CN109089375B - 一种针对pcb板过孔对信号完整性影响的分析方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法与系统，包括：S1、设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，仿真获取S参数；S2、设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离，仿真获取S参数；S3、增大求解的空间大小，获得过孔的电场分布；S4、在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；S5、调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果。本发明解决了现有技术中缺乏针对PCB板卡的边缘在XY轴的隔断区域对信号完整性的影响的研究，实现增强信号完整性，大大增强服务器的信号完整性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及PCB设计技术领域，特别是一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法与系统。
背景技术
过孔是多层PCB设计中的一个重要因素，一个过孔主要由三部分组成：一是孔；二是孔周围的焊盘区；三是电源层隔离区。
过孔的工艺过程是在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路想通，也可不连，过孔可以起到电气连接、固定或定位器件的作用。
现有技术中仅仅将高速线过孔限定在PCB板卡内，分析时仅仅当作理想过孔处理，而在PCB板卡的边缘，需要考虑在XY轴的隔断区域的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法与系统，旨在解决现有技术中缺乏针对PCB板卡的边缘在XY轴的隔断区域对信号完整性的影响的研究，实现增强信号完整性，大大增强服务器的信号完整性和可靠性。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法，包括以下步骤：
S1、设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，仿真获取S参数；
S2、设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离，仿真获取S参数；
S3、增大求解的空间大小，获得过孔的电场分布；
S4、在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；
S5、调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果。
优选地，所述过孔耦合的形式为：所穿过的两层平板为同一网络，两层过孔与两层金属板为同一网络，即连接两层平板。
优选地，当设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离时，存在两个谐振点，所述谐振点分别对应PMC面。
优选地，所述调整过孔反焊盘尺寸的大小具体为将反焊盘直径尺寸从0.4mm调整到0.5mm。
本发明还提供了一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析系统，所述系统包括：
零距离仿真模块，用于设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，仿真获取S参数；
固定距离仿真模块，用于设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离，仿真获取S参数；
电场分布模块，用于增大求解的空间大小，获得过孔的电场分布；
滤波电容仿真模块，用于在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；
反焊盘仿真模块，用于调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果。
优选地，所述过孔耦合的形式为：所穿过的两层平板为同一网络，两层过孔与两层金属板为同一网络，即连接两层平板。
优选地，当设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离时，存在两个谐振点，所述谐振点分别对应PMC面。
优选地，所述调整过孔反焊盘尺寸的大小具体为将反焊盘直径尺寸从0.4mm调整到0.5mm。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过分别设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零或者一定距离，仿真获取S参数；并在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果，来实现针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析，本发明提供了PCB板边的高速过孔的电场分布；经过研究可以通过增加耦合电容的方式改善板边过孔的效应；以及可以通过增加改变过孔反焊盘的大小的方式改善板边过孔的效应。解决了现有技术中缺乏针对PCB板卡的边缘在XY轴的隔断区域对信号完整性的影响的研究，实现增强信号完整性，大大增强服务器的信号完整性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法流程图；
图2为本发明实施例中所提供的一种VIA过孔示意图；
图3为本发明实施例中所提供的无额外X/Y方向隔断区域的S参数仿真曲线图；
图4为本发明实施例中所提供的有额外X/Y方向隔断区域的S参数仿真曲线图；
图5为本发明实施例中所提供的一种过孔电场分布示意图；
图6为本发明实施例中所提供的一种加入滤波电容与未加滤波电容的仿真曲线图；
图7为本发明实施例中所提供的一种不同反焊盘大小下的仿真曲线图；
图8为本发明实施例中所提供的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析系统结构框图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法与系统进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法，包括以下步骤：
S1、设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，仿真获取S参数；
S2、设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离，仿真获取S参数；
S3、增大求解的空间大小，获得过孔的电场分布；
S4、在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；
S5、调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果。
良好的过孔设计具有重要的意义，比如整条通道带宽超过信号基频的3-5倍，为了减小高频噪声，可以通过调节过孔的物理参数降低高频带宽，比如可通过一个可以调节的物理结构参数-焊盘大小，来改变过孔的容性，或者调节过孔在特定频段容性/感性主导作用的变换。
如图2所示，以一个多层电路板的差分过孔分析来说明各种因素的影响，同时也包括仿真设置因素的影响。过孔耦合的形式为：所穿过的两层平板为同一网络，两层过孔与两层金属板为同一网络，即连接两层平板。
当信号在经过孔传输到阻抗匹配的另一层线路时，会有一部分能量被传递到四周，而这一部分由于没有任何的阻抗终结，所以可以被看作是全开路状态，因此这个分支便会造成剩余能量的全反射，这大大削弱了信号质量，损坏了原始信号的完整性。如果四周设置的辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，无额外X/Y方向隔断区域，则获得的S参数如图3所示。
如果将四周辐射面距离板边缘拉开一定距离重新仿真，即加入额外X/Y方向隔断区域，则会获得如图4所示的S参数图，图中出现两个较大的谐振点，分别对应着PMC面，即理想电磁面，可以应用磁场对称面的设置，比如差分对中心面的电磁场垂直于该面，还有PEC面，即理想电场面。
增大求解的空间大小，可以得到过孔的电场分布，通过电场的分布从而得到在PCB板边存在高速线过孔时的电场分布，如图5所示。
多层板结构通常为中间平面对有电源层和地板构成，通孔参考面的变换导致低频段反射严重，为此通常在过孔附近加上电源滤波电容，下层的金属面为电源网络，上层为地网络，两侧加入不加电源滤波网络的0.1uF滤波电容的架构，采用贴近边缘的辐射吸收面，靠近中心的为不加滤波电容，远离中心的为加入滤波电容，如图6所示。
另外，可以通过调整金属平面层过孔反焊盘尺寸的影响，将反焊盘直径尺寸从0.4mm调整到0.5mm，靠近中心的为小反向焊盘，远离中心的为大反向焊盘，两者的仿真结果如图7所示。
本发明实施例通过分别设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零或者一定距离，仿真获取S参数；并在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果，来实现针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析，本发明提供了PCB板边的高速过孔的电场分布；经过研究可以通过增加耦合电容的方式改善板边过孔的效应；以及可以通过增加改变过孔反焊盘的大小的方式改善板边过孔的效应。解决了现有技术中缺乏针对PCB板卡的边缘在XY轴的隔断区域对信号完整性的影响的研究，实现增强信号完整性，大大增强服务器的信号完整性和可靠性。
如图8所示，本发明实施例还公开了一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析系统，所述系统包括：
零距离仿真模块，用于设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，仿真获取S参数；
固定距离仿真模块，用于设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离，仿真获取S参数；
电场分布模块，用于增大求解的空间大小，获得过孔的电场分布；
滤波电容仿真模块，用于在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；
反焊盘仿真模块，用于调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果。
所述过孔耦合的形式为：所穿过的两层平板为同一网络，两层过孔与两层金属板为同一网络，即连接两层平板。
当设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离时，存在两个谐振点，所述谐振点分别对应PMC面。
所述调整过孔反焊盘尺寸的大小具体为将反焊盘直径尺寸从0.4mm调整到0.5mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，仿真获取S参数；
S2、设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离，仿真获取S参数；
S3、增大求解的空间大小，获得过孔的电场分布；
S4、在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；
S5、调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果。
2.根据权利要求1所述的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法，其特征在于，所述过孔耦合的形式为：所穿过的两层平板为同一网络，两层过孔与两层平板为同一网络，即连接两层平板。
3.根据权利要求1所述的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法，其特征在于，当设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离时，存在两个谐振点，所述谐振点分别对应PMC面。
4.根据权利要求1所述的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析方法，其特征在于，所述调整过孔反焊盘尺寸的大小具体为将反焊盘直径尺寸从0.4mm调整到0.5mm。
5.一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析系统，其特征在于，所述系统包括：
零距离仿真模块，用于设置过孔四周辐射吸收边界面到目标结构的距离为零，仿真获取S参数；
固定距离仿真模块，用于设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离，仿真获取S参数；
电场分布模块，用于增大求解的空间大小，获得过孔的电场分布；
滤波电容仿真模块，用于在过孔附近加上电源滤波电容，对比加上电容与不加电容的仿真结果；
反焊盘仿真模块，用于调整过孔反焊盘尺寸的大小，对比不同尺寸下的仿真结果。
6.根据权利要求5所述的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析系统，其特征在于，所述过孔耦合的形式为：所穿过的两层平板为同一网络，两层过孔与两层平板为同一网络，即连接两层平板。
7.根据权利要求5所述的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析系统，其特征在于，当设置过孔四周辐射吸收边界面到板边缘之间一定距离时，存在两个谐振点，所述谐振点分别对应PMC面。
8.根据权利要求5所述的一种针对PCB板过孔对信号完整性影响的分析系统，其特征在于，所述调整过孔反焊盘尺寸的大小具体为将反焊盘直径尺寸从0.4mm调整到0.5mm。
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