CN102364478B - 一种高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统，所述方法包括：根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真。采用本发明提供的所述高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统，与现有技术相比，达到了提升高速信号通道过孔仿真效率的效果，节省了高速信号无源通道仿真设计的时间，提高了仿真准确性。

Description

一种高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，具体而言，涉及一种高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统。

背景技术

如今的电信系统、数据通信系统和计算机系统，都依赖于高速串行数据的传输，随着系统带宽的持续增长，对应的高速串行数据速率也越来越高，现在业界通常的背板互连系统速率达到6.25Gbps，而10Gbps以太网的背板标准也已经开发作为802.3ap标准的一部分。要想完成经过整个背板上的芯片到芯片高速信号通道系统的设计，需要复杂的仿真、设计以及测试验证过程。

一个典型的高速互连系统，信号由单板上的芯片驱动，通过单板、连接器背板、连接器和另一个单板，到达接收端芯片。这个系统中的无源通道是高速信号完整性问题的主要影响因素，信号在无源通道中传输，就像经过一个低通滤波器，信号通过连接器、走线和过孔等无源链路部件时，都会引起损失和抖动。

一旦选定了连接器，其本身的损耗就被确定下来，多数的高速背板连接器都采用压接方式设计，需要通过过孔来与单板和背板连接。工程师需要尽可能的优化这些连接过孔，以将过孔插损降到最小，消除过孔容性作用带来的反射。实际PCB板设计中，经常会遇到表面微带线转换到带状线的做法，这种状况下，需要找出最优的过孔设计。因为过孔在高速率下的模型非常复杂，影响过孔的主要因素有孔径、板厚、反焊盘、残桩等参数，而且过孔的性能还与频率有关，通常会通过建模仿真优化，从而找到最优的设计。

专利申请号为CN200510036126的中国专利提供了一种差分过孔阻抗与差分导线阻抗匹配的方法，其关注重点是影响过孔阻抗的参数优化，然而对仿真方法没有改善，仿真效率也没有得到提高。

专利申请号为CN200810174865.4的中国专利提供了一种高速互连系统的仿真设计方法及系统，其关注重点为整个高速互连系统的仿真方法，将互连系统各部分分别仿真再整合出完整链路参数，然而这种方法目前业内已经普遍使用，其对于过孔的仿真效率提高却没有任何帮助。

另外，专利申请号为US20060405242的一件美国专利则提供了一种将电源平面或者地平面耦合考虑在内的过孔建模方法，此专利文献关注的重点是在过孔建模中考虑电源平面或者地平面的耦合作用，通过专利提供的方法可以建立更加准确的过孔模型，然而该专利文献同样没有涉及对仿真方法进行改善以提升仿真效率的技术方案。

综上所述，不断的仿真和测试可以帮助工程师找出最优的过孔设计，但现有的仿真方法至少存在以下问题：

1、一个完整的高速互连无源通道中存在着多个过孔，每个过孔的参数并不一致，需要一一进行复杂的过孔建模过程，完成一次链路的仿真需要花费大量的时间。

2、高频下，过孔的模型十分复杂，大量的建模工作无法做到一一的验证，因此无法保证仿真的精度。

3、不同的互连系统之间的联系很少，每一个新设计都需要重复的建模仿真，造成仿真工程师的工作繁重，效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统，其能够解决现有技术中仿真效率低下的问题。

为了达到本发明的目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高速信号通道过孔的仿真方法，包括：

根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真。

优选地，所述原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息以及可变参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息，所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

优选地，对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

一种高速信号通道过孔的仿真装置，包括：

过孔分类模块、用于根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

原始过孔模型库构建模块，用于对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

过孔模型装置库构建模块，用于对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

仿真模块，用于利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真。

优选地，所述原始过孔模型库构建模块构建的原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息以及可变参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息，所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

优选地，所述过孔模型装置库构建模块对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

一种高速信号通道过孔的仿真系统，包括高速信号通道过孔的仿真装置，所述装置包括：

过孔分类模块、用于根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

原始过孔模型库构建模块，用于对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

过孔模型装置库构建模块，用于对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

仿真模块，用于利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真。

优选地，所述原始过孔模型库构建模块构建的原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息以及可变参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息，所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

优选地，所述过孔模型装置库构建模块对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

通过上述本发明的技术方案可以看出，采用本发明提供的所述高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统，与现有技术相比，达到了提升高速信号通道过孔仿真效率的效果，节省了高速信号无源通道仿真设计的时间，提高了仿真准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高速信号通道过孔的仿真方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的对过孔仿真装置进行仿真测试验证的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的高速信号通道过孔的仿真装置结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以及附图做进一步的说明。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明实施例提供的一种高速信号通道过孔的仿真方法，包括如下步骤：

S101、根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

S102、对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

S103、对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

S104、利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真。

其中，所述步骤S102建立的原始过孔模型库中，所述原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息以及可变参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息，所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

其中，为便于理解，下面对上述的板材类型信息、板厚信息、过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数、过孔的背钻深度参数以及S参数(也称为散射参数)进行说明如下：

板材与板厚，是制作使用过孔进行电气连接的印制电路板的板材与板厚，板材起到支撑过孔镀铜的作用，同时也会引起信号的衰减；板厚决定着过孔的长度，以及孔径的可加工尺寸。

过孔的反焊盘，在不需要与过孔进行连接的平面层，需要保持过孔焊盘与平面铜皮之间一定的距离，为了优化过孔性能，反焊盘通常会制作成一定的几何形状。

过孔的有用部分与残桩长度，过孔是用于印制电路板的不同电路层之间的信号传输，其中信号经过的部分称为过孔的有用部分；通常的电镀通孔会存在一段或者两段没有用于信号传输的部分，称为过孔的残桩，残桩会引起严重的信号完整性问题。

过孔的孔径，过孔的内壁是电镀铜，本发明将镀铜之后的孔径简称为过孔的孔径。

过孔的出线层，与过孔相连的信号层，用于信号的传输。

过孔的背钻深度，为了消除过孔残桩的影响，在过孔制作中，可以采用一种从过孔背部反钻的方法将过孔的残桩钻掉，使其长度减小，反钻的深度称为过孔的背钻深度。

S参数，也称为散射参数，为一种可以用来完全表征高速无源通道性能的参数。

优选实施方式下，如图2所示，在所述步骤S103中，对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

S1031、针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

S1032、调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

S1033、将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

S1034、将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

下面举一具体实施例以解释本发明提供的高速信号通道过孔的仿真方法，包括如下具体步骤：

步骤S01、用于制作印制电路板的板材有很多类型，每种类型又可以通过不同的叠层形成不同厚度的电路板。根据工程师常用的板材类型和板厚可以将过孔进行分类，例如，本发明该具体实施例采用一种板材为N4000-13SI，板厚6mm的应用于背板的过孔类型。

步骤S02、对板材为N4000-13SI，板厚6mm的过孔类型进行建模，建模的过程是本领域内的通用的技术手段，这里需要说明的是建立之后的模型包含以下特征：

1、模型的板材是N4000-13SI，板厚为6mm。

2、模型中的参数是可调的，如过孔的孔径、镀铜厚度、过孔的出线层、过孔的有用部分、残桩长度以及过孔的背钻深度等。

步骤S03、测试一组高速信号通道的无源S参数，这组高速信号通道中含有N4000-13SI，板厚为6mm的过孔。调整步骤S02中的模型参数，使与上述高速信号通道中的过孔尺寸一致，仿真得到过孔的S参数，将过孔的S参数与高速信号通道中其他无源部件的S参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源S参数，并与测试结果进行对比验证，根据验证结果修正步骤S02中建立的原始过孔装置，一直到仿真测试结果能够达到吻合。

在该步骤中，高速信号通道其他无源部件的S参数的取得，可以通过仿真或者测试的方法获取；完整信号通道的S参数的整合方法，也是本领域内的常见的一般技术，本文不再详细说明。

步骤S04、将步骤S03中经过仿真测试验证修正后的过孔模型作为板材是N4000-13SI，板厚为6mm这一类过孔的原始过孔模型装置。

步骤S05、以步骤S04中的原始过孔装置为基础，根据实际需要仿真的高速信号通道中的过孔尺寸，调整原始过孔装置中的参数，使与实际尺寸相符合，得到仿真模型，仿真得到结果。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种高速信号通道过孔的仿真装置，所述装置包括：

过孔分类模块10、用于根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

原始过孔模型库构建模块20，用于对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

过孔模型装置库构建模块30，用于对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

仿真模块40，用于利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真。

其中，所述原始过孔模型库构建模块20构建的原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息以及可变参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息，所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

优选实施方式下，所述过孔模型装置库构建模块30对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

步骤1、针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

步骤2、调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

步骤3、将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

步骤4、将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

本发明实施例还提供了一种高速信号通道过孔的仿真系统，所述系统包括高速信号通道过孔的仿真装置，参照图3，所述装置包括：

过孔分类模块10、用于根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

原始过孔模型库构建模块20，用于对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

过孔模型装置库构建模块30，用于对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

仿真模块40，用于利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真。

其中，所述原始过孔模型库构建模块20构建的原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息以及可变参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息，所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

优选实施方式下，所述过孔模型装置库构建模块30对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

本发明提供的的高速信号通道的过孔仿真方法、装置及系统，通过按照过孔的板材与板厚进行分类建立模型装置库的方式，使得实际过孔建模可以灵活的调用模型装置库中的模型进行快速的实现。避免了以往仿真中每个过孔都需要经过的复杂建模过程，而使得效率低下，准确性不能保证的问题。采用本发明提供的所述高速信号通道过孔的仿真方法、装置及系统，与现有技术相比，达到了提升高速信号通道过孔仿真效率的效果，节省了高速信号无源通道仿真设计的时间，提高了仿真准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高速信号通道过孔的仿真方法，其特征在于，包括：

根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真；

所述原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息；

所述对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

2.如权利要求1所述的高速信号通道过孔的仿真方法，其特征在于，所述原始过孔模型库包括可变参数信息，所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

3.一种高速信号通道过孔的仿真装置，其特征在于，包括：

过孔分类模块，用于根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

原始过孔模型库构建模块，用于对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

过孔模型装置库构建模块，用于对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

仿真模块，用于利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真；

所述原始过孔模型库构建模块构建的原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息；

所述过孔模型装置库构建模块对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括；

针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

4.如权利要求3所述的高速信号通道过孔的仿真装置，其特征在于，所述原始过孔模型库构建模块构建的原始过孔模型库包括过孔的可变参数信息，其中所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。

5.一种高速信号通道过孔的仿真系统，其特征在于，包括高速信号通道过孔的仿真装置，所述装置包括：

过孔分类模块、用于根据板材类型信息以及板厚信息对过孔进行分类；

原始过孔模型库构建模块，用于对所述分类后的过孔进行建模，建立原始过孔模型库；

过孔模型装置库构建模块，用于对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库；

仿真模块，用于利用所述过孔模型装置库形成实际的过孔仿真模型进行仿真；

所述原始过孔模型库构建模块构建的原始过孔模型库包括过孔的固定参数信息，其中所述固定参数信息包括板材类型信息以及板厚信息；

所述过孔模型装置库构建模块对原始过孔模型库进行仿真测试验证，建立经过验证的过孔模型装置库的方法包括：

针对分类后的一类过孔测试得到一组含有该类过孔的高速信号通道的散射参数；

调整原始过孔模型库中对应的过孔的可变参数信息，使其与所述高速信号通道中的过孔参数信息一致，仿真得到过孔的散射参数；

将仿真得到的过孔的散射参数与高速信号通道中其他无源部件的散射参数进行整合，得到完整的高速信号通道的无源散射参数；

将无源散射参数与测试得到的高速信号通道的散射参数进行对比验证，若不符合，则根据验证结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型装置库。

6.如权利要求5所述的高速信号通道过孔的仿真系统，其特征在于，所述原始过孔模型库构建模块构建的原始过孔模型库包括过孔的可变参数信息，其中所述可变参数信息包括过孔的孔径参数、镀铜厚度参数、过孔的出线层参数、过孔的有用部分参数、残桩长度参数以及过孔的背钻深度参数。