CN105792508A - 一种提高信号完整性的pcb - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高信号完整性的PCB，PCB包括N层，N为不小于4的偶数，PCB包括盲孔，盲孔设置在第一层PCB至第M层PCB上，2≤M≤N‑2，PCB还包括分别设置在第M+1层至第M+L层PCB上、用于减小盲孔的焊盘的电容，以便减弱阻抗失配的孔，其中，第M+1层为地层或者电源层，L为整数。可见，本发明通过在盲孔所对应的第M+1层至第M+L层PCB上设置用于减小盲孔的焊盘的电容的孔，由于焊盘的电容C减小了，由阻抗关系式Z＝L/C可知，由于盲孔的电感是一定的，则C减小，阻抗Z提高，则当信号传输线的阻抗大于盲孔的焊盘的阻抗时，由于增大了盲孔的阻抗，减弱了阻抗失配，提高了盲孔与信号传输线的阻抗匹配度，提高了信号传输过程中的信号完整性。

Description

一种提高信号完整性的PCB

技术领域

本发明涉及PCB技术领域，特别是涉及一种提高信号完整性的PCB。

背景技术

随着信号传输速度的越来越快，例如PCIE4.0高达16Gbps，板级设计全面向28Gbps、56Gbps发展，与此同时，对于信号传输过程中信号完整性的要求也越来越高。影响信号完整性的因素很多，为了给系统设计留出更多的余量，需要在每个因素上做到最优。过孔阻抗作为影响信号完整性的因素之一，过孔阻抗失配是设计中经常遇到的问题，芯片间互连，通过过孔将信号换层连接是难以避免的，即使是使用盲孔设计，在一定程度上也会导致阻抗失配，例如信号传输线的阻抗大于盲孔的焊盘的阻抗，这种情况下，信号速率越高的信号，其信号完整性所受影响也越大。

因此，如何提供一种提高信号完整性的PCB是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高信号完整性的PCB，减弱了阻抗失配，提高了盲孔与信号传输线的阻抗匹配度，提高了信号传输过程中的信号完整性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高信号完整性的PCB，所述PCB包括N层，N为不小于4的偶数，所述PCB包括盲孔，所述盲孔设置在第一层PCB至第M层PCB上，2≤M≤N-2，所述PCB还包括：

分别设置在第M+1层至第M+L层PCB上、用于减小所述盲孔的焊盘的电容，以便减弱阻抗失配的孔，其中，所述第M+1层为地层或者电源层，L为整数。

优选地，所述孔仅设置在第M+1层上。

优选地，所述孔为圆孔。

优选地，所述圆孔的中心轴与所述盲孔的中心轴共线。

优选地，所述圆孔的直径等于所述盲孔的焊盘的外径。

优选地，所述圆孔的直径大于所述盲孔的焊盘的外径。

优选地，所述PCB为12层板。

优选地，所述PCB的板层结构为SGSGSPPSGSGS，其中，S为信号层，G为地层，P为电源层。

优选地，所述盲孔设置在第一层PCB至第3层PCB上。

优选地，所述圆孔的直径等于所述盲孔的焊盘的外径，所述圆孔的中心轴与盲孔的中心轴之间的距离小于所述盲孔的焊盘的外径的一半。

本发明提供了一种提高信号完整性的PCB，PCB包括N层，N为不小于4的偶数，PCB包括盲孔，盲孔设置在第一层PCB至第M层PCB上，2≤M≤N-2，PCB还包括分别设置在第M+1层至第M+L层PCB上、用于减小盲孔的焊盘的电容，以便减弱阻抗失配的孔，其中，第M+1层为地层或者电源层，L为整数。

可见，本发明通过在盲孔所对应的第M+1层至第M+L层PCB上设置用于减小盲孔的焊盘的电容的孔，由于焊盘的电容C减小了，由阻抗关系式Z＝L/C可知，由于盲孔的电感是一定的，则C减小，阻抗Z提高，则当信号传输线的阻抗大于盲孔的焊盘的阻抗时，由于增大了盲孔的阻抗，减弱了阻抗失配，提高了盲孔与信号传输线的阻抗匹配度，提高了信号传输过程中的信号完整性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种PCB的盲孔示意图；

图2为本发明提供的一种PCB的盲孔结构示意图；

图3为本发明提供的图1和图2两种通孔设计的插损曲线比较图；

图4为本发明提供的图1和图2两种通孔设计的回损曲线比较图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种提高信号完整性的PCB，减弱了阻抗失配，提高了盲孔与信号传输线的阻抗匹配度，提高了信号传输过程中的信号完整性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1和图2，其中，图1为现有技术提供的一种PCB的盲孔示意图，图2为本发明提供的一种PCB的盲孔结构示意图。

本发明提供了一种提高信号完整性的PCB，PCB包括N层，N为不小于4的偶数，PCB包括盲孔，盲孔设置在第一层PCB至第M层PCB上，2≤M≤N-2，PCB还包括：

分别设置在第M+1层至第M+L层PCB上、用于减小盲孔的焊盘的电容，以便减弱阻抗失配的孔，其中，第M+1层为地层或者电源层，L为整数。

可以理解的是，这里的孔指的是设置在第M+1层至第M+L层PCB上的一个挖空区域。

作为优选地，孔仅设置在第M+1层上。

可以理解的是，当信号传输线的阻抗比盲孔的阻抗大，且当在第M+1层上已经设置孔但信号传输线的阻抗仍比盲孔的阻抗大时，可以在第M+2层再设置一个孔，但要求满足阻抗匹配度提高的条件。

作为优选地，孔为圆孔。

当然，本发明对孔的形状不做特别的限定，能够实现本发明的目的均可。

作为优选地，圆孔的中心轴与盲孔的中心轴共线。

作为优选地，圆孔的直径等于盲孔的焊盘的外径。

作为优选地，圆孔的直径大于盲孔的焊盘的外径。

可以理解的是，这里的圆孔的面积可以与盲孔的焊盘的面积相等或者略大于盲孔的焊盘的面积。

在孔仅设置在第M+1层上、孔为圆孔、圆孔的中心轴与盲孔的中心轴共线以及圆孔的直径等于盲孔的焊盘的外径的基础上，下面列举一具体实例来对本发明作介绍：

PCB为12层板，PCB的板层结构为SGSGSPPSGSGS，其中，S为信号层，G为地层，P为电源层，盲孔设置在第一层PCB至第3层PCB上。

PCB板厚为1.6MM,采用盲孔设计，信号传输线为从表层进第三信号层出，线宽为5MIL、阻抗为50欧姆的传输线。盲孔设计如图1所示，焊盘连接TOP,Layer3。本发明提供的过孔设计方式是在第三层焊盘下方的第四层平面设置一个与第三层焊盘等面积的圆孔，也即通过挖空盲孔所在的第三层焊盘下方第四层平面，加大焊盘阻抗，提高信号完整性，如图2所示，盲孔所对应的第四层焊盘位置挖空，提高过孔阻抗。此种挖空焊盘下方铜箔，提高过孔信号完整性的方法理论基础是，通过降低过孔焊盘寄生电容，从而提高过孔阻抗，进而提高过孔同传输线的阻抗匹配度。

盲孔第三层的焊盘同相邻层有寄生电容，而此寄生电容可以按照平板电容计算公式C＝εS/H(S为焊盘面积，H为焊盘与参考平面的距离)，通过在第4层参考平面设置一个圆孔，相当于加大H的距离，根据公式计算，加大H，寄生电容C也随之减小。粗略的阻抗计算公式Z＝L/C，C降低，Z提高。

可理解的是，这里的参考平面原来为Layer4，第四层设置圆孔后，参考平面变为Layer6。

作为优选地，圆孔的直径等于盲孔的焊盘的外径，圆孔的中心轴与盲孔的中心轴之间的距离小于盲孔的焊盘的外径的一半。

具体地，本发明对于孔的具体位置不做特别的限定，能实现减小盲孔的焊盘的电容，以便减弱阻抗失配即可。

请参照图3和图4，图3为本发明提供的图1和图2两种通孔设计的插损曲线比较图，图4为本发明提供的图1和图2两种通孔设计的回损曲线比较图。从图3可以看出图2对应的通孔设计在插损方面还是由改善的，信号频率越高，改善越明显。图4可看出图2对应的通孔设计在回损方面的改善非常显著。

本发明提供了一种提高信号完整性的PCB，PCB包括N层，N为不小于4的偶数，PCB包括盲孔，盲孔设置在第一层PCB至第M层PCB上，2≤M≤N-2，PCB还包括分别设置在第M+1层至第M+L层PCB上、用于减小盲孔的焊盘的电容，以便减弱阻抗失配的孔，其中，第M+1层为地层或者电源层，L为整数。

可见，本发明通过在盲孔所对应的第M+1层至第M+L层PCB上设置用于减小盲孔的焊盘的电容的孔，由于焊盘的电容C减小了，由阻抗关系式Z＝L/C可知，由于盲孔的电感是一定的，则C减小，阻抗Z提高，则当信号传输线的阻抗大于盲孔的焊盘的阻抗时，由于增大了盲孔的阻抗，减弱了阻抗失配，提高了盲孔与信号传输线的阻抗匹配度，提高了信号传输过程中的信号完整性。

在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种提高信号完整性的PCB，所述PCB包括N层，N为不小于4的偶数，所述PCB包括盲孔，所述盲孔设置在第一层PCB至第M层PCB上，2≤M≤N-2，其特征在于，所述PCB还包括：

分别设置在第M+1层至第M+L层PCB上、用于减小所述盲孔的焊盘的电容，以便减弱阻抗失配的孔，其中，所述第M+1层为地层或者电源层，L为整数。

2.如权利要求1所述的PCB，其特征在于，所述孔仅设置在第M+1层上。

3.如权利要求2所述的PCB，其特征在于，所述孔为圆孔。

4.如权利要求3所述的PCB，其特征在于，所述圆孔的中心轴与所述盲孔的中心轴共线。

5.如权利要求4所述的PCB，其特征在于，所述圆孔的直径等于所述盲孔的焊盘的外径。

6.如权利要求4所述的PCB，其特征在于，所述圆孔的直径大于所述盲孔的焊盘的外径。

7.如权利要求5或6所述的PCB，其特征在于，所述PCB为12层板。

8.如权利要求7所述的PCB，其特征在于，所述PCB的板层结构为SGSGSPPSGSGS，其中，S为信号层，G为地层，P为电源层。

9.如权利要求8所述的PCB，其特征在于，所述盲孔设置在第一层PCB至第3层PCB上。

10.如权利要求3所述的PCB，其特征在于，所述圆孔的直径等于所述盲孔的焊盘的外径，所述圆孔的中心轴与盲孔的中心轴之间的距离小于所述盲孔的焊盘的外径的一半。