員的關(guān)注。為了保證高速信號(hào)的完整性及產(chǎn)品的電磁兼容性能,人們期望在電路板的早期設(shè)計(jì)階段就能對(duì)供電系的阻抗及阻抗諧振所導(dǎo)致的電磁干擾輻射與信號(hào)完整性的影響進(jìn)行準(zhǔn)確有效的預(yù)測(cè)。

為了盡可能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)供電系的諧振阻抗,必須考慮由于導(dǎo)體、介質(zhì)和輻射所產(chǎn)生的損耗。與介質(zhì)損耗和導(dǎo)體損耗相比,輻射損耗較小通常可以忽略不計(jì)。介質(zhì)損耗自然地包含于介電常數(shù)的虛部,導(dǎo)體損耗則通過考慮有限導(dǎo)電產(chǎn)生的橫向波數(shù)的變化計(jì)入。因此,復(fù)橫向波數(shù)由當(dāng)利用方程中的單重級(jí)數(shù)計(jì)算自阻抗時(shí)級(jí)數(shù)的收斂還是比較慢,為了得到好的精度大約需要數(shù)千項(xiàng)的求和。

為克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種利用全腔模模型來改善PCB電源完整性的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種利用全腔模模型來改善PCB電源完整性的方法，其不僅能夠大大提高整個(gè)電路板供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且還能夠增強(qiáng)服務(wù)器系統(tǒng)供電可靠性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：一種利用全腔模模型來改善PCB電源完整性的方法，其特征是，根據(jù)對(duì)過孔互連多層供電系構(gòu)造的阻抗特性分析建立全腔模模型，利用全腔模模型可將矩形供電系表征成一個(gè)微波平面多端網(wǎng)路，對(duì)供電系的阻抗及阻抗諧振所導(dǎo)致的電磁干擾輻射與信號(hào)完整性的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。

進(jìn)一步地，所述的方法包括以下具體步驟：

步驟S1，根據(jù)部署的via點(diǎn)位置和數(shù)量確定矩形供電系幾何結(jié)構(gòu)及平面電路模型；

步驟S2，根據(jù)單根銅排傳導(dǎo)的最大電流，選擇合適的via孔徑大小；

步驟S3，得到過孔互連多層供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的等效模型；

步驟S4，得到PCB電路板上的互連過孔信息以及同軸接頭、去耦電容接頭及互連過孔的側(cè)面圖信息；

步驟S5，加上去耦電容進(jìn)行驗(yàn)證全腔模理論的實(shí)用性以及準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，所述全腔模模型為將疊層結(jié)構(gòu)中電源平面和地平面構(gòu)成一個(gè)平面腔體。

進(jìn)一步地，在步驟S1中，將全腔模理論得到供電系幾何結(jié)構(gòu)的雙重級(jí)數(shù)阻抗表達(dá)式，在一定近似條件下利用傅立葉級(jí)數(shù)的求和公式簡化為單重級(jí)數(shù)供電系統(tǒng)阻抗,并用解析手段進(jìn)一步加速其收斂得到平面電路模型。

進(jìn)一步地，所述供電系統(tǒng)阻抗為：