CN108901123A - 一种电路板及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电路板及电子设备。所述电路板，通过在传输网络层焊盘与所述信号传输线的不连续处设置电容补偿单元，即所述第一焊盘与所述参考GND的不连续处，或者设置于所述第二焊盘与所述参考GND的不连续处设置电容补偿单元，通过所述电容补偿单元进行容性补偿，与信号传输线不连续处寄生的感抗进行匹配，解决了信号传输线不连续处阻抗适配的问题。

Description

一种电路板及电子设备

技术领域

本发明实施例涉及光通信高速信号传输技术领域，尤其涉及一种电路板及电子设备。

背景技术

柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)自问世以来，由于具有轻薄、灵活、占用空间小、弯折自由度高等优点而广泛应用于电子、电器、汽车、医疗等产品领域。特别是在光通信领域，在光电器件和光电模块的小型化、高集成、高速率的要求下，FPC的应用越来越多，尤其对FPC的高速传输可靠性要求也越来越高。

传统的FPC通过微带传输线传输高速信号，高速信号传输线即微带传输线两端的焊盘分别连接高速信号接收端和发送端，PCB板Bottom层的参考GND提供参考回流地。在高速信号传输线焊盘和Bottom层的参考GND存在不连续问题，由于参考GND的不连续，导致该段传输线阻抗失配。现有技术人员多通过在设计中尽量减少不连续段长度，同时，对不连续段传输线进行补泪滴敷铜布线。前一种方式受限于PCB板制造工艺，依然存在50～200um长度的不连续段，后一种方法只能提升不连续段的耐弯曲性，均无法彻底解决不连续段阻抗适配的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种电路板及电子设备。

第一方面，本发明实施例提供一种电路板，包括：

PCB基板；

附着于所述PCB基板第一表面的传输网络层，所述传输网络层包括预设数量的信号传输线；所述信号传输线的接收端连接有第一焊盘，发送端连接有第二焊盘；

附着于所述PCB基板第二表面的GND网络层，所述GND网络层包括参考GND；所述参考GND靠近所述第一焊盘的一端连接有第一GND焊盘，靠近所述第二焊盘的一端连接有第二GND焊盘；以及

电容补偿单元，所述电容补偿单元设置于所述第一焊盘与所述参考GND的不连续处，或者设置于所述第二焊盘与所述参考GND的不连续处，用于对所述信号传输线进行阻抗匹配。

第二方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括本发明实施例第一方面及其任一可选实施例所述的电路板。

本发明实施例提供的一种电路板，通过在传输网络层焊盘与所述信号传输线的不连续处设置电容补偿单元，即所述第一焊盘与所述参考GND的不连续处或者所述第二焊盘与所述参考GND的不连续处设置电容补偿单元，通过所述电容补偿单元进行容性补偿，与信号传输线不连续处寄生的感抗进行匹配，解决了信号传输线不连续处阻抗适配的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例所述电路板剖面示意图；

图2为本发明实施例所述电路板第一正面示意图；

图3为本发明实施例电容补偿单元为贴片电容时的不连续处放大示意图；

图4为本发明实施例所述电路板第二正面示意图；

图5为本发明实施例电容补偿单元为容性微带焊盘时的不连续处放大示意图。

附图标记说明

1、PCB基板， 2、传输网络层， 3、GND网络层，

101、金属化通孔， 102、定位半圆孔， 304、GND不连续处，

201、第一焊盘， 202、第二焊盘， 203、信号传输线，

301、第一GND焊盘， 302、第二GND焊盘， 303、参考GND，

401、贴片电容， 402、容性微带焊盘。

具体实施方式

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。

图1为本发明实施例所述电路板剖面示意图，如图1所示的电路板，包括：

PCB基板1；

附着于所述PCB基板第一表面的传输网络层2，所述传输网络层2包括预设数量的信号传输线203；所述信号传输线203的接收端连接有第一焊盘201，发送端连接有第二焊盘202；

附着于所述PCB基板第二表面的GND网络层3，所述GND网络层包括参考GND 303；所述参考GND 303靠近所述第一焊盘201的一端连接有第一GND焊盘301，靠近所述第二焊盘202的一端连接有第二GND焊盘302；以及

电容补偿单元，所述电容补偿单元设置于所述第一焊盘201与所述参考GND 303的不连续处，或者设置于所述第二焊盘202与所述参考GND 303的不连续处，用于对所述信号传输线203进行阻抗匹配。

请参考图1，本发明实施例提供的电路板包括三层结构，以PCB基板1为中心，在所述PCB基板的第一表面(PCB基板顶层、PCB基板上表面)附着有传输网络层2，第二表面(PCB基板底层、PCB基板下表面)附着有GND网络层3。传输网络层2通过信号传输线203进行数据传输，信号传输线203的两端分别是信号的接收端和信号的发送端，接收端连接有第一焊盘201，发送端连接有第二焊盘202；一般的，第一焊盘和第二焊盘的形状和设置参数是相同的。GND网络层3由参考GND 303、第一GND焊盘301和第二GND焊盘302组成；所述参考GND用于为所述传输网络层提供参考回流地；第一GND焊盘301与第一焊盘201分别附着于PCB基板的相对位置且位置对齐，第二GND焊盘302与第二焊盘202分别附着于PCB基板的相对位置且位置对齐。

请参考图1和图3，在传输网络层焊盘(第一焊盘和第二焊盘)和GND网络层(第一GND焊盘与第二GND焊盘)，与参考GND之间存在不连续处304，不连续处304的宽度为d。由于参考GND与焊盘之间存在不连续，因此会导致不连续处附近的信号传输线阻抗失配。

图2为本发明实施例所述电路板第一正面示意图，图4为本发明实施例所述电路板第二正面示意图，请参考图2和图4，本发明实施例为了解决不连续处附近的信号传输线阻抗适配的问题，在所述电路板中设置有电容补偿单元，通过电容补偿单元进行容性补偿，以实现阻抗匹配的目的。具体的，电容补偿单元设置在传输网络层焊盘与参考GND的不连续处，即不连续处304附近。由于传输网络层具有发送端和接收端，电容补偿单元可以设置于接收端即第一焊盘201与所述参考GND 303的不连续处，或者设置于发送端即所述第二焊盘202与所述参考GND 303的不连续处，可根据实际生产的工艺情况而定，本发明实施例对此不作限定。无论设置于哪一端(发送端或接收端)，其实现的容性补偿效果的相同的，可以达到同样的阻抗匹配的效果。

所述电容补偿单元可以是图2中的401，也可以是图4中的402，无论选择401作为电容补偿单元，还是选择402作为电容补偿单元，其实现的容性补偿效果的相同的，可以达到同样的阻抗匹配的效果，可以根据具体的工艺条件而定，本发明实施例对此不作限定。

可以理解，阻抗即是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在微电子中，阻抗匹配主要用于信号传输线上，其目的是使信号传输线上的高速信号能以最大功率进行传输。具体的，电容与负载并联时，可以减少负载的阻抗值；电容与负载串联时，可以增加负载的阻抗值。

本实施例中，由于参考GND不连续，导致不连续处的负载阻抗增大，因此通过在不连续处与负载并联的设置电容补偿单元，进行容性补偿，可以减少负载的阻抗，从而实现阻抗匹配。

本发明实施例通过在电路板的传输网络层焊盘与所述信号传输线的不连续处设置电容补偿单元，即所述第一焊盘与所述参考GND的不连续处，或者设置于所述第二焊盘与所述参考GND的不连续处设置电容补偿单元，通过所述电容补偿单元进行容性补偿，与信号传输线不连续处寄生的感抗进行匹配，解决了信号传输线不连续处阻抗适配的问题。

基于上述实施例，所述传输网络层2包括预设数量的信号传输线203，所述预设数量为n，n的取值范围为1≤n≤16，数量单位的组，即PCB基板的表面附着的传输网络层具有n组相互平行的信号传输线，优选的，各组信号传输线之间具有相同的间隔。

具体的，传输网络层2的信号传输线203为单端信号线、差分信号线和带状信号线中的一种或多种。

基于上述实施例，所述PCB基板的材质为微波板材，微波板材具有介电常数稳定、损耗正切值低的特点；所述微波板材的厚度D的取值范围为0.005λ≤D≤0.1λ，其中λ为传输信号中心频率的物理长度；

请参考图1，所述PCB基板包括若干金属化通孔101，即PTH(Plating ThroughHole)金属化通孔，孔的内侧有铜，可以导电，与金属化通孔相连的层是导通的，具有电气连接的。所述第一焊盘201和第一GND焊盘301通过所述金属化通孔101进行连通，所述第二焊盘202和第二GND 302焊盘通过所述金属化通孔101进行连通。

请参考图2或图4，所述电路板的两个侧面分别设置有定位半圆孔102，电路板可以通过定位半圆孔102与其它PCB板进行定位。

基于上述实施例，所述电容补偿单元为贴片电容401；

所述贴片电容401的一端连接所述信号传输线203，另一端连接所述第一GND焊盘301或者所述第二GND焊盘302；

所述贴片电容的电容值为C，单位为pF：

其中，d为第一GND焊盘与参考GND的间距，或者d为第二GND焊盘与参考GND的间距；w为所述信号传输线的宽度。

此处，信号传输线的宽度是指每组信号传输线的宽度。由于信号传输线可以单端信号线、差分信号线和带状信号线中的一种或多种，则信号传输线的宽度是指单端信号线、差分信号线或带状信号线的宽度。具体的，不论是哪种信号线，PCB板上的信号传输线的线宽与PCB板材材质及其介电常数、板材厚度、金属线参数和需要承载的电流大小有关，需要根据这些参数确定信号传输线的宽度w。

请参考图2，图2给出了具体4组信号传输线的电路板正面示意图，其中电容补偿单元为贴片电容。4组高速信号传输线203全部位于PCB基板1的上表面，参考GND303位于PCB基板1的下表面。

图3为本发明实施例电容补偿单元为贴片电容时的不连续处放大示意图。请参考图3，参考GND303存在一段长度为d的不连续段，即不连续处304。在第一焊盘201处，放置一个贴片电容401，贴片电容的一端连接信号传输线203，另一端连接第一GND焊盘301。如果将贴片电容401设置在第二焊盘202处，则贴片电容的一端连接信号传输线203，另一端连接第二GND焊盘302。

具体的，所述贴片电容为陶瓷贴片电容。优选的，所述贴片电容被封装为一个01005规格的陶瓷贴片电容，01005规格的电容芯片的尺寸大小为0.4*0.2*0.2mm，其面积和体积非常小，可以在电路板的不连续处空间非常小的情形下应用。

下面通过具体参数来说明贴片电容的电容值。

在一个实施例中，柔性电路板为双层板，板材使用Dupont PyraluxAP8525R板材，介电常数3.4，损耗正切角0.002，板材厚度0.05mm，GND网络层焊盘和参考GND敷铜间距，也即传输网络层焊盘和参考GND的间距d为0.15mm，柔性电路板上高速信号传输线的长度为8mm。贴片电容为01005规格的陶瓷贴片电容。根据板材介电常数、板材厚度、走线图形和需要承载的电流大小等，可确定信号传输线的宽度w。根据传输网络层焊盘与参考GND的间距d，以及信号传输线的宽度w，根据公式(1)可得贴片电容的电容值为22nf。

本发明实施例在信号传输线与焊盘连接处并联一个接地的贴片电容，当传输信号通过本发明实施例所述电路板进行传输时，传输信号经过传输网络层的信号传输线，通过贴片电容进行容性补偿，弥补了因为GND不连续而产生的阻抗失配。

基于上述实施例，所述电容补偿单元为一对容性微带焊盘；

所述一对容性微带焊盘的一端连接所述信号传输，另一端连接所述第一焊盘或者所述第二焊盘；

所述一对容性微带焊盘的尺寸满足：

其中，d为第一焊盘与参考GND的间距，或者d为第二焊盘与参考GND的间距；d1为两个容性微带焊盘的间距，d2为容性微带焊盘的宽度，w为所述信号传输线的宽度，如何确定信号传输线的宽度，请参考前述实施例的描述；t为PCB板信号传输层金属厚度，k为静电力常量。

请参考图4，给出了具体4组信号传输线的电路板正面示意图，其中电容补偿单元为容性微带焊盘。4组高速信号传输线203全部位于PCB基板1的上表面，参考GND303位于PCB基板1的下表面。本实施例通过一对容性微带焊盘，即两个容性微带焊盘作为电容补偿单元。

图5为本发明实施例电容补偿单元为容性微带焊盘时的不连续处放大示意图。请参考图5，参考GND 303存在一段长度为d的不连续段，即不连续处304。在第一焊盘201处，设置一对容性微带焊盘402，容性微带焊盘402的一端连接信号传输线203，另一端连接第一焊盘201。如果将容性微带焊盘402设置在第二焊盘202处，则容性微带焊盘402的一端连接信号传输线203，另一端连接第二焊盘202。

请参考图5，图5中标号402指向两个容性微带焊盘之间的间隙，两个容性微带焊盘之间的间距为d1，每个容性微带焊盘宽度为d2。

需要说明的是，由于通过两个容性微带焊盘作为电容补偿单元，两个容性微带焊盘的整体尺寸相对于贴片电容要大，因此，在实际实施时，可根据电路板的信号传输线之间的空闲区域尺寸来确定具体使用哪一种电容补偿单元方案。如果信号传输线之间的空闲区域尺寸较小，则可能只能使用贴片电容；如果信号传输线之间的空闲区域尺寸较大，则既可以使用贴片电容也可以使用两个容性微带焊盘作为电容补偿单元。无论使用哪一种电容补偿单元方案，其阻抗匹配的效果相同，都能解决GND不连续产生的阻抗失配问题。

具体的，使用两个容性微带焊盘作为电容补偿单元时，需要的尺寸可以通过公式(2)进行计算。

本发明实施例在信号传输线与焊盘连接处并联一对容性微带焊盘，当传输信号通过本发明实施例所述电路板进行传输时，传输信号经过传输网络层的信号传输线，通过容性微带焊盘寄生的容性补偿，弥补了因为GND不连续而产生的阻抗失配。由于本发明实施例的电路板为柔性电路板，使用容性微带焊盘作为电容补偿单元时，可进一步提升柔性电路板的抗弯折特性的效果。

综上所述，本发明实施例提供两种电容补偿单元方案，其一是信号传输线与焊盘连接处并联一个接地的贴片电容，其二是在信号传输线与焊盘连接处并联一对容性微带焊盘，通过任意一种电容补偿单元方案都可以解决由于GND不连续导致信号传输线的阻抗失配的问题，使用容性微带焊盘作为电容补偿单元时，可进一步提升柔性电路板的抗弯折特性的效果。可根据实际应用场景和多组信号传输线的间距要求，选择电容补偿单元方案进行匹配优化。

本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括本发明上述任意实施例所述的电路板。

需要说明的是，任意包含本发明实施例所述电路板的电子设备都在本发明实施例的保护范围内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电路板，其特征在于，包括：

PCB基板；

附着于所述PCB基板第一表面的传输网络层，所述传输网络层包括预设数量的信号传输线；所述信号传输线的接收端连接有第一焊盘，发送端连接有第二焊盘；

附着于所述PCB基板第二表面的GND网络层，所述GND网络层包括参考GND；所述参考GND靠近所述第一焊盘的一端连接有第一GND焊盘，靠近所述第二焊盘的一端连接有第二GND焊盘；以及

电容补偿单元，所述电容补偿单元设置于所述第一焊盘与所述参考GND的不连续处，或者设置于所述第二焊盘与所述参考GND的不连续处，用于对所述信号传输线进行阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述电容补偿单元为贴片电容；

所述贴片电容的一端连接所述信号传输线，另一端连接所述第一GND焊盘或者所述第二GND焊盘；

所述贴片电容的电容值为C，单位为pF：

且

其中，d为第一GND焊盘与参考GND的间距，或者d为第二GND焊盘与参考GND的间距；w为所述信号传输线的宽度。

3.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述电容补偿单元为一对容性微带焊盘；

所述一对容性微带焊盘的一端连接所述信号传输，另一端连接所述第一焊盘或者所述第二焊盘；

所述一对容性微带焊盘的尺寸满足：

其中，d为第一焊盘与参考GND的间距，或者d为第二焊盘与参考GND的间距；d1为两个容性微带焊盘的间距，d2为容性微带焊盘的宽度，w为所述信号传输线的宽度；t为PCB板信号传输层金属厚度，k为静电力常量。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电路板，其特征在于，所述PCB基板的材质为微波板材，所述微波板材的厚度D的取值范围为0.005λ≤D≤0.1λ，其中λ为传输信号中心频率的物理长度；

所述PCB基板包括若干金属化通孔，所述第一焊盘和第一GND焊盘通过所述金属化通孔进行连通，所述第二焊盘和第二GND焊盘通过所述金属化通孔进行连通。

5.根据权利要求1-3任一项所述的电路板，其特征在于，所述预设数量为n，n的取值范围为1≤n≤16，数量单位为组。

6.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述信号传输线为单端信号线、差分信号线和带状信号线中的一种或多种。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-6任一项所述的电路板。