CN102590622A - 阻抗计算系统及阻抗计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阻抗计算系统，包括存储模块、信息获取模块、处理模块、计算模块以及输出模块。存储模块包括物料数据库以及介电常数数据库。信息获取模块获取选择的叠构和输入的管控信息，管控信息包括阻抗管控线路的位置及其参考层。处理模块从物料数据库中获得与选择的叠构相关的物料信息，判定介电常数数据库中是否存在相关物料的介电常数数据，在判定为是时，判断阻抗管控线路与参考层之间的物料的种类，并获取该种物料的介电常数。计算模块根据处理模块的处理结果以及管控信息计算阻抗管控线路的阻抗。在判定为是时，输出模块输出处理模块的处理结果以及计算模块的计算结果，在判定为否时，输出不能计算。本发明还提供阻抗计算方法。

Description

阻抗计算系统及阻抗计算方法

技术领域

本发明涉及阻抗控制，尤其涉及一种可较方便获得线路的阻抗的阻抗计算系统及阻抗计算方法。

背景技术

随着科学技术的进步，印刷电路板在电子产品得到的广泛的应用。关于电路板的应用请参见文献Takahashi，A.Ooki，N.Nagai，A.Akahoshi，H.Mukoh，A.Wajima，M.Res.Lab，High density multilayer printed circuit boardfor HITAC M-880，IEEE Trans.on Components，Packaging，and ManufacturingTechnology，1992，15(4)：418-425。

电路板一般包括多层线路层，多层线路层之间以绝缘材料间隔，每层线路层均包括多条线路。电路板上一般构装有多个电子元件。电路板上作为输出端的电子元件将信号通过线路传输给作为输入端的电子元件时，线路的阻抗需要与作为输入端和输出端的电子元件的电子阻抗相匹配。举例而言，如果线路的阻抗与作为输入端的电子元件的电子阻抗不匹配，将会造成部分信号不被作为输入端的电子元件接受，反而通过线路被反射回作为输出端的电子元件，从而造成传输信号的失真，产生杂讯串扰，严重影响电路板的性能。因此，在电路板的设计过程中，需要严密管控线路的阻抗。然而，与阻抗相关的参数较多，人工计算时需要查阅多种资料，查找多种参数，再进行多次演算。阻抗的计算是非常繁琐复杂而且极易出错的。

因此，有必要提供一种可较快且较准确获得阻抗信息的阻抗计算系统及阻抗计算方法。

发明内容

以下将以实施例说明一种阻抗计算系统及阻抗计算方法。

一种阻抗计算系统，包括存储模块、信息获取模块、处理模块、计算模块以及输出模块。所述存储模块包括物料数据库以及介电常数数据库，所述物料数据库存储有电路板的多种叠构的物料信息，所述介电常数数据库存储有电路板的多种物料的介电常数数据。所述信息获取模块用于获取输入信息，所述输入信息包括选择的叠构和输入的管控信息，所述管控信息包括阻抗管控线路的位置及阻抗管控线路的参考层。所述处理模块包括查找子模块、判定子模块、判断子模块及关联子模块，所述查找子模块用于从存储模块中获得与选择的叠构相关的物料信息，所述判定子模块用于判定存储模块中是否存在该种叠构相关的物料的介电常数数据，判断子模块用于在判定子模块判定为是时，判断该种叠构中阻抗管控线路与参考层之间的物料的种类，关联子模块用于根据判断子模块的判断结果和查找子模块的查找结果从介电常数数据库获取该种叠构中该种物料的介电常数。所述计算模块用于根据处理模块的处理结果以及信息获取模块获得的管控信息计算阻抗管控线路的阻抗。所述输出模块用于在判定子模块判定为是时，输出处理模块的处理结果以及计算模块的计算结果，并在判定子模块判定为否时，输出具有不能计算的含义的信息。

一种阻抗计算方法，包括步骤：构建一个存储模块，所述存储模块包括物料数据库以及介电常数数据库，所述物料数据库存储有电路板的多种叠构的物料信息，所述介电常数数据库存储有电路板的多种物料的介电常数数据；获取自输入装置输入的输入信息，所述输入信息包括选择的叠构和输入的管控信息，所述管控信息包括阻抗管控线路的位置及阻抗管控线路的参考层；在存储模块的物料数据库中查找与选择的叠构相关的物料信息；判定存储模块的介电常数数据库中是否存在该种叠构相关的物料的介电常数数据；在判定为是时，判断该种叠构中阻抗管控线路与参考层之间的物料的种类，根据判断结果和物料信息自存储模块的介电常数数据库中获取该种叠构中该种物料的介电常数，根据获得的介电常数以及信息获取模块获得的管控信息计算阻抗管控线路的阻抗，并输出获得的介电常数、获得的管控信息及计算结果；以及在判定为否时，输出具有不能计算的含义的信息。

本技术方案的阻抗计算系统及阻抗计算方法具有如下优点：利用存储模块、信息获取模块、处理模块、计算模块以及输出模块可以自动得出与选择的叠构相关的阻抗信息，如此，避免了人为的复杂计算和人为因素的干扰，不但可以较快速地得出计算结果，而且使得计算结果较为准确。

附图说明

图1为本技术方案实施例提供的阻抗计算系统的模块示意图。

图2为本技术方案实施例提供的阻抗计算方法的流程示意图。

主要元件符号说明

阻抗计算系统    10

计算机          100

输入装置        102

输出装置        104

存储模块        11

物料数据库      111

介电常数数据库  112

信息获取模块    12

获取子模块      121

比较子模块      122

处理模块        13

查找子模块      131

判定子模块      132

判断子模块      133

关联子模块      134

计算模块        14

计算子模块      141

比对子模块      142

输出模块        15

具体实施方式

下面将结合附图及实施例，对本技术方案提供的阻抗计算系统及方法作进一步的详细说明。

请参阅图1，本技术方案实施例提供的阻抗计算系统10可以建构在一个或者多个计算机100中，所述一个或者多个计算机100通过数据线与一个输入装置102相连接，还通过数据线与一个输出装置104相连接。所述输入装置102可以为键盘、鼠标、触摸屏等设备，用于供使用者向计算机100内输入信息与命令。所述输出装置104可以为显示屏，用于显示计算机100的输出信息。

所述阻抗计算系统10可以建构在一个或者多个计算机100的硬盘以及处理器中。阻抗计算系统10用于计算电路板中线路的阻抗值，其包括存储模块11、信息获取模块12、处理模块13、计算模块14及输出模块15。

所述存储模块11包括物料数据库111和介电常数数据库112。所述物料数据库111存储有电路板的多种叠构的物料信息。所述叠构是指设计的电路板的叠层结构。电路板的物料通常至少包括基板和胶片，所述基板包括一层介质层和至少一层用于制作线路的或已制成线路的导电层。可以说，电路板的物料包括介质层、导电层及胶片，其中，介质层和胶片为绝缘物料。所述物料信息是指电路板中各种物料的排列情况及电路板各层的厚度。导电层的厚度等于以其制成的线路的厚度，因此，可以说物料数据库111存储有绝缘物料的厚度信息，也存储有线路的厚度信息。

所述介电常数数据库112存储有电路板中绝缘物料的介电常数数据。也就是说，介电常数数据库112存储介质层的介电常数数据和胶片的介电常数数据。物料的介电常数通常跟厚度相关。介电常数数据库112可以以列表存储的方式存储每种叠构中绝缘物料的厚度与介电常数的关系。举例而言，介电常数数据库112可以包括介质层厚度与介质层介电常数的关系列表，还包括胶片厚度与胶片介电常数的关系列表。由于导电层或者说线路的介电常数通常很小，且跟线路的阻抗关联性较小，因此介电常数数据库112可以不存储有导电层的介电常数数据。

所述信息获取模块12用于获取自输入装置102输入的信息，即自输入装置102选择的叠构和输入的管控信息。所述管控信息是指获取的该种叠构中，需要管控阻抗的线路所在的层别、对应的参考层、阻抗类型、线宽等信息。当然，管控信息也可以包括预定的阻抗值。管控的阻抗层别是指电路板的叠层构造中需要管控阻抗的线路所在的导电层。所述参考层是指位于需要管控阻抗的线路的正上方或正下方的，邻近该线路的一个导电层。阻抗类型可以包括特性阻抗和差动阻抗。

信息获取模块12包括至少一个与输入装置102相连接的获取子模块121。设计工程师可以通过输入装置102选择多种叠构中的一种叠构，并输入相应的管控信息，获取子模块121获取这种叠构、这些管控信息并储存该种叠构、该些管控信息。当电路板中有多条不同层别的线路需要管控阻抗时，所述信息获取模块12可以包括多个获取子模块121。每个获取子模块121用于对应获取一层中需要管控阻抗的线路的管控信息。设计工程师可以通过输入装置102输入每层中需要管控阻抗的线路的管控信息，从而，多个获取子模块121可以依次获取并存储每层需要管控阻抗的线路的管控信息。

优选的，所述信息获取模块12的获取子模块121依照时序定时扫描、定时获取自输入装置102输入的信息。也就是说，所述获取子模块121按照一定的扫描间隔多次获取输入信息，所述扫描间隔可以在0.01秒到2秒之间。此时，所述信息获取模块12优选还包括一个比较子模块122，所述比较子模块122用于比较相邻两次获取的输入信息之间是否存在差异。当存在差异时，比较子模块122触发处理模块13开始执行处理程序；当不存在差异时，不触发处理模块13。在设计工程师未输入信息时，获取子模块121每次获取的信息都是相同的空信息，比较子模块122不触发处理模块13。当设计工程师输入信息之后的第一个扫描间隔内，获取子模块121获取的输入信息不同于之前的空信息，因此，比较子模块122触发处理模块13。在设计工程师输入信息之后的第一个扫描间隔后，如果设计工程师改变输入信息，则比较子模块122将再次触发处理模块13，如果设计工程师不改变输入信息，则比较子模块122不触发处理模块13。

所述处理模块13包括查找子模块131、判定子模块132、判断子模块133及关联子模块134。所述查找子模块131用于根据信息获取模块12获取的叠构，访问物料数据库111，并获得该种叠构中各种物料的排列情况及各层的厚度。查找子模块131还在查找后将查找结果传输给输出模块15。所述判定子模块132用于判定物料数据库111中是否存在信息获取模块12获取的该种叠构的绝缘物料的介电常数数据。当判定为否时，触发输出模块15以输出具有“不能计算”的含义的信息。当判定为是时，触发判断子模块133判断该种叠构中需要管控阻抗的线路与参考层之间的绝缘物料的种类。或者说，判断该种叠构中需要管控阻抗的线路与参考层之间的绝缘物料是介质层还是胶片。判断子模块133可以根据物料数据库111中存储的该种叠构的物料信息判断出该层绝缘物料的种类。关联子模块134用于根据判断子模块133的判定结果和查找子模块131的查找结果访问介电常数数据库112以获取该绝缘物料的介电常数。具体而言，当判断子模块133判定该绝缘物料为介质层时，关联子模块134关联介质层厚度与介质层介电常数的关系列表，并读出与查找子模块131获得的该绝缘物料的厚度对应的介电常数；当判断子模块133判定该绝缘物料为胶片时，关联子模块134关联胶片厚度与胶片介电常数的关系列表，并读出与查找子模块131获得的该绝缘物料的厚度对应的介电常数。

所述计算模块14包括计算子模块141，计算子模块141用于根据信息获取模块12获取的信息以及处理模块13的处理结果，关联相应的阻抗计算公式而获得需要管控阻抗的线路的阻抗值，并将计算结果传输给输出模块15。本领域技术人员可以理解，对应于不同类型的阻抗具有不同的阻抗计算公式。也就是说，当信息获取模块12获取的阻抗类型为特性阻抗时，计算模块14关联特性阻抗的阻抗计算公式以计算出线路的阻抗值；当信息获取模块12获取的阻抗类型为差动阻抗时，计算模块14关联差动阻抗的阻抗计算公式以计算出线路的阻抗值。

所述阻抗计算公式为已知的计算阻抗的经验公式及精确公式。举例而言，特性阻抗的计算公式可以采用经验公式：Zo＝[87/(Er+1.41)1/2]×ln[5.98H/(0.8W+T)]，其中，Er为关联子模块134获得的该绝缘物料的介电常数，H为查找子模块获得的该绝缘物料的厚度；W为线宽；T为物料数据库111中存储的线路厚度。

优选的，所述计算模块14还包括一个比对子模块142，所述比对子模块142用于比对计算出的阻抗值与信息获取模块12获取的预定的阻抗值的相对比值，并将比对结果传输给输出模块15。从而，设计工程师可以依据计算出的阻抗值与信息获取模块12获取的预定的阻抗值的相对比值，确定计算出的阻抗值是否在预定的阻抗值的允许误差范围内。一般地，如果计算出的阻抗值在预定的阻抗值的90％至110％之间，认为符合要求，否则则认为不符合要求。

所述输出模块15与输出装置104相连接，还与计算模块14、处理模块13信号连接，用于将处理模块13的处理结果以及计算模块14的计算结果输出给输出装置104，以供设计工程师参考。具体而言，输出模块15用于输出查找子模块131传输的查找结果；还用于在被判定子模块132触发时输出具有“不能计算”的含义的信息，例如“fault”、“出错”或“不能计算”等显示框；还用于输出计算模块14计算出的阻抗值及相对比值。

请参阅图2，本技术方案还提供一种利用阻抗计算系统10计算损耗的方法，包括步骤：

S1，构建一个如前所述的存储模块11。

S2，信息获取模块12的获取子模块121获取自输入装置102选择的叠构和输入的管控信息。所述管控信息包括阻抗管控线路的位置及阻抗管控线路的参考层。获取子模块121可以通过一定的扫描间隔定时多次获取输入信息。当比较子模块122通过比较相邻两次获取的输入信息，发现这两次获取的输入信息之间存在差异时，比较子模块122触发处理模块13开始执行处理程序。

S3，所述处理模块13被触发后，查找子模块131根据信息获取模块12获取的叠构，访问物料数据库111，并获得该种叠构中各种物料的排列情况及各层的厚度。

S4，判定子模块132判定物料数据库111中是否存在与该种叠构相关的绝缘物料的介电常数数据。

S5，在判定为是时，判断子模块133判断该种叠构中阻抗管控线路与参考层之间的物料的种类，根据判断结果和物料信息自存储模块的介电常数数据库112中获取该种叠构中该种物料的介电常数。计算模块14的计算子模块141用于根据信息获取模块12获取的信息以及处理模块13的处理结果，关联相应的阻抗计算公式而获得需要管控阻抗的线路的阻抗值。比对子模块142比对计算出的阻抗值与信息获取模块12获取的预定的阻抗值的相对百分比值。输出模块15输出信息获取模块12获取的信息、处理模块13的处理结果以及计算模块14的计算结果。

S6，在判定为否时，触发输出模块15，输出模块15向输出装置104输出具有不能计算含义的显示信息。例如，显示“不能计算”、“fault”、“错误”或类似含义的文本框或显示窗口。

本技术方案的阻抗计算系统及阻抗计算方法具有如下优点：利用存储模块11、信息获取模块12、处理模块13、计算模块14以及输出模块15可以自动得出与选择的叠构相关的阻抗信息，如此，避免了人为的复杂计算和人为因素的干扰，不但可以较快速地得出计算结果，而且使得计算结果较为准确。并且，由于信息获取模块12的获取子模块121按照一定的扫描间隔多次获取输入信息，比较子模块122仅在相邻两次获取的输入信息之间存在差异时触发处理模块13执行处理程序，如此，不但实现了能实时反馈出输入信息的计算结果，而且并不会让处理模块13、计算模块14以及输出模块15执行无意义的重复计算。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种阻抗计算系统，包括存储模块、信息获取模块、处理模块、计算模块以及输出模块；所述存储模块包括物料数据库以及介电常数数据库，所述物料数据库存储有电路板的多种叠构的物料信息，所述介电常数数据库存储有电路板的多种物料的介电常数数据；所述信息获取模块用于获取输入信息，所述输入信息包括选择的叠构和输入的管控信息，所述管控信息包括阻抗管控线路的位置及阻抗管控线路的参考层；所述处理模块包括查找子模块、判定子模块、判断子模块及关联子模块，所述查找子模块用于从存储模块中获得与选择的叠构相关的物料信息，所述判定子模块用于判定存储模块中是否存在该种叠构相关的物料的介电常数数据，判断子模块用于在判定子模块判定为是时，判断该种叠构中阻抗管控线路与参考层之间的物料的种类，关联子模块用于根据判断子模块的判断结果和查找子模块的查找结果从介电常数数据库获取该种叠构中该种物料的介电常数；所述计算模块用于根据处理模块的处理结果以及信息获取模块获得的管控信息计算阻抗管控线路的阻抗；所述输出模块用于在判定子模块判定为是时，输出处理模块的处理结果以及计算模块的计算结果，并在判定子模块判定为否时，输出具有不能计算的含义的信息。

2.如权利要求1所述的阻抗计算系统，其特征在于，每种叠构的物料信息包括该叠构中物料的排列及物料的厚度，所述介电常数数据库以列表存储的方式存储物料的厚度及对应的介电常数。

3.如权利要求1所述的阻抗计算系统，其特征在于，所述管控信息还包括阻抗类型，所述计算模块根据阻抗类型关联对应的阻抗计算公式计算阻抗管控线路的阻抗。

4.如权利要求3所述的阻抗计算系统，其特征在于，所述管控信息还包括额定阻抗值，所述计算模块还用于计算阻抗管控线路的阻抗与额定阻抗值的相对比值，所述输出模块还用于输出所述相对比值。

5.如权利要求1所述的阻抗计算系统，其特征在于，所述信息获取模块包括至少一个获取子模块和一个比较子模块，所述至少一个获取子模块用于从一个输入装置获取输入信息，所述至少一个获取子模块间隔额定时间执行一次获取动作，所述比较子模块用于比较相邻两次获取动作获取的输入信息是否存在差异，并在存在差异时触发处理模块执行处理动作，在不存在差异时不触发处理模块。

6.如权利要求5所述的阻抗计算系统，其特征在于，所述管控信息包括多条阻抗管控线路的位置及每条阻抗管控线路的参考层，所述至少一个获取子模块为多个获取子模块，每个获取子模块用于对应获取一条阻抗管控线路的位置及其参考层。

7.如权利要求1所述的阻抗计算系统，其特征在于，所述输出模块还用于在判定子模块判定为是时，输出信息获取模块获取的输入信息。

8.一种阻抗计算方法，包括步骤：

构建一个存储模块，所述存储模块包括物料数据库以及介电常数数据库，所述物料数据库存储有电路板的多种叠构的物料信息，所述介电常数数据库存储有电路板的多种物料的介电常数数据；

获取自输入装置输入的输入信息，所述输入信息包括选择的叠构和输入的管控信息，所述管控信息包括阻抗管控线路的位置及阻抗管控线路的参考层；在存储模块的物料数据库中查找与选择的叠构相关的物料信息；

判定存储模块的介电常数数据库中是否存在该种叠构相关的物料的介电常数数据；

在判定为是时，判断该种叠构中阻抗管控线路与参考层之间的物料的种类，根据判断结果和物料信息自存储模块的介电常数数据库中获取该种叠构中该种物料的介电常数，根据获得的介电常数以及信息获取模块获得的管控信息计算阻抗管控线路的阻抗，并输出获得的介电常数、获得的管控信息及计算结果；以及

在判定为否时，输出具有不能计算的含义的信息。

9.如权利要求8所述的阻抗计算方法，其特征在于，在计算阻抗管控线路的阻抗后，还包括计算阻抗管控线路的阻抗与额定阻抗值的相对比值，并输出相对比值的步骤。

10.如权利要求8所述的阻抗计算方法，其特征在于，间隔额定时间执行一次获取输入信息的动作，并且比较相邻两次获取动作获取的输入信息是否存在差异，并在存在差异时在存储模块的物料数据库中查找与输入的叠构相关的物料信息。

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