CN103260348A - 高速pcb板以及差分过孔阻抗控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速PCB板，包括绝缘层、线路层、参考层，所述线路层中设有差分传输线，所述线路层包括设置在绝缘层外的外层线路层和设置在绝缘层内的内层线路层，所述参考层设置在所述内层线路层与所述外层线路层之间，所述参考层中设有反焊盘，各线路层的分差传输线通过过孔连通，所述过孔周围设有接地屏蔽孔和或所述过孔在参考层和内层线路层位置处设有焊盘和或所述过孔设有短柱。本发明还公开了一种高速PCB板的差分过孔阻抗可控的设计方法。通过在过孔周围设置接地屏蔽孔可以降低过孔的耦合，从而降低过孔的传输损耗，提高信号的完整性，通过过孔的合理设计能使过孔的阻抗与差分传输线的阻抗相一致，从而降低信号的反射，提高信号的完整性。

Description

高速PCB板以及差分过孔阻抗控制方法

技术领域

本发明涉及电子部件领域，特别是一种高速PCB板、一种差分过孔阻抗控制方法。 

背景技术

PCB（Printed Circuit Board）板又叫印制电路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。高速PCB板作为高科技附加值的电子元器件的载体得到广泛的应用，现如今，高科技附加值的电子产品的设计都在追求低损耗、高可靠性、小型化等，而其中一个关键因素就是PCB板中过孔的设计。 

在多层PCB中，过孔作为连接不同线路层的导体，在低频时，过孔不会对信号传输产生影响，但是当频率超过1GHZ或者信号上升时间小于等于1ns时，过孔将不能简单的被看成是电气连接，而必须考虑其对信号完整性的影响。过孔在传输线上可能表现出传输线阻抗不连续的断点，会造成信号反射，从而降低了信号的完整性。现阶段，对高速PCB过孔的研究未能充分考虑影响过孔阻抗的因素，设计出的高速PCB中过孔理论阻抗与实际相差较大，降低了高速PCB的性能，进而降低了电子产品的性能。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种信号传输效果好的高速PCB板。 

本发明的另一个目的在于提供一种能使过孔阻抗与差分传输线的阻抗相一 致的差分过孔阻抗控制方法。 

为了实现本发明的目的，采取的技术方案是： 

一种高速PCB板，包括绝缘层、线路层、参考层，所述线路层中设有差分传输线，所述线路层包括设置在绝缘层外的外层线路层和设置在绝缘层内的内层线路层，所述参考层设置在所述内层线路层与所述外层线路层之间，所述参考层中设有反焊盘，各线路层的分差传输线通过过孔连通，所述过孔周围设有接地屏蔽孔和或所述过孔在参考层和内层线路层位置处设有焊盘和或所述过孔设有短柱。 

信号通过过孔时会产生耦合，从而降低了信号的完整性，通过在过孔周围设置接地屏蔽孔可以降低过孔的耦合，从而降低过孔的传输损耗，提高信号的完整性，焊盘和短柱会对过孔的阻抗产生影响，通过合适数量的焊盘和合适尺寸的短柱能使过孔的阻抗与差分传输线的阻抗相一致，从而降低信号的反射，提高信号的完整性，通过接地屏蔽孔、焊盘、短柱中的一个或多个组合起来，提高了信号传输的完整性。 

下面对技术方案进一步说明： 

在其中一个实施例中，所述接地屏蔽孔为一个，所述接地屏蔽孔位于相邻反焊盘中间位置。一个接地屏蔽孔能同时对相邻的两个或者多个过孔进行屏蔽，提高了接地屏蔽孔的利用率，同时使高速PCB板有更多空间用于线路层和过孔的设计。 

在其中一个实施例中，所述接地屏蔽孔为三个，所述三个接地屏蔽孔围绕所述过孔呈三角形布置。接地屏蔽孔围绕过孔呈三角形布置能全方位的屏蔽过孔的耦合，降低过孔的传输损耗，提高信号的完整性。 

在其中一个实施例中，所述焊盘为非连接焊盘。非连接的焊盘能对过孔的 阻抗产生影响，通过设计合适数量的非连接焊盘使过孔的阻抗与差分传输线的阻抗相一致，从而降低信号的反射，提高信号的完整性。 

本发明还提供一种高速PCB板的差分过孔阻抗可控的设计方法： 

获取差分传输线的阻抗值Z，确定高速PCB板绝缘介质的介电常数ε，通过更改过孔孔径d、短柱的长度h、过孔的间距D、焊盘的环宽r、焊盘的数量N中的一项或者多项使过孔的阻抗值Z_c与差分传输线的阻抗值Z保持一致。 

过孔孔径d、短柱的长度h、过孔的间距D、焊盘的环宽r、焊盘的数量N都会对过孔的阻抗产生影响，通过设计出合适尺寸的过孔孔径d、合适长度的短柱长度h，合适尺寸的过孔间距D、合适尺寸的焊盘环宽r、合适数量的焊盘数量N，使过孔阻抗与差分传输线的阻抗相一致，保证阻抗的连续性，从而降低信号的反射，提高信号的完整性。 

在其中一个实施例中，所述过孔的阻抗值Z_c满足公式  $Z_c=\frac{120\ln \left(\frac{2D-d}{d}\right)}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}-3.1h-1.2(r-5)-1.5N.$

本发明的优点是： 

信号通过过孔时会产生耦合，从而降低了信号的完整性，通过在过孔周围设置接地屏蔽孔可以降低过孔的耦合，从而降低过孔的传输损耗，提高信号的完整性，焊盘和短柱会对过孔的阻抗产生影响，通过合适数量的焊盘和合适尺寸的短柱能使过孔的阻抗与差分传输线的阻抗相一致，从而降低信号的反射，提高信号的完整性，通过接地屏蔽孔、焊盘、短柱中的一个或多个组合起来，提高了信号传输的完整性。本发明的高速PCB板的差分过孔阻抗可控的设计方法中过孔孔径d、短柱的长度h、过孔的间距D、焊盘的环宽r、焊盘的数量N都会对过孔的阻抗产生影响，通过设计出合适尺寸的过孔孔径d、合适长度的短 柱长度h，合适尺寸的过孔间距D、合适尺寸的焊盘环宽r、合适数量的焊盘数量N，使过孔阻抗与差分传输线的阻抗相一致，保证阻抗的连续性，从而降低信号的反射，提高信号的完整性。 

附图说明

图1是本发明高速PCB板的剖视图； 

图2是本发明高速PCB板实施例1的示意图； 

图3是本发明高速PCB板实施例2的示意图； 

图4是本发明高速PCB板的差分过孔阻抗可控的设计方法中差分传输线与过孔的TDR曲线图； 

图5是本发明高速PCB板的差分过孔阻抗可控的设计方法中不同短柱长度下的差分传输线与过孔的TDR曲线图。 

附图标记说明： 

100.绝缘层，201.外层线路层，202.内层线路层，203.差分传输线，300.参考层，301.反焊盘，400.过孔，401.非连接焊盘，402.短柱，500.接地屏蔽孔。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明： 

实施例1： 

参阅图1、2，在本发明高速PCB板的实施例中，一种高速PCB板包括绝缘层100、线路层、参考层300，所述线路层中设有差分传输线203，所述线路层包括设置在绝缘层100外的外层线路层201和设置在绝缘层100内的内层线路 层202，所述参考层300设置在所述内层线路层202与所述外层线路层201之间，所述参考层300中设有反焊盘301，各线路层的分差传输线203通过过孔400连通，所述过孔400周围设有接地屏蔽孔500，所述过孔400在参考层300和内层线路层202位置处设有焊盘，所述过孔400设有短柱402。所述焊盘为非连接焊盘401。 

如图2所示，所述接地屏蔽孔500为一个，所述接地屏蔽孔500位于相邻反焊盘301中间位置。 

实施例2： 

如图3所示，所述接地屏蔽孔500为三个。所述三个接地屏蔽孔500围绕所述过孔400呈三角形布置。 

信号通过过孔400时会产生耦合，从而降低了信号的完整性，通过在过孔400周围设置接地屏蔽孔500可以降低过孔的耦合，从而降低过孔400的传输损耗，提高信号的完整性，非连接焊盘401和短柱402会对过孔400的阻抗产生影响，通过合适数量的非连接焊盘401和合适尺寸的短柱402能使过孔400的阻抗与差分传输线203的阻抗相一致，从而降低信号的反射，提高信号完整性。 

一种高速PCB板的差分过孔阻抗可控的设计方法： 

获取差分传输线203的阻抗值Z，确定高速PCB板绝缘层100的介电常数ε，通过更改过孔400孔径d、短柱402的长度h、过孔400的间距D、焊盘的环宽r、焊盘的数量N中的一项或者多项使过孔的阻抗值Z_c与差分传输线的阻抗值Z保持一致，过孔的阻抗值Z_c满足公式 $Z_c=\frac{120\ln \left(\frac{2D-d}{d}\right)}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}-3.1h-1.2(r-5)-1.5N.$

过孔400孔径d、短柱402的长度h、过孔400的间距D、焊盘的环宽r、焊盘的数量N都会对过孔的阻抗产生影响，通过设计出合适尺寸的过孔400孔 径d、合适长度的短柱402长度h，合适尺寸的过孔400间距D、合适尺寸的焊盘环宽r、合适数量的焊盘数量N，使过孔400阻抗与差分传输线203的阻抗相一致，保证阻抗的连续性，从而降低信号的反射，提高信号的完整性。 

当绝缘层100的介电常数ε＝4.2，过孔400孔径d=0.2mm、短柱402的长度h=0mil、过孔400的间距D=0.5mm、焊盘的环宽r=7mil、焊盘的数量N=1时，通过公式 $Z_c=\frac{120\ln \left(\frac{2D-d}{d}\right)}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}-3.1h-1.2(r-5)-1.5N.$ 计算出过孔400的阻抗为101ohm。采用网络分析仪测试测试差分传输线203与过孔400的TDR曲线，如图4所示，差分传输线203与过孔400处未出现阻抗不连续的情况，该系列参数设计合理，能有效提高信号的传输完整性。过孔400的实际阻抗为101.4ohm，在误差允许范围内与上述公式计算所得结果一致。 

当绝缘层100的介电常数ε＝4.2，过孔400孔径d=0.2mm、短柱402的长度分别为h_A=8mil、h_B=18mil、h_C=32mil、过孔400的间距D=0.5mm、焊盘的环宽r=6mil、焊盘的数量N=1时，通过公式 $Z_c=\frac{120\ln \left(\frac{2D-d}{d}\right)}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}-3.1h-1.2(r-5)-1.5N.$ 计算出过孔400的阻抗分别为99.7ohm、96ohm、92.3ohm。采用网络分析仪测试测试差分传输线203与过孔400的TDR曲线，如图5所示，可以看出，差分传输线203与过孔400处出现了不同程度的阻抗不连续的情况，说明该系列参数设计均不合理，会降低信号传输的完整性。过孔400的实际阻抗分别为98.1ohm、95.2ohm、90.4ohm，在误差允许的范围内与上述公式计算的结果基本保持一致。 

通过上述两个测试，验证了公式的正确性，为设计出高速PCB板的结构布局提供依据，提高了布线效率，实现了差分传输线阻抗与过孔阻抗相一致。 

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限 制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。 

Claims (6)

1.一种高速PCB板，包括绝缘层、线路层、参考层，所述线路层中设有差分传输线，所述线路层包括设置在绝缘层外的外层线路层和设置在绝缘层内的内层线路层，所述参考层设置在所述内层线路层与所述外层线路层之间，所述参考层中设有反焊盘，各线路层的分差传输线通过过孔连通，其特征在于：所述过孔周围设有接地屏蔽孔和或所述过孔在参考层和内层线路层位置处设有焊盘和或所述过孔设有短柱。 

2.根据权利要求1所述的高速PCB板，其特征在于：所述接地屏蔽孔为一个，所述接地屏蔽孔位于相邻反焊盘中间位置。 

3.根据权利要求1所述的高速PCB板，其特征在于：所述接地屏蔽孔为三个，所述三个接地屏蔽孔围绕所述过孔呈三角形布置。 

4.根据权利要求1所述的高速PCB板，其特征在于：所述焊盘为非连接焊盘。 

5.一种如权利要求1-4任一项所述的高速PCB板的差分过孔阻抗控制方法，其特征在于：获取差分传输线的阻抗值Z，确定高速PCB板绝缘介质的介电常数ε，通过更改过孔孔径d、短柱的长度h、过孔的间距D、焊盘的环宽r、焊盘的数量N中的一项或者多项使过孔的阻抗值Z_c与差分传输线的阻抗值Z保持一致。 

6.根据权利要求5所述的差分过孔阻抗控制方法，其特征在于：所述过孔的阻抗值Z_c满足公式

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