[发明专利]一种高速差分过孔的优化方法

说明书

本发明涉及一种高速差分过孔的优化方法，针对高速印制电路板中差分信号与共模信号对差分过孔的低反射、高传输和阻抗稳定的设计要求，通过对差分过孔建立等效物理模型与等效电路模型，运用双杆传输线模型分析和预测差分过孔性能，确定影响差分过孔性能因素包括过孔中心距、反焊盘直径，非功能性结构及地过孔设置。根据模型分析，设置合适的过孔中心距与反焊盘直径，移除差分过孔的非功能性结构，在差分过孔旁设置等距双过孔，本发明对高速PCB设计中的差分过孔的性能进行了优化，为高速差分过孔设计提供参考。

技术领域

本发明属于高速印制电路板设计领域，涉及一种高速差分过孔的优化方法。

背景技术

在高速PCB设计中，由于差分结构相比于单端结构在抗干扰能力、抑制EMI、时序定位等信号完整性方面有很多优势，因此高速PCB设计中常应用差分结构，差分过孔也广泛应用于连接不同层中的差分结构，虽然差分过孔使互连变得容易，但差分过孔的不连续性也会严重影响到信号完整性，它的存在会造成阻抗不连续、损耗增加等问题，因此研究差分过孔的特性非常重要。

分析差分过孔性能常常需要建立模型，目前已经进行了许多关于过孔建模的研究，但多集中于单过孔，而将单过孔外推至差分过孔仅在相邻过孔之间的电容和电感耦合可忽略不计时才有效，这对于差分过孔并不适用，因此需要建立适用于差分过孔的模型以分析差分过孔的特性。

目前，对于差分过孔特性的分析和研究主要集中于过孔结构优化之上。但是对差分过孔的过孔中心距、反焊盘直径、地过孔设置以及非功能结构对差分过孔的差分性能和共模性能的研究较少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对高速印制电路板(printedcircuitboard，PCB)中差分信号与共模信号对差分过孔的低反射、高传输和阻抗稳定的设计要求，提供一种高速差分过孔的优化方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速差分过孔的优化方法，包括以下步骤：

S1：建立差分过孔在PCB叠层中三维物理模型；

S2：根据差分过孔的物理模型建立其等效电路模型；

S3：将所述等效电路模型简化为简单的耦合双杆传输线模型，运用特征阻抗的闭合形式解决方案去解决这种类型的耦合传输线；

S4：设置过孔中心距；

S5：设置反焊盘直径；

S6：在差分过孔旁放置地过孔，以提供电流返回路径，降低由于接地电流返回路径引起的寄生接地电感，提高信号的完整性；

S7：移除非功能结构，包括stub和非功能焊盘。

移除非功能结构会明显地提高信号的质量。

进一步，步骤S1中所述差分过孔的三维物理模型包括一对差分线和一对过孔，所述差分线分布在不同的层中，过孔将来自不同层的差分线连接在一起，所述过孔包括传输信号的过孔柱、位于过孔柱上的非功能焊盘、将过孔柱与信号线连接起来的圆形焊盘以及位于过孔两端未使用的上下Stub部分。

其中非功能焊盘与上下Stub均为过孔的非功能结构。这部分的非功能结构，会明显地降低信号的质量。

进一步，步骤S2中所述差分过孔的等效电路模型包括：

在高频时，由于信号线上内部焊盘的电容将在传输线上引起分流电容干扰，使用电容表示每个焊盘引起的效应，包括连接过孔柱与信号线的过孔焊盘以及非功能焊盘这四对焊盘，由于差分过孔对的对称性，这四对电容是分别相等的，电容值由内部焊盘半径和反焊盘几何形状确定，过孔柱产生的阻抗效应为TL2；