[发明专利]一种包含平面对谐振特性影响的分段式过孔建模方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种包含平面对谐振特性影响的分段式过孔建模方法，它是印制电路板上典型互连结构——过孔的一种建模方法，其实质是将过孔结构分解建模，每一节均建模成二阶的电感电容等效电路，并在建模过程中考虑了平面对的谐振特性对过孔传输特性的影响，最终将过孔各部分等效电路级联的建模方法。这种方法简单、快速且准确。属于电子工程学的板级电磁兼容建模仿真领域。

(二)背景技术

印制电路板上电路拓扑结构复杂，元器件及高频电路数量众多，引起的干扰噪声通过不同的互连结构耦合到敏感器件处，引发电路的误动作，导致电磁兼容问题。因此，对PCB板上典型互连结构快速而精确的建模，是实现敏感器件抗扰度量化表征的前提之一。

过孔是一种典型的互连结构，对其建模分析具有重要意义。目前，已经发展了多种过孔的建模方法，大体上可以分为如下四类：(1)准静态分析法；(2)全波仿真法；(3)电磁场分析方法；(4)基于物理概念的过孔模型。方法(1)适用于频率较低的场合，研究较为成熟，目前已非研究热点；方法(2)使用FEM、FDTD、TML等方法进行建模，用以研究过孔特性，仿真结果较为精确，但是计算法用时较长，且占用计算机资源较大，不利于设计的优化，因此目前方法(3)和方法(4)为研究热点。而方法(4)物理概念比较明确，仿真速度很快，适合于Spice仿真，目前研究较热。对于方法(4)，Li Er Ping小组中的Wei，Missouri大学的Jun Fan和Yaojiang Zhang等人都已做了相关的研究，他们对过孔的建模主要采用的是一阶全电容电路模型结合平面对在孔圆心处的阻抗特性模型，电容参数是通过准静态场求解器计算得到。本发明是在此基础上，结合微波网络原理，将过孔模型进行分解，每一节均建模成二阶的电感电容等效电路，各部分参数通过相应的解析公式进行提取。该方法对过孔的建模物理意义更加明确，简化了过孔建模的复杂度，缩短了计算时间，且在高频度具有更高的精确度，S参数的幅度及相位特性与全波仿真结果匹配更好。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种包含平面对谐振特性影响的分段式过孔建模方法，它是一种计算速度快，模型简单，结果准确的过孔建模方法。该方法首先采用分段技术将过孔结构在每一平板平面的中心处分解，每段分开建模，在两平板中间处过孔的等效电路模型中加入平面对的谐振特性，最后将各部分子电路级联的方式建立过孔的等效电路模型，是电路板级敏感度量化分析中耦合通道建模的一个组成部分。

2、技术方案：本发明一种包含平面对谐振特性影响的分段式过孔建模方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：将过孔结构在每块平板的中心位置处进行分解，分解后主要为三部分：顶层微带线到上部分过孔垂直转换结构、中间多层板垂直过孔结构和下部分过孔到底层微带线垂直转换结构。

步骤二：提取过孔各部分等效电路中的的电容和电感参数，具体有：焊盘对平面电容C_pad上/下柱体对平面电容C_top/bottom，中间柱体对平面电容C_viabody，上/下柱体电感L_top/bottom，中间柱体电感L_viabody。当过孔穿过多个平面对时，中间柱体相应被分成多段，此时中间柱体的电容和电感值也因各段的长度不同而不同。对于差分过孔，还需要求解上/下柱体对间的互容C_m-top/bottom，中间柱体对间互容C_m-viabody，上/下柱体对间互感L_m-top/bottom和中间柱体对间互感L_m-viabody等参数。

步骤三：建立顶层微带线到上部分过孔垂直转换结构和下部分过孔到底层微带线垂直转换结构的等效电路图。

步骤四：提取平面对在过孔圆心所在位置处的阻抗参数。基于谐振腔原理，应用Matlab编程求得一系列频率相关的阻抗数据，记为Zpp。

步骤五：将步骤四中所得的Zpp添加到中间垂直过孔的等效电路模型中。该部分模型主要反映了平面对的谐振特性对过孔的影响。

步骤六：将步骤三和步骤五中过孔的各部分等效电路按顶层微带线到上部分过孔垂直转换结构-中间多层板垂直过孔结构-下部分过孔到底层微带线垂直转换结构顺序级联，并在最终等效电路两端各加一个终端端口。在原理图上添加一个S参数控制器，扫描频率从100MHz到10GHz，扫描步长为10MHz。计算两个端口的S11参数和S21参数。