CN103037614A - 一种提高高速背板串扰性能的背板及其设计方法 - Google Patents

Abstract

一种提高高速背板串扰性能的背板及其设计方法，所述设计方法包括：提供印制背板，在所述印制背板上形成多个布线层，对每一层布线层依次形成多个差分信号孔，以及在差分信号孔间布设差分信号线；将多组背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上，将各背板连接器的针脚通过差分信号孔与差分信号孔对应的差分信号线相连接，将相同端口类型的背板连接器的针脚分配安装至一层或多层布线层上的差分信号线同侧的差分信号孔。本发明的背板及其设计方法，实现了每一层布线层上的顺流布线，保证了每一层布线层上的信号流动方向一致，从而有效地避免了高速信号在同层差分信号线之间的串扰，提高了高速信号的完整性，满足了对高速背板的串扰性能要求。

Description

一种提高高速背板串扰性能的背板及其设计方法

技术领域

本发明涉及网络通讯以及高性能计算机技术领域，特别涉及一种提高高速背板串扰性能的背板及其设计方法。

背景技术

在通信系统、大型数据中心以及高性能计算机系统中，多组相同功能的单板或者不同功能的单板通过背板接入系统，各个单板依靠背板进行通信，背板应用非常普遍，特别是在高性能交换机中，高速背板是非常重要的组件之一。当前，网络通讯技术发展迅猛，高性能通讯系统广泛应用，人们对信号的传输速率和处理能力都提出了更高的要求，高速串行互连标准的不断提升，高性能交换机内单通道10Gbps以上的大规模背板系统的应用设计需求越来越多，特别是在大密度超厚度极高速网络中，对高速背板的性能要求也越来越高，在高速背板设计时必须充分考虑背板上信号传输的完整性问题，在这些问题中，串扰是非常重要的一个方面。

高速背板通常包括多组背板连接器和多个布线层，每一层布线层包括多个信号孔，连接两两信号孔的信号线。在现有技术中，每一层布线层的信号线上传输信号的流动方向可能会不一致。此外，现有技术的高速背板中的信号线为差分信号线，如图1所示，布线层100上包括信号线100a和信号线100b，所述信号线100a和100b构成一对差分信号线，也就是说，所述信号线100a和所述信号线100b上传输两个等值且反相的信号，例如，所述信号线100a上的信号的极性为正时，所述信号线100b上为等幅度的负极性信号。需要说明的是，为了便于说明，以下附图中的差分信号线均简化为一条信号线。

图2是现有技术中高速背板的其中一层布线层的示意图，如图2所示，布线层10包括差分信号线101和差分信号线102，所述差分信号线101连接差分信号孔1011和1012，所述差分信号线102连接差分信号孔1021和1022，所述差分信号线101和所述差分信号线102上传输的信号的流动方向不一致。这样，当高速信号在所述布线层10上传输时就会存在很大的串扰，这种同层差分信号线之间的串扰过大就会严重影响信号的完整性，从而大大降低背板的传输性能。

由上述内容可知，现有技术的背板会在高速信号传输时存在串扰问题，进而影响高速信号传输的完整性。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种提高高速背板串扰性能的背板及其设计方法，以有效地抑制高速信号在背板上传输时存在的串扰问题。

为解决上述问题，本发明提供一种提高高速背板串扰性能的设计方法，包括：

提供印制背板，在所述印制背板上形成多个布线层，包括：对每一层布线层，依次形成多个信号孔，以及在信号孔间布设信号线；

将多组背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上，包括：将各背板连接器的针脚通过信号孔与信号孔对应的信号线相连接，将相同端口类型的背板连接器的针脚分配安装至一层或多层布线层上的信号线同侧的信号孔，在各组背板连接器之间进行信号传输时，同一布线层上的信号线具有相同的信号流向；所述信号孔为差分信号孔，所述信号线为差分信号线。

可选的，在所述印制背板上形成多个布线层之后，对所述差分信号孔进行反钻工艺处理，所述每一层布线层的差分信号孔的反钻深度相同。

可选的，对所述差分信号孔进行反钻工艺处理之后，再进行一次或多次反钻工艺处理。

可选的，在形成差分信号孔之后，布设差分信号线之前，形成包围差分信号孔的隔离盘，所述隔离盘内的差分信号孔对应于同一背板连接器的针脚；

在差分信号孔间布设差分信号线包括：在各隔离盘间布设差分信号线，所布设的差分信号线与其两侧的隔离盘的距离相等。

本发明还提供一种提高高速背板串扰性能的背板，包括多个布线层，每一层布线层包括多个信号孔，连接两两信号孔的信号线，以及通过针脚与一层或多层布线层的信号孔相连的多组背板连接器，每一层布线层上的信号线同侧的信号孔对应连接于相同端口类型的背板连接器的针脚，所述信号孔为差分信号孔，所述信号线为差分信号线。

可选的，所述差分信号孔的周围形成有隔离盘，各隔离盘之间形成有差分信号线，所述差分信号线与其两侧的隔离盘的距离相等。

与现有技术相比，上述公开的背板及设计方法具有以下优点：

1)本发明公开的设计方法中，包括将多组背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上的步骤，在此步骤中，具有相同端口类型的背板连接器的针脚被分配安装至每一层布线层上的差分信号线同侧的差分信号孔上，这样就保证了信号在各组背板连接器之间传输时，同一层布线层上的差分信号线具有相同的信号流向。本发明公开的背板中，每一层布线层上的差分信号线同侧的差分信号孔对应连接于相同端口类型的背板连接器的针脚，同样也使得信号在背板的每一层布线层上传输时，其流动方向一致。这样，本发明的背板及其设计方法都能实现背板的每一层布线层的顺流布线，从而均有效地避免了高速信号在同层差分信号线之间的串扰，提高了在背板上传输的高速信号的完整性，进而满足了对高速背板的性能要求。

2)可选方案中，在所述印制背板上形成多个布线层之后，对所述差分信号孔经过一次或者多次反钻工艺处理，这样可以将多余的差分信号孔短分支去除，大大减少了差分信号孔短分支对高速信号的反射作用，从而进一步提高了在背板上传输的高速信号的完整性。

3)可选方案中，在差分信号孔的隔离盘间布设的差分信号线与其两侧的隔离盘的距离相等，这样与隔离盘内差分信号孔相连的背板连接器的针脚对布设在隔离盘间的差分信号线的串扰也会大大降低。

附图说明

图1是现有技术中高速背板的其中一层布线层上的信号线的示意图；

图2是现有技术中高速背板的其中一层布线层的示意图；

图3是本发明背板设计方法的一种实施方式的流程图；

图4是本发明背板的第一种实施例中其中一层布线层的示意图；

图5是本发明背板的第二种实施例中其中一层布线层的示意图；

图6是本发明背板的第三种实施例中其中一层布线层的示意图；

图7是背板布线层中的信号传输示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图3是本发明背板设计方法的一种实施方式的流程图，如图3所示，所述的背板设计方法包括：

步骤S11，提供印制背板，在所述印制背板上形成多个布线层，包括：对每一层布线层，依次形成多个信号孔，以及在信号孔间布设信号线；

步骤S12，将多组背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上，包括：将各背板连接器的针脚通过信号孔与信号孔对应的信号线相连接，将相同端口类型的背板连接器的针脚分配安装至所述每一层布线层上的信号线同侧的信号孔；在各组背板连接器之间进行信号传输时，同一布线层上的信号线具有相同的信号流向；所述信号孔为差分信号孔，所述信号线为差分信号线。

其中，在印制背板上形成的多层布线层结构可以是如图4所示的布线层结构，也可以是如图5所示的布线层结构，还可以是图4和图5所示的布线层结构的任意组合结构。当然，背板的每一层布线层上还可以在其他位置形成差分信号孔，并不仅限于图4和图5的示意位置。

为了使本领域技术人员可以更好的理解本发明具体实施方式，以下以背板布线层包括图4和图5所示布线层为例，详细说明本发明的背板设计方法。

首先，假定背板包括两个布线层，并且还包括一个背板连接器A，所述背板连接器A有针脚in1、针脚in2、针脚out1、针脚out2，其中in1和in2为两个端口类型为输入(Rx)的针脚，out1和out2为两个端口类型为输出(Tx)的针脚。

本发明第一种实施例的背板设计方法包括：提供印制背板，在所述印制背板上形成如图4所示的布线层20，所述布线层20上形成有差分信号线201和差分信号线202，所述差分信号线201连接差分信号孔2011和差分信号孔2012，所述差分信号线202连接所述差分信号孔2021和差分信号孔2022。

再在所述布线层20上形成如图5所示的布线层30，所述布线层30上形成有差分信号线301和差分信号线302，所述差分信号线301连接差分信号孔3011和差分信号孔3012，所述差分信号线302连接差分信号孔3021和差分信号孔3022，所述差分信号孔3011和3021位于布线层30的一端，所述差分信号孔3021和3022位于布线层30的相对另一端。

在形成布线层后，将背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上，具体包括：将所述背板连接器的针脚通过差分信号孔与差分信号孔对应的差分信号线相连接；将相同端口类型的背板连接器的针脚分配安装至所述每一层布线层上的差分信号线同侧的差分信号孔上。

以背板中如图4所示的布线层结构为例，在本实施例中，所述将相同端口类型的背板连接器的针脚分配安装至所述每一层布线层上的差分信号线同侧的差分信号孔上包括：

将端口类型为输出(Tx)的背板连接器的针脚安装到差分信号孔2011和差分信号孔2021中；将端口类型为输入(Rx)的背板连接器的针脚安装到差分信号孔2012和差分信号孔2022中。以这种方式安装后，信号在差分信号线上的传输方向与图4中所示的信号的传输方向相同。

当然，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，并不限于以上所描述的方式。例如，可以将端口类型为输入(Rx)的背板连接器的针脚安装到差分信号孔2011和差分信号孔2021中；而将端口类型为输出(Tx)的背板连接器的针脚安装到差分信号孔2012和差分信号孔2022中。以这种方式安装后，信号在差分信号线上的传输方向与图4中所示的信号的传输方向相反。

具体到背板连接器A的安装，可以根据背板连接器A的实际功能需求，将其针脚安装到多层布线层的差分信号孔上，且不同端口类型的针脚安装到同一层布线层的对应差分信号孔上。在本实施例中，将背板连接器A的针脚in1安装到布线层20的差分信号孔2022中，将针脚out1安装到布线层20的差分信号孔2011中，将针脚in2安装到布线层30的差分信号孔3012中，将针脚out2安装到布线层30的差分信号孔3021中。与此相类似地，还可以将背板连接器A的针脚in1安装到布线层20的差分信号孔2012中，将针脚out1安装到布线层20的差分信号孔2021中，将针脚in2安装到布线层30的差分信号孔3012中，将针脚out2安装到布线层30的差分信号孔3021中。本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，并不限于以上所描述的方式。

通过发明人进一步分析发现，当布线层上的差分信号线穿越其他组背板连接器针脚区域时，现有技术并未考虑背板连接器的针脚对经过其针脚区域的差分信号线的串扰影响，但是这也会带来很大的串扰问题。因此，本发明的背板设计方法还可以包括：在形成差分信号孔之后，布设差分信号线之前，形成包围差分信号孔的隔离盘，所述隔离盘内的差分信号孔对应于同一背板连接器的针脚；在差分信号孔间布设差分信号线包括：在各隔离盘之间布设差分信号线，所布设的差分信号线与其两侧的隔离盘的距离相等。如图6所示，在印制背板上形成布线层40，所述布线层40上包括差分信号线401、差分信号线402和差分信号线403；所述差分信号线401连接差分信号孔4011和差分信号孔4012，所述差分信号线402连接所述差分信号孔4021和差分信号孔4022，所述差分信号线403连接所述差分信号孔4031和差分信号孔4032；所述差分信号孔4011、4012、4021、4022、4031和4032的周围形成有隔离盘(如图6所示的方形隔离盘，在实际应用中所述隔离盘应包括一对差分信号孔，此处仅为简洁图示和说明)，差分信号线402布设在差分信号孔4011和差分信号孔4031之间，且差分信号线402至差分信号孔4011的隔离盘的距离S1等于差分信号线402至差分信号孔4031的隔离盘的距离S2。这样布设差分信号线的方法能有效地减少被分配安装至差分信号孔4011和差分信号孔4031的背板连接器的针脚对差分信号线402的串扰。

至此，形成了第一种实施例的背板结构，其中，背板每一层布线层的结构不同，例如，第一层布线层的结构如图4所示的布线层结构，第二层布线层的结构如图5所示的布线层结构。此外，每个背板连接器的不同端口类型的针脚与同一层布线层上的差分信号孔相连，并且布设在差分信号孔隔离盘之间的差分信号线与其两侧的隔离盘的距离相等。

本发明背板设计方法的第二种实施例中，形成多层布线层结构的过程与上述第一种实施例类似。在对背板连接器A进行安装时，可以根据背板连接器A的实际功能需求，将其针脚安装到多层布线层的差分信号孔上，且将其相同端口类型的针脚安装到同一层布线层的对应差分信号孔上。在本实施例中，将背板连接器A的针脚in1安装到布线层20的差分信号孔2012中，将针脚in2安装到布线层20的差分信号孔2022中，将针脚out1安装到布线层30的差分信号孔3011中，将针脚out2安装到布线层30的差分信号孔3021中。与此相类似地，还可将背板连接器A的针脚in1安装到布线层20的差分信号孔2022中，将针脚in2安装到布线层20的差分信号孔2012中，将针脚out1安装到布线层30的差分信号孔3021中，将针脚out2安装到布线层30的差分信号孔3011中。本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，并不限于以上所描述的方式。

至此，形成了第二种实施例的背板结构，与第一种实施例的背板结构相比，背板结构的区别在于在本实施例中，背板连接器的相同端口类型的针脚与同一层布线的差分信号孔相连接。

本发明背板设计方法的第三种实施例中，提供印制背板，在所述印制背板上形成多个布线层包括：在背板上形成的多个布线层的结构相同，例如，可以是如图4所示的布线层结构，也可以是如图5所示的布线层结构。对背板连接器进行安装时，所采用的安装方式可以与第一种实施例的安装方式相同，也可以与第二种实施例的安装方式相同，并且在差分信号孔的隔离盘之间布设差分信号线时采用第一种实施例中相同的方法，在此不再赘述。

至此，形成了第三种实施例的背板结构。

需要说明的是，本发明的实施例并不仅限于以上描述的三种，本领域技术人员还可以在不违背本发明内涵的情况下，对步骤S11中形成的布线层的结构以及步骤S12中背板连接器的安装方式做其他组合。

总之，本发明的背板设计方法中，每一层布线层上的差分信号线同侧的差分信号孔对应的背板连接器的端口类型相同，这样就保证了信号在背板的每一层布线层上传输时，其流动方向一致，从而实现了每一层布线层上的顺流布线。这样，高速信号在每一层布线层上顺序传输时，能有效地避免高速信号在同层差分信号线之间的串扰，提高了高速信号的完整性，从而满足了对高速背板的串扰性能要求。

按照本发明实施例而形成的背板，存在着多个差分信号孔短分支，所述差分信号孔短分支指的是未与背板连接器的针脚连接，并且不用于传输信号的部分。图7所示的是背板布线层中的信号传输示意图，如图7所示，背板包括布线层50、布线层60、布线层70以及差分信号孔80，所述布线层60包括差分信号线601，所述差分信号孔80贯穿布线层50、布线层60以及布线层70，信号经过差分信号孔80传输至差分信号线601。所述差分信号孔短分支指是的图7中所示的布线层60至布线层70之间的部分。

发明人发现，这些差分信号孔短分支的存在影响了背板的传输性能，在垂直方向，差分信号孔的短分支之间也存在一定的串扰，特别是背板上传输的信号为高速信号时，这种串扰的影响会更加明显。如图7所示，信号经过差分信号孔时，会受到差分信号孔短分支的反射，从而削弱了原信号。针对这个问题，本发明的背板设计方法还包括：在印制背板上形成多个布线层后，对差分信号孔进行一次或多次反钻工艺处理，针对同一层布线层上的差分信号孔，在反钻的方向上做相同深度的工艺处理。结合图7可知，所述的反钻工艺处理指的是将布线层60和布线层70之间的多余差分信号孔去除。这样通过对所述差分信号孔经过一次或者多次反钻工艺处理后，将多余的差分信号孔短分支进行了去除，从而大大减少了差分信号孔短分支对高速信号的反射作用，进一步地提高了在背板上传输的高速信号的完整性。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种提高高速背板串扰性能的设计方法，其特征在于，包括：

提供印制背板，在所述印制背板上形成多个布线层，包括：对每一层布线层，依次形成多个信号孔，以及在信号孔间布设信号线；

将多组背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上，包括：将各背板连接器的针脚通过信号孔与信号孔对应的信号线相连接，将相同端口类型的背板连接器的针脚分配安装至一层或多层布线层上的信号线同侧的信号孔；在各组背板连接器之间进行信号传输时，同一布线层上的信号线具有相同的信号流向；所述信号孔为差分信号孔，所述信号线为差分信号线。

2.根据权利要求1所述的提高高速背板串扰性能的设计方法，其特征在于，所述将多组背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上还包括：将各背板连接器上具有不同端口类型的针脚分配安装至同一层布线层的对应差分信号孔上。

3.根据权利要求1所述的提高高速背板串扰性能的设计方法，其特征在于，所述将多组背板连接器安装到形成有多个布线层的印制背板上还包括：将各背板连接器上具有相同端口类型的针脚分配安装至同一层布线层的对应差分信号孔上。

4.根据权利要求1所述的提高高速背板串扰性能的设计方法，其特征在于，所述对每一层布线层，依次形成多个信号孔包括：在每一层布线层的相对两侧形成差分信号孔。

5.根据权利要求1～4任一项所述的提高高速背板串扰性能的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：在所述印制背板上形成多个布线层之后，对所述差分信号孔进行反钻工艺处理，所述每一层布线层的差分信号孔的反钻深度相同。

6.根据权利要求5所述的提高高速背板串扰性能的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：对所述差分信号孔进行反钻工艺处理之后，再进行一次或多次反钻工艺处理。

7.根据权利要求1所述的提高高速背板串扰性能的设计方法，其特征在于，在形成差分信号孔之后，布设差分信号线之前，形成包围差分信号孔的隔离盘，所述隔离盘内的差分信号孔对应于同一背板连接器的针脚；

在差分信号孔间布设差分信号线包括：在各隔离盘间布设差分信号线，所布设的差分信号线与其两侧的隔离盘的距离相等。

8.一种提高高速背板串扰性能的背板，其特征在于，包括多个布线层，每一层布线层包括多个信号孔，连接两两信号孔的信号线，以及通过针脚与一层或多层布线层的信号孔相连的多组背板连接器，每一层布线层上的信号线同侧的信号孔对应连接于相同端口类型的背板连接器的针脚，所述信号孔为差分信号孔，所述信号线为差分信号线。

9.根据权利要求8所述的提高高速背板串扰性能的背板，其特征在于，各背板连接器上具有不同端口类型的针脚与同一层布线层上的差分信号孔相连。

10.根据权利要求8所述的提高高速背板串扰性能的背板，其特征在于，各背板连接器上具有相同端口类型的针脚与同一层布线层上的差分信号孔相连。

11.根据权利要求8所述的提高高速背板串扰性能的背板，其特征在于，所述差分信号孔分别位于每一层布线层的相对两侧。

12.根据权利要求8所述的提高高速背板串扰性能的背板，其特征在于，所述差分信号孔的周围形成有隔离盘，各隔离盘之间形成有差分信号线，所述差分信号线与其两侧的隔离盘的距离相等。

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