CN112888157A - 一种过孔容性突变的补偿电路、补偿方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及技术领域,提供一种过孔容性突变的补偿电路、补偿方法及系统,该过孔容性突变的补偿电路包括贴近PCB板过孔入口处的补偿电感,避免对过孔区域的参考层面进行挖空处理,同时也不需要使用背钻等高成本的去桩线技术,操作简单,省时省力,而且补偿效果好,可以有效降低设计成本,提高产品竞争力。
Description
技术领域
本发明属于PCB技术领域,尤其涉及一种过孔容性突变的补偿电路、补偿方法及系统。
背景技术
在PCB板布局中,因为复杂的链路结构,信号经常需要切换路径所在层面,过孔就是连接不同层面信号的纽带,所谓过孔引起阻抗突变,通常是指过孔处的等效阻抗跟与之相连的传输线瞬时阻抗出现了不一致,且因造成阻抗突变的原因是额外的容性负载,也将过孔处的阻抗突变称为容性突变,具体表现为过孔处的阻抗低于与之相连的传输线特性阻抗。
为了减小过孔带来的容性突变,避免信号反射,目前常用的过孔优化手段有:过孔区域参考层面挖洞处理,以及背钻等去除过孔桩线的技术。当过孔不存在过孔桩线或者桩线较短时,只对过孔区域参考层面进行挖洞处理,就可以有效减小过孔容性突变,但这一过程需要结合大量过孔仿真确定最优的挖洞面积,否则挖洞太小会不足以消除过孔容性属性,挖洞太大又会导致过孔呈感性,阻抗高于传输线瞬时阻抗,同样会带来阻抗不连续问题;当过孔的桩线校长时,桩线带来的容性增量很大,需要再使用背钻等去除过孔桩线的技术才能消除其影响,但这些技术通常成本较高,且不能做到100%去除,残留的过孔桩线依旧会导致一定的容性突变。
但是,上述减小过孔带来的容性突变的方式存在如下问题:
(1)耗时长。对过孔区域参考层面挖洞处理时,需要结合仿真实验确定最优挖洞面积,在层数较多的PCB板中,为了确定每一参考层面的最优挖洞面积,需要进行多次组合仿真验证,这一过程需要耗费大量的时间,不利于工作效率的提高;
(2)成本高。当过孔的桩线较长时,必须采取背钻等去除桩线的技术才能消除其影响,这些技术通常有高精度要求,制作成本都很高,不利于产品降本;
(3)优化能力有限。就目前技术来看,即使采用精度最高的背钻技术,过孔桩线也不能100%去除,残留的桩线依旧会带来容性突变,引起信号反射问题
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供了一种过孔容性突变的补偿电路,旨在解决现有技术中减小过孔带来的容性突变的方式存在耗时长、成本高以及优化能力有限的问题。
本发明所提供的技术方案是:一种过孔容性突变的补偿电路,包括贴近PCB板过孔入口处的补偿电感,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗。
作为一种改进的方案,所述传输线的瞬时阻抗Z0的计算式为:
作为一种改进的方案,所述单位长度电容CL的计算式为:
所述单位长度电感LL的计算式为:
其中,εr是信号路径与返回路径之间介质的介电常数。
本发明的另一目的在于提供一种基于过孔容性突变的补偿电路的过孔容性突变的补偿方法,所述方法包括下述步骤:
根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA,其中,所述叠层信息包括PCB层数、每一层厚度、介质的介电常数、输入、输出过孔的信号路径所在层面以及线宽线距信息;
根据计算得到的所述电容增量CVIA,计算补偿电感的电感值LCOMP,其中,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗;
将符合所述电感值LCOMP的补偿电感配置在所述PCB板贴近过孔的位置。
作为一种改进的方案,所述根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA的步骤之前还包括下述步骤:
确定所述PCB板的叠层信息。
作为一种改进的方案,所述传输线的瞬时阻抗Z0的计算式为:
所述单位长度电容CL的计算式为:
所述单位长度电感LL的计算式为:
其中,εr是信号路径与返回路径之间介质的介电常数。
本发明的另一目的在于提供一种基于权利要求4所述的过孔容性突变的补偿方法的过孔容性突变的补偿系统,所述系统包括:
电容增量获取模块,用于根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA,其中,所述叠层信息包括PCB层数、每一层厚度、介质的介电常数、输入、输出过孔的信号路径所在层面以及线宽线距信息;
电感值计算模块,用于根据计算得到的所述电容增量CVIA,计算补偿电感的电感值LCOMP,其中,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗;
补偿电感配置模块,用于将符合所述电感值LCOMP的补偿电感配置在所述PCB板贴近过孔的位置。
作为一种改进的方案,所述系统还包括:
叠层信息确定模块,用于确定所述PCB板的叠层信息。
作为一种改进的方案,所述传输线的瞬时阻抗Z0的计算式为:
所述单位长度电容CL的计算式为:
所述单位长度电感LL的计算式为:
其中,εr是信号路径与返回路径之间介质的介电常数。
在本发明实施例中,过孔容性突变的补偿电路包括贴近PCB板过孔入口处的补偿电感,避免对过孔区域的参考层面进行挖空处理,同时也不需要使用背钻等高成本的去桩线技术,操作简单,省时省力,而且补偿效果好,可以有效降低设计成本,提高产品竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的过孔容性突变的补偿电路对应的一阶模型示意图;
图2是本发明提供的理想传输线的一阶模型示意图;
图3是本发明提供的带过孔的等效模型图;
图4是本发明提供的过孔容性突变的补偿方法的实现流程图;
图5是本发明提供的过孔容性突变的补偿系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的、技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明提供的过孔容性突变的补偿电路对应的一阶模型示意图,为了便于说明,图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。
过孔容性突变的补偿电路包括贴近PCB板过孔入口处的补偿电感,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗。
其中,为了分析过孔带来的阻抗突变影响,首先要明确传输线的瞬时阻抗定义,如图2所示为理想传输线的一阶模型,其把单位长度的信号路径和返回路径描述成一个单位长度回路电感LL,信号路径和返回路径之间相互作用,则用单位长度电容CL等效,此模型下,传输线的瞬时阻抗Z0可以表示为:
如果信号在如图2所示的信号路径传输过程中遇到过孔,过孔筒状孔壁与板中不同平面层之间将会产生额外的电容量,尤其是在过孔存在较长桩线情况下,残余桩线将会等效成一个很大的集总容性负载,从而引起传输路径阻抗突变,具体的等效模型如图3所示,CVIA代表由过孔引入的额外等效电容,即电容增量,此时,过孔处的瞬时阻抗ZVIA可表示为:
为了补偿这一额外的电容增量CVIA,在贴近过孔入口处放置一个补偿电感LCOMP的方法,添加电感以后的一阶模型如图1所示,期望添加此电感后,过孔处的等效阻抗可以与传输线阻抗相匹配,即:
基于该计算式可以计算补偿电感的感值:LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL。
在本发明实施例中,εr是信号路径与返回路径之间介质的介电常数,可由PCB叠层信息确认。
在该实施例中,所述单位长度电容CL的计算式为:
所述单位长度电感LL的计算式为:
其中,εr是信号路径与返回路径之间介质的介电常数。
本发明实施例具有如下技术效果:
(1)避免了大量仿真实验确定过孔区域参考层挖洞面积的复杂步骤,可以在一定程度上节省设计时间,提高设计效率;
(2)无论桩线长短,都不需要使用背钻等技术来去除过孔桩线,可以有效降低研发成本,提高产品竞争力;
(3)相较于使用背钻等技术以后仍旧有残留桩线的问题,本方案可以更有效地消除过孔的容性突变。
图4示出了本发明提供的过孔容性突变的补偿方法的实现流程图,其具体包括下述步骤:
在步骤S101中,根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA,其中,所述叠层信息包括PCB层数、每一层厚度、介质的介电常数、输入、输出过孔的信号路径所在层面以及线宽线距信息;
在步骤S102中,根据计算得到的所述电容增量CVIA,计算补偿电感的电感值LCOMP,其中,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗;
在步骤S103中,将符合所述电感值LCOMP的补偿电感配置在所述PCB板贴近过孔的位置。
在执行上述步骤S101之前还需要执行下述步骤:
确定所述PCB板的叠层信息。
在本发明实施例中,所述传输线的瞬时阻抗Z0的计算式为:
所述单位长度电容CL的计算式为:
所述单位长度电感LL的计算式为:
其中,εr是信号路径与返回路径之间介质的介电常数。
图5示出了本发明提供的过孔容性突变的补偿系统的结构框图,为了便于说明,图中仅给出与本发明实施例相关的部分。
过孔容性突变的补偿系统包括:
电容增量获取模块11,用于根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA,其中,所述叠层信息包括PCB层数、每一层厚度、介质的介电常数、输入、输出过孔的信号路径所在层面以及线宽线距信息;
电感值计算模块12,用于根据计算得到的所述电容增量CVIA,计算补偿电感的电感值LCOMP,其中,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗;
补偿电感配置模块13,用于将符合所述电感值LCOMP的补偿电感配置在所述PCB板贴近过孔的位置。
在该实施例中,所述系统还包括:
叠层信息确定模块14,用于确定所述PCB板的叠层信息。
在本发明实施例中,所述传输线的瞬时阻抗Z0的计算式为:
所述单位长度电容CL的计算式为:
所述单位长度电感LL的计算式为:
其中,εr是信号路径与返回路径之间介质的介电常数。
在本发明实施例中,过孔容性突变的补偿电路包括贴近PCB板过孔入口处的补偿电感,避免对过孔区域的参考层面进行挖空处理,同时也不需要使用背钻等高成本的去桩线技术,操作简单,省时省力,而且补偿效果好,可以有效降低设计成本,提高产品竞争力。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各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,或者对其中部分或者全部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范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种过孔容性突变的补偿电路,其特征在于,包括贴近PCB板过孔入口处的补偿电感,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 2×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗。
4.一种基于权利要求1所述的过孔容性突变的补偿电路的过孔容性突变的补偿方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:
根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA,其中,所述叠层信息包括PCB层数、每一层厚度、介质的介电常数、输入、输出过孔的信号路径所在层面以及线宽线距信息;
根据计算得到的所述电容增量CVIA,计算补偿电感的电感值LCOMP,其中,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 3×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗;
将符合所述电感值LCOMP的补偿电感配置在所述PCB板贴近过孔的位置。
5.根据权利要求4所述的过孔容性突变的补偿方法,其特征在于,所述根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA的步骤之前还包括下述步骤:
确定所述PCB板的叠层信息。
7.一种基于权利要求4所述的过孔容性突变的补偿方法的过孔容性突变的补偿系统,其特征在于,所述系统包括:
电容增量获取模块,用于根据PCB板的叠层信息,对PCB上的过孔进行仿真,获取由所述过孔的阻抗突变得到的电容增量CVIA,其中,所述叠层信息包括PCB层数、每一层厚度、介质的介电常数、输入、输出过孔的信号路径所在层面以及线宽线距信息;
电感值计算模块,用于根据计算得到的所述电容增量CVIA,计算补偿电感的电感值LCOMP,其中,所述补偿电感的电感值LCOMP的计算式为:
LCOMP=Z0 3×(CL+CVIA)-LL,其中,CVIA为过孔引入的电容增量,且由仿真获取,CL为单位长度电容,LL为单位长度电感,Z0为传输线的瞬时阻抗;
补偿电感配置模块,用于将符合所述电感值LCOMP的补偿电感配置在所述PCB板贴近过孔的位置。
8.根据权利要求7所述的过孔容性突变的补偿系统,其特征在于,所述系统还包括:
叠层信息确定模块,用于确定所述PCB板的叠层信息。
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