CN101252811A - 一种印刷电路板走线回流路径的检查装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印刷电路板走线回流路径的检查装置及方法，包括：确定印刷电路版的信号层与参考层；获取信号层上的信号路径的位置信息；根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。使用本发明可以将所有缺少回流路径的印刷电路板走线都查找并标注出来，避免了人工检查时的繁杂和遗漏，极大地提高了设计时的效率和准确性，节约了人力资源。

Description

一种印刷电路板走线回流路径的检查装置及方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板，特别涉及一种印刷电路板走线回流路径的检查装置及方法。

背景技术

随着PCB(Print Circuit Board，印刷电路板)上的信号频率越来越高，单纯用走线将信号互连起来的作法已不再具有可行性，在PCB设计时还须考虑SI(Signal Integrity，信号完整性)和EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)的设计；其中，回流路径在很大程度上影响这两方面的情况。

图1为PCB的结构示意图，如图所示，PCB中包括了顶层信号层、底层信号层、介质层、内层信号层、地层铜皮、表层信号层铜线(或铜皮)，其中：PCB一般是由表层信号层(顶层信号层和底层信号层)、内层信号层、地层铜皮、由绝缘材料组成的介质层叠加而成。这种不同的层统称为层叠，信号层与地层分别为两种不同的层叠类型。在信号层上用来传输电信号的铜线称为传输线。

图2为PCB上正常信号传输路径示意图，如图所示，图中的驱动端是指在PCB板上，信号从器件发送出来的端口，接收端是在PCB板上，信号流入器件的端口。

在PCB板上，电流一定要通过一个闭合环路才能够产生，电流从驱动端到接收端的路径称为信号路径，信号路径所在的层面称为信号层；电流从接收端到驱动端的路径称为回流路径，回流路径所在的层面称为参考层，通常地层是作为参考层的。

因为信号路径所在的信号层与参考层相当于两个积聚着电子的导电平板，这就形成了一个平面电容的基本模型，通常将PCB上由此产生的电容称为耦合电容，其电容的大小与两导电体的距离，叠加的面积相关。交流信号能够通过耦合电容流到参考层。

图2中所示的是信号在PCB板上传输的正常路径，当电流从驱动端流到接收端时，必有一个回流电流通过与之相邻的导体从接收端流到驱动端，构成一个闭合的环路，而信号路径和回流路径之间的通道则是耦合电容。这个闭合的环路会产生一定的电磁干扰，因为一个闭合的环路就等效于一个天线，环路的面积越大，产生的EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)能量也越强。

图3为缺失回流路径导致信号环路过大的情况示意图，如图所示，由于PCB布线时会忽略了参考层的完整性，因而出现割断，此时回流信号不得不绕一个相当远的路径以回到信号的驱动端，由此造成这个闭合环路面积变大，产生更严重的EMI。

图4为缺失回流路径导致传输线阻抗不匹配的情况示意图，一般定义PCB板上传输线的特征阻抗为 $Z_0=\sqrt{\frac{L}{C}},$ 其中L为单位长度传输线的电感，C为单位长度传输线与参考层之间的耦合电容。当传输线的特征阻抗不连续时，信号就会在不连续的地方产生反射，从而造成信号变恶劣。在高频电路中，电流在传输过程中遇到的损耗不仅只因为电阻产生损耗，电容和电感也是产生损耗的因素。当缺失回流路径时，如图所示，信号路径与参考层之间的耦合电容C2和C4由于缺失回流路径，以致相应地方的距离增大，而电容的大小与两导体的距离有关，这也致使耦合电容C2和C4与其它有正常参考层的耦合电容C1、C3、C5电容大小不一样。通常情况下，电感L是一个定值，电容C改变了，特征阻抗Z₀也随之改变，使传输线上特征阻抗不连续，而信号完整性要求传输线上的特征阻抗要保持连续性，如此便产生了矛盾。

由此可见，有一个完整的回流路径在高速信号的PCB设计中是很重要的。然而现有技术的不足在于：现有检查PCB板上传输线是否都存在着回流路径还须依靠人工，这使得检查过程繁杂，且由于依靠人工检查使得检查出是否存在回流路径的准确性低。

发明内容

本发明提供一种印刷电路板走线回流路径的检查装置及方法，用以提供一种检查PCB板上所有传输线的是否都存在着回流路径的问题。

本发明提供了一种印刷电路板走线回流路径的检查装置，包括：

层叠类型确定模块，用于确定PCB的信号层与参考层；

信号路径获取模块，用于获取信号层上的信号路径的位置信息；

回流路径确定模块，用于根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；

回流路径分析模块，用于确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

本发明还提供了一种印刷电路板走线回流路径的检查方法，包括如下步骤：

确定PCB的信号层与参考层；

获取信号层上的信号路径的位置信息；

根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；

确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

本发明有益效果如下：

可以将所有缺少回流路径的PCB走线都查找并标注出来，避免了人工检查时的繁杂和遗漏，极大地提高了设计时的效率和准确性，节约了人力资源。

附图说明

图1为背景技术中所述PCB的结构示意图；

图2为背景技术中所述PCB上正常信号传输路径示意图；

图3为背景技术中所述缺失回流路径导致信号环路过大的情况示意图；

图4为背景技术中所述缺失回流路径导致传输线阻抗不匹配的情况示意图；

图5为本发明实施例中所述印刷电路板走线回流路径的检查装置结构示意图；

图6为本发明实施例中所述回流路径分析模块结构示意图；

图7为本发明实施例中所述水平走线小段端点坐标示意图；

图8为本发明实施例中所述水平向上斜45°走线小段端点坐标示意图；

图9为本发明实施例中所述存在过孔的PCB结构示意图；

图10为本发明实施例中所述过孔避让示意图；

图11为本发明实施例中所述印刷电路板走线回流路径的检查方法实施流程示意图；

图12为本发明实施例中所述印刷电路板走线回流路径的检查方法的另一实施流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图5为印刷电路板走线回流路径的检查装置结构示意图，如图所示，在检查装置中可以包括：层叠类型确定模块501、信号路径获取模块502、回流路径确定模块503、回流路径分析模块504，其中：

层叠类型确定模块501用于确定PCB的信号层与参考层；

信号路径获取模块502用于获取信号层上的信号路径的位置信息；

回流路径确定模块503用于根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；

回流路径分析模块504用于确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

下面对个模块的具体实施方式进行说明如下：

层叠类型确定模块在确定PCB的信号层与参考层时，可以读取到PCB板上各层的信息为信号层还是参考层，以顶层(ETCH/TOP，蚀刻/顶层)为例，通过ALLEGRO软件可以实现，如可以通过如下函数来实现：

Layer_type＝axlDBGetLayerType(″ETCH/TOP″)；//提取ETCH/TOP这个层面的层叠类型

Layer_type便为提取的层叠类型，若为“Conductor”即信号层；若为“Plane”即为参考层。

需要说明的是，在本发明中，可以用硬件或者软件来实施各种功能，在以下的实施例中，都采用ALLEGRO软件来实施，但并不代表仅只有ALLEGRO软件能够实施，这对本领域技术人员来说是易于理解的。

图6为回流路径分析模块结构示意图，如图所示，在回流路径分析模块中可以包括：

回流路径分割单元5041，用于将所述回流路径等分；

导体确定单元5042，用于确定回流路径分割单元等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

回流路径判断单元5043，用于根据导体确定单元确定结果，在回流路径的任意一段上都存在导体材料时，确定存在回流路径，在回流路径上至少有一段不存在导体材料时，确定回流路径缺失。

具体的，回流路径分割单元可以包括：

方向确定子单元，用于确定回流路径的走线方向；

坐标确定子单元，用于根据方向确定子单元确定的方向确定每一段等长的回流路径的坐标；

路径分割子单元，用于根据坐标确定子单元确定的坐标分割回流路径。

图7为水平走线小段端点坐标示意图，图8为水平向上斜45°走线小段端点坐标示意图，如图所示，可以将信号层上的传输线以定长为单元，分割成若干小段。具体的，可以通过方向确定子单元首先判断该段走线是水平走线，垂直走线还是斜45°方向走线，如图7和图8所示，这里以水平走线和水平向上斜45°走线为例进行说明，垂直走线和水平向下斜45°走线也可按类似方式实施，这对本领域技术人员来说是易于理解的。坐标确定子单元根据方向确定子单元确定的方向确定每一段等长的回流路径的坐标，如提取一小段的端点坐标(x1，y1)与(x2，y2)，假设小段在水平与垂直方向的长度都为ΔL。水平走线x2＝x1+ΔL，y2＝y1；而水平向上斜45°走线x2＝x1+ΔL，y2＝y1+ΔL。然后，路径分割子单元根据坐标确定子单元确定的坐标分割回流路径。

以顶层水平向上斜45°走线为例，利用ALLEGRO软件可通过如下函数来实现：

      axlVisibleDesign(nil)；//隐藏所有的显示内容

      axlVisibleLayer(″ETCH/TOP″t)；//显示ETCH/TOP层

      axlSetFindFilter(？enabled list(″noall″″clinesegs″)？onButtons list(″noall″

″clinesegs″))

      axlAddS electAll()

      cline_segs＝axlGetSelSet()；//以上三句为提取可见层(ETCH/TOP)的走线

      delta_length＝5；这里假设小段的长度为5mil

      foreach(cline_one_cline_segs

        x1＝caar(cline_one～＞startEnd)

        y1＝cadar(cline_one～＞startEnd)

        x2＝x1+delta_length

        y2＝yl+delta_length)；//foreach函数是一个循环函数，括号里面包括的内容目的为提取之前得到的走线各小段的端点坐标

其中，mil为英制单位，1000mil＝1英寸。

在导体确定单元可以包括：

确定子单元，用于逐段确定回流路径分割单元等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

触发子单元，用于在确定子单元确定出不存在导体材料的一段回流路径时，触发回流路径判断单元进行判断。

下面以PCB上的导体材料为铜皮进行实施说明，图8为参考层完整性判断示意图，如图所示，在参考层完整性判断时，根据小段坐标判断在参考层上该坐标是否存在铜皮，若有铜皮，则说明此处的回流路径存在，若无铜皮，则说明不存在回流路径。如图8所示，(x1，y1)坐标存在铜皮，(x2，y2)坐标处无铜皮，进一步的，还可以在(x2，y2)处做一个标志以用于各种处理。

假设参考层的名字为：ETCH/GND(蚀刻/底层)，利用ALLEGRO软件可通过如下函数来实现上述的判断以及标注：

      axlVisibleDesign(nil)；//隐藏所有的显示内容

      axlVisibleLayer(″ETCH/GND″t)；//显示ETCH/GND层

      axlSetFindFilter(？enabled list(″noall″″shapes″)？onButtons list(″noall″

″shapes″))

      plot＝axlSingleSelectPoint(x1:y1)；//以上两句为提取参考层(ETCH/GND)

在坐标(x1，y1)处的属性

      if(plot＝＝nil then

      axlDBCreateExternalDRC(″Disqualification″(x1:y1)″drc error class/top″))；

//if为判断函数，判断上一步提取的属性是否为铜皮，若不是，则在坐标(x1，y1)处作一个标记。

进一步的，回流路径判断单元还可以包括：

过孔忽略子单元，用于在确定回流路径缺失前，确定不存在导体材料的每一段回流路径上是否都存在过孔，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

有一种情况下缺少回流路径是不可避免的，即走线过孔(Vias)避让的地方。图9为存在过孔的PCB结构示意图，过孔是用于信号层切换的电气通路，其内壁附有铜，具有导通性，如图所示，顶层的信号层的铜线和底层的信号层铜线就由过孔连接起来。而不需要跟过孔连接的层面，其铜线(或者铜皮)跟过孔保持一定的避让距离，例如图中的地层。图10为过孔避让示意图，如图所示，过孔避让处的铜皮缺失，导致该处的信号层1与参考层的距离增大，耦合电容变化，从而特征阻抗变化。但这种由于过孔避让引起的回流路径缺失不是由于设计不合格引起的，而是不可避免的，因此在本发明实施例中将这种情况下的回流路径缺失忽略，即这种情况下不认为回流路径缺失。

当过孔存在时，就要将其忽略。过孔忽略子单元就起到这个作用，它可以将落在参考层过孔避让范围内的小段坐标忽略。具体的，可以利用ALLEGRO软件可通过如下函数来实现：

via_coord＝via～＞xy；//提取该过孔的坐标

via_lowx＝nth(via_coord 0)-10

via_lowy＝nth(via_coord 1)-10

via_highx＝nth(via_coord 0)+10

via_highy＝nth(via_coord 1)+10；//以上四句为提取该过孔避让的左下和右上坐标

ignore_box＝list(via_lowx:via_lowy via_highx:via_highy)；//以这两个左下和右上的坐为界，建立一个过孔避让的区域

axlSetFindFilter(？enabled list(″noall″″drcs″)？onButtons list(″noall″″drcs″))

axlDeleteObject(axlGetSelSet(axlSingleSelectBox(ignore_box)))；//以上两句为若在过孔避让的区域内存在之前的标记，则将该标记删除

通过上述实施，通过对每一段的是否存在导体材料以及是否存在过孔进行判断，即可判断出一条回流路径是否完整，即，若提取的坐标在参考层存在作为回流的铜皮，则继续检测下一个小段。若判断回流路径缺失是由过孔避让导致的，则进行忽略并继续检测下一个小段。若判断并非是由过孔避让导致的，则判断该坐标处的走线不合格，并标注出来。按此实施，对每一条回流路径判断后便可得知该PCB上回流路径是否完整。

具体的，通过判断该小段是否是这根传输线的最后一小段。若不是，则提取下一小段进行判断；若是，则说明该根传输线已经检查结束了，则对下一根进行判断。在一根传输线判断结束后，可以进一步的判断传输线是不是PCB板上的最后一根传输线，若不是，则提取下一根传输线继续判断，若是，则说明整张PCB块上的传输线都已检查完毕，检查可以结束。

以上功能的实施可以通过是对ALLEGRO软件进行二次开发得到，运行该软件便可以自动检测出缺少回流路径的走线，并标识出来给检测人员。

例如运用该工具可以先在Home环境变量设定的路径下查找到pcbenv文件夹后，在pcbenv中新增Allegro.ilinit文档，作为设定examine.il的路径及自动载入examine.Il，examine.Il即为利用ALLEGRO软件进行二次开发得到的实现上述检查的具体执行软件；

编辑Allegro.ilinit文档，语法可以如下：

setSkillPath(buildString(append(getSkillPath()″D:/skill″)))；//编辑程序存放的路径，以便ALLEGRO软件能够查找到程序的位置

Load(″examine.il″)；//载入该程序

其中D:/skill是例中假设的放examine.il文档的路径，设定其是在D盘下建的一个目录名为skill的目录，并将examine.il存储在该目录中；Load用于将examine.il导入ALLEGRO。

将Allegro.ilinit编辑完以后，只要打开ALLEGRO软件，运行examine命令，即可自动检测出缺少回流路径的走线。

本发明还提供了一种印刷电路板走线回流路径的检查方法，下面结合附图对本方法的具体实施进行说明。

图11为印刷电路板走线回流路径的检查方法实施流程示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

步骤1101、确定PCB的信号层与参考层；

步骤1102、获取信号层上的信号路径的位置信息；

步骤1103、根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；

步骤1104、确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

步骤1104中确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失，具体可以为：

将回流路径等分；

确定等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

根据是否存在导体材料的确定结果，在回流路径的任意一段上都存在导体材料时，确定存在回流路径，在回流路径上至少有一段不存在导体材料时，确定回流路径缺失。

将回流路径等分可以具体为：

确定回流路径的走线方向；

根据确定的方向确定每一段等长的回流路径的坐标；

根据确定的坐标分割回流路径。

确定等分的每段回流路径上是否存在导体材料时，可以具体为：逐段确定等分的每段回流路径上是否存在导体材料；此时，根据是否存在导体材料的确定结果确定回流路径缺失则可以具体为：在确定出不存在导体材料的一段回流路径时，确定回流路径缺失。

在确定回流路径缺失前，还可以进一步包括：

在确定回流路径缺失前，确定不存在导体材料的每一段回流路径上是否都存在过孔，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

图12为印刷电路板走线回流路径的检查方法的另一实施流程示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

步骤1201、确定层叠类型是信号层或参考层；

步骤1202、提取一根传输线并将其分割成相等长度的小段；

本步骤中，如果是从步骤1208转入的，则提取的是下一根传输线，并将其分割后进行以下判断。

步骤1203、提取一小段的端点坐标；

本步骤中，如果是从步骤1204、1205、1207进入的，则提取的是下一段的端点坐标。

步骤1204、判断参考层在提取的坐标位置上是否存在铜皮，是则进入步骤1203后提取下一段的端点坐标，否则进入步骤1205；

步骤1205、判断回流路径缺失是否由过孔避让导致的，是则进入步骤1203后提取下一段的端点坐标，否则进入步骤1206；

步骤1206、判断走线不合格，并标注出来；

步骤1207、判断小段末端点是否是该段传输线的末端点，是则转入步骤1208，否则转入1203后提取下一段的端点坐标；

步骤1208、判断是否为最后一根传输线，是则转入步骤1209，否则转入入步骤1202后提取下一根传输线并将其分割；

步骤1209、判断结束。

本发明还提供了一种存储介质，下面对该介质的具体实施进行说明。

一种存储介质，可以包括：

层叠类型确定模块，用于确定印刷电路板的信号层与参考层；

信号路径获取模块，用于获取信号层上的信号路径的位置信息；

回流路径确定模块，用于根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；

回流路径分析模块，用于确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

回流路径分析模块中可以包括：

回流路径分割单元，用于将所述回流路径等分；

导体确定单元，用于确定回流路径分割单元等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

回流路径判断单元，用于根据导体确定单元确定结果，在回流路径的任意一段上都存在导体材料时，确定存在回流路径，在回流路径上至少有一段不存在导体材料时，确定回流路径缺失。

回流路径分割单元中可以包括：

方向确定子单元，用于确定回流路径的走线方向；

坐标确定子单元，用于根据方向确定子单元确定的方向确定每一段等长的回流路径的坐标；

路径分割子单元，用于根据坐标确定子单元确定的坐标分割回流路径。

导体确定单元中可以包括：

确定子单元，用于逐段确定回流路径分割单元等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

触发子单元，用于在确定子单元确定出不存在导体材料的一段回流路径时，触发回流路径判断单元进行判断。

回流路径判断单元中可以进一步包括：

过孔忽略子单元，用于在确定回流路径缺失前，确定不存在导体材料的每一段回流路径上是否都存在过孔，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

本领域普通技术人员可以理解上述实施中的全部或部分功能是可以通过程序来指令相关的硬件完成，这些功能模块可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括但不限于：ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random-Access Memory，随机存取存储器)、磁盘或光盘等。

由上述实施可以看出，本发明可以将所有缺少回流路径的PCB走线都查找并标注出来，避免了人工检查时的繁杂和遗漏，极大地提高了设计时的效率和准确性，节约了人力资源。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种印刷电路板走线回流路径的检查装置，其特征在于，包括：

层叠类型确定模块，用于确定印刷电路板的信号层与参考层；

信号路径获取模块，用于获取信号层上的信号路径的位置信息；

回流路径确定模块，用于根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；

回流路径分析模块，用于确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，回流路径分析模块包括：

回流路径分割单元，用于将所述回流路径等分；

导体确定单元，用于确定回流路径分割单元等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

回流路径判断单元，用于根据导体确定单元确定结果，在回流路径的任意一段上都存在导体材料时，确定存在回流路径，在回流路径上至少有一段不存在导体材料时，确定回流路径缺失。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，回流路径分割单元包括：

方向确定子单元，用于确定回流路径的走线方向；

坐标确定子单元，用于根据方向确定子单元确定的方向确定每一段等长的回流路径的坐标；

路径分割子单元，用于根据坐标确定子单元确定的坐标分割回流路径。

4、如权利要求2所述的装置，其特征在于，导体确定单元包括：

确定子单元，用于逐段确定回流路径分割单元等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

触发子单元，用于在确定子单元确定出不存在导体材料的一段回流路径时，触发回流路径判断单元进行判断。

5、如权利要求2所述的装置，其特征在于，回流路径判断单元进一步包括：

过孔忽略子单元，用于在确定回流路径缺失前，确定不存在导体材料的每一段回流路径上是否都存在过孔，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

6、一种印刷电路板走线回流路径的检查方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定印刷电路板的信号层与参考层；

获取信号层上的信号路径的位置信息；

根据所述位置信息确定回流路径，所述回流路径在参考层上的位置信息与信号路径在信号层上的位置信息相对应；

确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述回流路径上是否存在导体材料，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失，具体为：

将回流路径等分；

确定等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

根据是否存在导体材料的确定结果，在回流路径的任意一段上都存在导体材料时，确定存在回流路径，在回流路径上至少有一段不存在导体材料时，确定回流路径缺失。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将回流路径等分，具体为：

确定回流路径的走线方向；

根据确定的方向确定每一段等长的回流路径的坐标；

根据确定的坐标分割回流路径。

9、如权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述确定等分的每段回流路径上是否存在导体材料，具体为：逐段确定等分的每段回流路径上是否存在导体材料；

根据是否存在导体材料的确定结果确定回流路径缺失，具体为：在确定出不存在导体材料的一段回流路径时，确定回流路径缺失。

10、如权利要求7所述的方法，其特征在于，在确定回流路径缺失前，进一步包括：

在确定回流路径缺失前，确定不存在导体材料的每一段回流路径上是否都存在过孔，是则确定存在回流路径，否则确定回流路径缺失。

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