CN111372371A - 一种印制电路板、印制电路板的布线方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开实施例提供了一种印制电路板、印制电路板的布线方法及电子设备，印制电路板包括：接地参考层，与接地参考层相邻设置的差模信号布线层；其中，差模信号布线层上具有用于传输差模信号的两条布线；接地参考层设置有至少一对相互连通的开孔，开孔贯穿接地参考层，一对开孔分别设置在两条布线非相邻的一侧，以通过开孔和连接一对开孔的连接桥形成滤波结构。本公开实施例通过在接地参考层上设置开孔的方式对差模信号中产生的共模信号进行滤波，整个滤波过程不采用额外增加的滤波器件，设计简单，且降低了印制电路板的制造成本。

Description

一种印制电路板、印制电路板的布线方法及电子设备
技术领域
本公开涉及信号处理领域，特别涉及一种印制电路板、印制电路板的布线方法及电子设备。
背景技术
在笔记本电脑的设计上，印制电路板(Printed Circuit Board，简称为PCB)上差模信号的布线为两条并行的布线，由于其受限于布线等长要求以及元件摆放位置等因素，因此差模信号无法由信号的发送端直接直线连接至信号的接收端，差模信号的布线会有弯折或是线宽由宽变细等(如图1所示，图中右侧为两个区域放大图)，也就是所谓的非对称式的布线方式，此种布线方式会产生电磁干扰(Electromagnetic Interference，简称为EMI)的问题。
现有解决EMI问题的方式，大部分是采用降低EMI的电子器件进行处理，例如，使用电阻、电容、电感、共模止动块(Common mode chock，简称为CMC)等滤波器进行滤波，或是增加能够吸收EMI的材质，例如，设置铜箔、铝箔或其它吸波材料等，进而抑制EMI辐射。
然而，无论采用现有哪种解决EMI问题的方式，都需要额外设置滤波或吸波器件，增加印制电路板的制造成本；如果设计的不合理，还会影响输出信号的完整性。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提出了一种印制电路板、印制电路板的布线方法及电子设备，用以解决现有技术的如下问题：无论采用现有哪种解决EMI问题的方式，都需要额外设置滤波或吸波器件，增加印制电路板的制造成本。
一方面，本公开实施例提出了一种印制电路板，至少包括：接地参考层，与所述接地参考层相邻设置的差模信号布线层；其中，所述差模信号布线层上具有用于传输差模信号的两条布线；所述接地参考层设置有至少一对相互连通的开孔，所述开孔贯穿所述接地参考层，一对所述开孔分别设置在所述两条布线非相邻的一侧，以通过所述开孔和连接一对所述开孔的连接桥形成滤波结构。
在一些实施例中，所述接地参考层设置有一对所述开孔，所述一对开孔设置在所述差模信号的接收端之前，与所述接收端相邻设置。
在一些实施例中，一对所述开孔的形状相同且彼此以所述两条布线对称。
在一些实施例中，所述连接桥设置在所述两条布线的正下方，所述连接桥的宽度小于所述两条布线的间距。
在一些实施例中，所述连接桥的宽度为所述两条布线的间距的四分之一。
在一些实施例中，所述开孔的面积根据共模信号的衰减量Scd21确定。
另一方面，本公开实施例提出了一种印制电路板的布线方法，包括：在接地参考层的相邻层设置差模信号布线层，所述差模信号布线层上具有用于输出差模信号的两条布线；在所述接地参考层上设置至少一对相互连通的开孔，所述开孔贯穿所述接地参考层，一对所述开孔分别设置在所述两条布线非相邻的一侧，以通过所述开孔和连接一对所述开孔的连接桥形成滤波结构。
在一些实施例中，在所述接地参考层上仅设置一对所述开孔，所述一对开孔设置在所述差模信号的接收端之前，与所述接收端相邻设置。
在一些实施例中，所述在接地参考层的相邻层设置差模信号布线层之前，还包括：确定一对所述开孔的尺寸为第一面积，根据预定模拟软件测试以所述第一面积开孔后的共模信号的衰减量Scd21；根据测量得到的所述Scd21调整所述第一面积，直到测量到的Scd21满足预定要求时，记录当前一对所述开孔的第二面积，并将所述第二面积确定为在所述接地参考层上仅设置的一对所述开孔的面积。
另一方面，本公开实施例提出了一种电子设备，至少包括本公开任意实施例所述的印制电路板。
本公开实施例通过在接地参考层上设置开孔的方式对差模信号中产生的共模信号进行滤波，整个滤波过程不采用额外增加的滤波器件，设计简单，且降低了印制电路板的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开第一实施例提供的印制电路板的结构示意图；
图2为本公开第一实施例提供的印制电路板的工作原理示意图；
图3为本公开第一实施例提供的LC滤波电路示意图；
图4为本公开第二实施例提供的印制电路板的布线方法的流程图；
图5为本公开第二实施例提供的印制电路板的设计图一；
图6为本公开第二实施例提供的印制电路板的设计图二；
图7为本公开第二实施例提供的Scd21的实验测量数据对比图。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
本公开第一实施例提供了一种印制电路板，其结构示意如图1所示，至少包括：
接地参考层1，与接地参考层1相邻设置的差模信号布线层2；其中，
差模信号布线层2上具有用于传输差模信号的两条布线21；
接地参考层1设置有至少一对相互连通的开孔11，开孔贯穿接地参考层，一对开孔11分别设置在两条布线21非相邻的一侧，以通过开孔11和连接一对开孔的连接桥12形成滤波结构。
本公开实施例在接地参考层上设置了开孔，每根布线的旁边都至少设置一个开孔，则一对相互连通的开孔就会分布在布线的两侧，相当于形成两个LC滤波电路的等效电路，当共模信号在布线中传输至开孔设置位置时，就可以通过开孔进行滤波，相当于带走了共模信号的一部分能量，进而降低了共模信号的强度，提升了差模信号的输出质量。其工作原理示意如图2所示。
本公开实施例通过在接地参考层上设置开孔的方式对差模信号中产生的共模信号进行滤波，整个滤波过程不采用额外增加的滤波器件，设计简单，且降低了印制电路板的制造成本。
具体实现时，开孔只要是设置在布线的两侧就能够降低共模信号的输出，例如，在每一个布线弯折区或是线宽由宽变细区之后的对称布线区设置一对开孔，但此种设计方式不仅设计和制造复杂，且接地参考层开孔越多越容易对印制电路板的其它层信号构成干扰。
基于上述考虑，为了以更简单的设计方式实现最好的滤波效果，本公开实施例在接地参考层仅设置一对开孔，一对开孔设置在差模信号的接收端之前，与接收端相邻设置，即开孔的位置可以为现有设置CMC滤波器的相应位置，通过开孔滤波来取代使用CMC滤波器滤波，在减少开孔制造成本的同时也减少了器件的使用，降低制造成本。
对于上述开孔，如果这一对开孔的形状不同，则在调试开孔大小以达到最好的滤波效果的过程中，需要考虑的因素较多，增加设计的复杂性，因此，本公开实施例设置的一对开孔的形状相同且彼此以两条布线对称。例如，开孔设计为长方形，则两个长方形是以两条布线对称的，当然，也可以将开孔设计成圆形、三角形等形状，但相对于长方形、正方形等形状，会增加一定的计算复杂度，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计。
上述连接桥设置在两条布线的正下方，连接桥的宽度小于两条布线的间距。通常情况下，在印制电路板上，传输差模信号的两条高速信号布线的间距为0.1mm，则连接桥的宽度应小于0.1mm，以通过在差模信号布线层制造短距离跨断面(crossmoat)等效出两个LC滤波电路，每个LC滤波电路如图3所示，需知晓的是图1和图2中连接桥的宽度显示为大于布线的间距仅是用于指导本领域技术人员清楚的看到具体结构，并非真实结构比例。由于本公开实施例的差模信号布线层为高速信号的布线层，并非利用低速信号的布线层进行高速信号的布线，因此crossmoat不会影响信号传输，优选的，连接桥的宽度为两条布线的间距的十分之一，以更好的实现无干扰滤波。
滤波效果和开孔面积有关，针对不同频段，开孔面积不是通用的，具体实现时，开孔的面积的大小可以根据共模信号的衰减量(Scd21)确定。在设计阶段，先确定一对开孔的尺寸为第一面积，根据预定模拟软件测试以第一面积开孔后的Scd21；再根据测量得到的Scd21调整第一面积，直到测量到的Scd21满足预定要求时，记录当前一对开孔的第二面积，并将第二面积确定为在接地参考层上仅设置的一对开孔的面积。本公开实施例通过上述过程，可以将开孔的面积设置为最合理的大小，进而以最低的成本实现最好的滤波效果。
本公开第二实施例提供了一种印制电路板的布线方法，该方法的流程如图4所示，包括步骤S401至S402：
S401，在接地参考层的相邻层设置差模信号布线层，差模信号布线层上具有用于输出差模信号的两条布线；
S402，在接地参考层上设置至少一对相互连通的开孔，开孔贯穿接地参考层，一对开孔分别设置在两条布线非相邻的一侧，以通过开孔和连接一对开孔的连接桥形成滤波结构。
本公开实施例在接地参考层上设置了开孔，每根布线的旁边都至少设置一个开孔，则一对相互连通的开孔就会分布在布线的两侧，相当于形成两个LC滤波电路的等效电路，当共模信号在布线中传输至开孔设置位置时，就可以通过开孔进行滤波，相当于带走了共模信号的一部分能量，进而降低了共模信号的强度，提升了差模信号的输出质量。
本公开实施例通过在接地参考层上设置开孔的方式对差模信号中产生的共模信号进行滤波，整个滤波过程不采用额外增加的滤波器件，设计简单，且降低了印制电路板的制造成本。
具体实现时，开孔只要是设置在布线的两侧就能够降低共模信号的输出，例如，在每一个布线弯折区或是线宽由宽变细区之后的对称布线区设置一对开孔，但此种设计方式不仅设计和制造复杂，且接地参考层开孔越多越容易对印制电路板的其它层信号构成干扰。
基于上述考虑，为了以更简单的设计方式实现最好的滤波效果，本公开实施例在接地参考层上仅设置一对开孔，一对开孔设置在差模信号的接收端之前，与接收端相邻设置。即开孔的位置可以为现有设置CMC滤波器的相应位置，通过开孔滤波来取代使用CMC滤波器滤波，在减少开孔制造成本的同时也减少了器件的使用，降低制造成本。
对于上述开孔，如果这一对开孔的形状不同，则在调试开孔大小以达到最好的滤波效果的过程中，需要考虑的因素较多，增加设计的复杂性，因此，本公开实施例设置的一对开孔的形状相同且彼此以两条布线对称。例如，开孔设计为长方形，则两个长方形是以两条布线对称的，当然，也可以将开孔设计成圆形、三角形等形状，但相对于长方形、正方形等形状，会增加一定的计算复杂度，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计。
上述连接桥设置在两条布线的正下方，连接桥的宽度小于两条布线的间距。通常情况下，在印制电路板上，传输差模信号的两条高速信号布线的间距为0.1mm，则连接桥的宽度应小于0.1mm，以通过在差模信号布线层制造短距离跨断面(crossmoat)等效出两个LC滤波电路。由于本公开实施例的差模信号布线层为高速信号的布线层，并非利用低速信号的布线层进行高速信号的布线，因此crossmoat不会影响信号传输，优选的，连接桥的宽度为两条布线的间距的十分之一，以更好的实现无干扰滤波。
滤波效果和开孔面积有关，针对不同频段，开孔面积不是通用的，具体实现时，开孔的面积的大小可以根据Scd21确定。因此，在接地参考层的相邻层设置差模信号布线层之前，还包括如下的设计过程：确定一对开孔的尺寸为第一面积，根据预定模拟软件测试以第一面积开孔后的Scd21；根据测量得到的Scd21调整第一面积，直到测量到的Scd21满足预定要求时，记录当前一对开孔的第二面积，并将第二面积确定为在接地参考层上仅设置的一对开孔的面积。
具体实现时，先利用预定模拟软件先将不对称的差模信号线设计出来(例如图5所示)，接着再为图5设计开孔结构(例如图6所示)，此时测试一次接收端Scd21，随后，再调整图6开孔尺寸，再测试接收端Scd21，并和前一次测量得到的Scd21进行比较，Scd21衰减量越大得到的EMI抑制效果越好。上述开孔位置在实际生产时在电子设备HDMI外接端口前，即信号从CPU信号原始输出后，在HDMI外接端口前设置CMC滤波器的对应位置设置开孔，以代替现有需要使用的CMC滤波器或其它吸波材料。
可以仅通过预定模拟软件进行模拟测试，也可以通过自制小型两层印制电路板进行实际测量。从图7可以得知，不论从模拟数据或是测量数据上我们都可以发现，当不对称的差模信号增加开孔结构后皆可以抑制由差模信号之布线之弯折所产生出EMI的信号辐射。
图5和图6中的尺寸是相对于生产阶段的印制电路板进行了等比例放大，以便于观察和调整开孔尺寸。
上述设计不仅能够降低印制电路板的制造成本，还不会信号完整性造成影响，既可以解决EMI问题也可以维持信号的质量。
本公开第三实施例提供了一种电子设备，其至少包括印制电路板，该印制电路板至少包括：
接地参考层，与接地参考层相邻设置的差模信号布线层；其中，
差模信号布线层上具有用于传输差模信号的两条布线；
接地参考层设置有至少一对相互连通的开孔，开孔贯穿接地参考层，一对开孔分别设置在两条布线非相邻的一侧，以通过开孔和连接一对开孔的连接桥形成滤波结构。
本公开实施例在接地参考层上设置了开孔，每根布线的旁边都至少设置一个开孔，则一对相互连通的开孔就会分布在布线的两侧，相当于形成两个LC滤波电路的等效电路，当共模信号在布线中传输至开孔设置位置时，就可以通过开孔进行滤波，相当于带走了共模信号的一部分能量，进而降低了共模信号的强度，提升了差模信号的输出质量。
本公开实施例通过在接地参考层上设置开孔的方式对差模信号中产生的共模信号进行滤波，整个滤波过程不采用额外增加的滤波器件，设计简单，且降低了印制电路板的制造成本。
具体实现时，开孔只要是设置在布线的两侧就能够降低共模信号的输出，例如，在每一个布线弯折区或是线宽由宽变细区之后的对称布线区设置一对开孔，但此种设计方式不仅设计和制造复杂，且接地参考层开孔越多越容易对印制电路板的其它层信号构成干扰。
基于上述考虑，为了以更简单的设计方式实现最好的滤波效果，本公开实施例在接地参考层仅设置一对开孔，一对开孔设置在差模信号的接收端之前，与接收端相邻设置，即开孔的位置可以为现有设置CMC滤波器的相应位置，通过开孔滤波来取代使用CMC滤波器滤波，在减少开孔制造成本的同时也减少了器件的使用，降低制造成本。
对于上述开孔，如果这一对开孔的形状不同，则在调试开孔大小以达到最好的滤波效果的过程中，需要考虑的因素较多，增加设计的复杂性，因此，本公开实施例设置的一对开孔的形状相同且彼此以两条布线对称。例如，开孔设计为长方形，则两个长方形是以两条布线对称的，当然，也可以将开孔设计成圆形、三角形等形状，但相对于长方形、正方形等形状，会增加一定的计算复杂度，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计。
上述连接桥设置在两条布线的正下方，连接桥的宽度小于两条布线的间距。通常情况下，在印制电路板上，传输差模信号的两条高速信号布线的间距为0.1mm，则连接桥的宽度应小于0.1mm，以通过在差模信号布线层制造短距离跨断面(crossmoat)等效出两个LC滤波电路，需知晓的是图1和图2中连接桥的宽度显示为大于布线的间距仅是用于指导本领域技术人员清楚的看到具体结构，并非真实结构比例。由于本公开实施例的差模信号布线层为高速信号的布线层，并非利用低速信号的布线层进行高速信号的布线，因此crossmoat不会影响信号传输，优选的，连接桥的宽度为两条布线的间距的十分之一，以更好的实现无干扰滤波。
滤波效果和开孔面积有关，针对不同频段，开孔面积不是通用的，具体实现时，开孔的面积的大小可以根据Scd21确定。在设计阶段，先确定一对开孔的尺寸为第一面积，根据预定模拟软件测试以第一面积开孔后的Scd21；再根据测量得到的Scd21调整第一面积，直到测量到的Scd21满足预定要求时，记录当前一对开孔的第二面积，并将第二面积确定为在接地参考层上仅设置的一对开孔的面积。本公开实施例通过上述过程，可以将开孔的面积设置为最合理的大小，进而以最低的成本实现最好的滤波效果。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种印制电路板，其特征在于，至少包括：
接地参考层，与所述接地参考层相邻设置的差模信号布线层；其中，
所述差模信号布线层上具有用于传输差模信号的两条布线；
所述接地参考层设置有至少一对相互连通的开孔，所述开孔贯穿所述接地参考层，一对所述开孔分别设置在所述两条布线非相邻的一侧，以通过所述开孔和连接一对所述开孔的连接桥形成滤波结构。
2.如权利要求1所述的印制电路板，其特征在于，所述接地参考层设置有一对所述开孔，所述一对开孔设置在所述差模信号的接收端之前，与所述接收端相邻设置。
3.如权利要求1所述的印制电路板，其特征在于，一对所述开孔的形状相同且彼此以所述两条布线对称。
4.如权利要求1所述的印制电路板，其特征在于，所述连接桥设置在所述两条布线的正下方，所述连接桥的宽度小于所述两条布线的间距。
5.如权利要求4所述的印制电路板，其特征在于，所述连接桥的宽度为所述两条布线的间距的四分之一。
6.如权利要求1至5中任一项所述的印制电路板，其特征在于，所述开孔的面积根据共模信号的衰减量Scd21确定。
7.一种印制电路板的布线方法，其特征在于，包括：
在接地参考层的相邻层设置差模信号布线层，所述差模信号布线层上具有用于输出差模信号的两条布线；
在所述接地参考层上设置至少一对相互连通的开孔，所述开孔贯穿所述接地参考层，一对所述开孔分别设置在所述两条布线非相邻的一侧，以通过所述开孔和连接一对所述开孔的连接桥形成滤波结构。
8.如权利要求7所述的布线方法，其特征在于，在所述接地参考层上仅设置一对所述开孔，所述一对开孔设置在所述差模信号的接收端之前，与所述接收端相邻设置。
9.如权利要求8所述的布线方法，其特征在于，所述在接地参考层的相邻层设置差模信号布线层之前，还包括：
确定一对所述开孔的尺寸为第一面积，根据预定模拟软件测试以所述第一面积开孔后的共模信号的衰减量Scd21；
根据测量得到的所述Scd21调整所述第一面积，直到测量到的Scd21满足预定要求时，记录当前一对所述开孔的第二面积，并将所述第二面积确定为在所述接地参考层上仅设置的一对所述开孔的面积。
10.一种电子设备，其特征在于，至少包括：权利要求1至6中任一项所述的印制电路板。
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