CN102508936A - 用于bga基板过孔的高频等效电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于BGA基板过孔的高频等效电路，第一端口的正极与第二端口的正极之间接有表示过孔信号通道的互连损耗大小的电阻Rs、表示过孔信号通道的寄生电感值的电感Ls，电阻Rs与电感Ls串联；第一电容Cd1与第一电阻Rd1并联后一端接在第一端口正极与电阻Rs之间，另一端与第一端口的负极连接；第二电容Cd2与第二电阻Rd2并联后一端接在第二端口正极与电感Ls之间，另一端与第二端口的负极连接。本发明结构合理，适用于高频高速集成电路的设计使用，可较易地建立过孔的等效电路模型，对实现芯片-封装一体化设计具有重要意义。

Description

用于BGA基板过孔的高频等效电路

技术领域

本发明涉及一种用于BGA基板过孔的高频等效电路。

背景技术

随着集成电路的工作频率越来越高，现代集成电路封装除了要求满足基本的电气连接功能外，还要能够解决因集成电路芯片技术的发展而提出的高频/高速以及引脚数目增加而造成的信号完整性问题。先进的BGA封装技术与之前的DIP、QFN、QFP等封装技术相比，有效减小了封装寄生参数，但如何最大程度地减小封装寄生参数对高频高速电路的影响，就需要建立封装互连结构的等效电路模型，使电路设计者在电路设计阶段就考虑到封装寄生参数因数，实现芯片-封装的一体化设计。

过孔是BGA基板上不同金属层之间实现连接的必备部件，建立过孔的等效电路模型，对实现芯片-封装一体化设计具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构合理，适用于高频高速集成电路的设计使用的用于BGA基板过孔的高频等效电路。

本发明的技术解决方案是：

一种用于BGA基板过孔的高频等效电路，其特征是：为∏型基板过孔的高频等效电路，包括第一、第二两个端口，第一端口的正极与第二端口的正极之间接有表示过孔信号通道的互连损耗大小的电阻Rs、表示过孔信号通道的寄生电感值的电感Ls，电阻Rs与电感Ls串联；第一电容Cd1与第一电阻Rd1并联后一端接在第一端口正极与电阻Rs之间，另一端与第一端口的负极连接；第二电容Cd2与第二电阻Rd2并联后一端接在第二端口正极与电感Ls之间，另一端与第二端口的负极连接。

所述电阻Rs、电感Ls、第一电容Cd1、第一电阻Rd1、第二电容Cd1、第二电阻Rd2满足下列关系式：

$R_{d1}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{11}+Y_{12})};$ $C_{d1}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{11}+Y_{12})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_{d2}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{22}+Y_{21})};$ $C_{d2}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{22}+Y_{21})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_s=\mathrm{real}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right);$ $L_s=\mathrm{imag}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right)/\left(2\mathrm{\πf}\right).$

本发明结构合理，适用于高频高速集成电路的设计使用，可较易地建立过孔的等效电路模型，对实现芯片-封装一体化设计具有重要意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

一种用于BGA基板过孔的高频等效电路，其特征是：为∏型基板过孔的高频等效电路，包括第一、第二两个端口(即端口1、端口2)，第一端口的正极与第二端口的正极之间接有表示过孔信号通道的互连损耗大小的电阻Rs、表示过孔信号通道的寄生电感值的电感Ls，电阻Rs与电感Ls串联；第一电容Cd1与第一电阻Rd1并联后一端接在第一端口正极与电阻Rs之间，另一端与第一端口的负极连接；第二电容Cd2与第二电阻Rd2并联后一端接在第二端口正极与电感Ls之间，另一端与第二端口的负极连接。

所述电阻Rs、电感Ls、第一电容Cd1、第一电阻Rd1、第二电容Cd1、第二电阻Rd2满足下列关系式：

$R_{d1}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{11}+Y_{12})};$ $C_{d1}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{11}+Y_{12})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_{d2}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{22}+Y_{21})};$ $C_{d2}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{22}+Y_{21})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_s=\mathrm{real}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right);$ $L_s=\mathrm{imag}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right)/\left(2\mathrm{\πf}\right).$

上述关系式得到的具体步骤和计算过程如下：

步骤一：借助高频仿真软件仿真得到或者通过高频测量仪器测量得到过孔的二端口S参数矩阵[S]。

$\left[S\right]=\left[\begin{array}{cc}{S}_{11}& S_{12}\\ S_{21}& S_{22}\end{array}\right]$

其中，S代表散射参数矩阵，即S参数矩阵；元素S11，表示端口2接匹配负载情况下端口1的反射系数；元素S12，表示端口1接匹配负载情况下网络从端口2到端口1的功率增益；元素S21，表示端口2接匹配负载情况下网络从端口1到端口2的功率增益；元素S22，表示端口1接匹配负载情况下端口2的反射系数。

步骤二：根据二端口散射参数矩阵与导纳参数矩阵的关系式，得到过孔的Y参数。

$\left[\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right]=\frac{1}{Z_0}\×\left[\begin{array}{cc}\frac{(1-S_{11})(1+S_{22})+S_{12}{S}_{21}}{(1+S_{11})(1+S_{22})-S_{12}{S}_{21}}& \frac{-2S_{12}}{(1+S_{11})(1+S_{22})-S_{12}{S}_{21}}\\ \frac{-2S_{21}}{(1+S_{11})(1+S_{22})-S_{12}{S}_{21}}& \frac{(1-S_{22})(1+S_{11})+S_{12}{S}_{21}}{(1+S_{11})(1+S_{22})-S_{12}{S}_{21}}\end{array}\right]$

其中，Y代表导纳参数矩阵，即Y参数矩阵；元素Y11，表示端口2短路情况下端口1的输入导纳；元素Y12，表示端口1短路情况下的从端口2到端口1的传输导纳；元素Y21，表示端口2短路情况下从端口1到端口2的传输导纳；元素Y22，表示端口1短路情况下的端口2的输入导纳。

步骤三：根据上述二端口网络Y参数矩阵元素的定义和过孔的高频等效电路结构，可以得到以下一组关系式：

$\left\{\begin{array}{c}{Y}_{11}=\frac{1}{R_{d1}}+\mathrm{j\ω}{C}_{d1}+\frac{1}{R_s+\mathrm{j\ω}{L}_{\mathrm{ss}}}\\ Y_{22}=\frac{1}{R_{d2}}+\mathrm{j\ω}{C}_{d2}+\frac{1}{R_s+\mathrm{j\ω}{L}_s}\\ Y_{12}=Y_{21}=-\frac{1}{R_s+\mathrm{j\ω}{L}_s}\end{array}\right.$

其中，ω表示电路的工作角频率，并且有ω＝2πf，f表示电路的工作频率。

步骤四：根据步骤三得到的关系式，解得：

$R_{d1}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{11}+Y_{12})};$ $C_{d1}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{11}+Y_{12})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_{d2}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{22}+Y_{21})};$ $C_{d2}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{22}+Y_{21})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_s=\mathrm{real}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right);$ $L_s=\mathrm{imag}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right)/\left(2\mathrm{\πf}\right).$

通过以上四个步骤，就得到了过孔高频等效电路结构中各参数值。

Claims (2)

1.一种用于BGA基板过孔的高频等效电路，其特征是：为∏型基板过孔的高频等效电路，包括第一、第二两个端口，第一端口的正极与第二端口的正极之间接有表示过孔信号通道的互连损耗大小的电阻Rs、表示过孔信号通道的寄生电感值的电感Ls，电阻Rs与电感Ls串联；第一电容Cd1与第一电阻Rd1并联后一端接在第一端口正极与电阻Rs之间，另一端与第一端口的负极连接；第二电容Cd2与第二电阻Rd2并联后一端接在第二端口正极与电感Ls之间，另一端与第二端口的负极连接。

2.根据权利要求1所述的用于BGA基板过孔的高频等效电路，其特征是：所述电阻Rs、电感Ls、第一电容Cd1、第一电阻Rd1、第二电容Cd1、第二电阻Rd2满足下列关系式：

$R_{d1}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{11}+Y_{12})};$ $C_{d1}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{11}+Y_{12})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_{d2}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{22}+Y_{21})};$ $C_{d2}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{22}+Y_{21})}{2\mathrm{\πf}};$

$R_s=\mathrm{real}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right);$ $L_s=\mathrm{imag}\left(\frac{1}{-Y_{12}}\right)/\left(2\mathrm{\πf}\right).$

Images