CN114580337B - 一种信号参考地平面的设计方法、电路板及服务器 - Google Patents

一种信号参考地平面的设计方法、电路板及服务器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种信号参考地平面的设计方法、电路板及服务器，包括：预先获取不同电路板上数字信号和模拟信号的走线信息，并为不同走线信息一一设计满足电路板信号质量要求的混合地平面；获取目标电路板上数字信号和模拟信号的目标走线信息；其中，目标电路板为任一有地平面设计需求的电路板；基于为不同走线信息预设计的混合地平面，确定与目标走线信息适配的目标混合地平面，以基于目标混合地平面设计目标电路板的地平面。可见，本申请可根据电路板上数字信号和模拟信号的走线信息为电路板选择其适配的混合地平面设计，电路板信号质量较好。

Description

一种信号参考地平面的设计方法、电路板及服务器
技术领域
本发明涉及电路板设计领域，特别是涉及一种信号参考地平面的设计方法、电路板及服务器。
背景技术
服务器作为计算机的一种，为互联网用户提供计算、存储、数据交换等服务，是互联网时代的重要组成节点。服务器的硬件组成主要有电路板、机构器件等，电路板承担着传输和转换电能以及传递和处理信号的作用。电路板主要包含电源层、信号层及地层，良好的参考地对信号质量的影响至关重要，其一方面可以保证信号有一个返回路径，另一方面能够在信号的差模改为共模时减少电磁辐射。但是，现有的电路板地层设计方案大都在混合信号(数字信号+模拟信号)的电路板中效果不好，导致电路板信号质量较差。
因此，如何提供一种适用于混合信号的电路板的参考地平面的方案是本领域的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信号参考地平面的设计方法、电路板及服务器，可根据电路板上数字信号和模拟信号的走线信息为电路板选择其适配的混合地平面设计，电路板信号质量较好。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种信号参考地平面的设计方法，应用于混合信号的电路板，包括：
预先获取不同电路板上数字信号和模拟信号的走线信息，并为不同所述走线信息一一设计满足电路板信号质量要求的混合地平面；
获取目标电路板上数字信号和模拟信号的目标走线信息；其中，所述目标电路板为任一有地平面设计需求的电路板；
基于为不同所述走线信息预设计的所述混合地平面，确定与所述目标走线信息适配的目标混合地平面，以基于所述目标混合地平面设计所述目标电路板的地平面。
可选地，第一种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号与模拟信号的走线的最小相距距离大于预设距离阈值；
为第一种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；其中，所述数字地和所述模拟地不分割。
可选地，第二种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号在走线上的信号速率小于预设速率阈值；
为第二种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将所述数字地和所述模拟地进行完全分割。
可选地，第三种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线交叉数量小于预设交叉阈值、电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值；
为第三种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将所述数字地和所述模拟地进行不完全分割；其中，所述数字地和所述模拟地单点连接。
可选地，第四种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值、电路板上跨分割走线的总数量小于预设数量阈值；
为第四种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将所述数字地和所述模拟地进行完全分割，并在所述电路板的跨分割走线上添加为所述跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径的回流器件。
可选地，在所述电路板的跨分割走线上添加为所述跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径的回流器件，包括：
在所述电路板的跨分割走线上并联旁路电容或者包地线。
可选地，所述信号参考地平面的设计方法还包括：
从所述目标电路板的数字信号走线上选择一个干扰源位置；
从所述目标电路板的模拟信号走线上选择一个被干扰位置；
根据所述干扰源位置对所述被干扰位置的信号干扰情况，确定所述干扰源位置与所述被干扰位置之间的隔离度。
可选地，根据所述干扰源位置对所述被干扰位置的信号干扰情况，确定所述干扰源位置与所述被干扰位置之间的隔离度，包括：
根据S21＝20*lg(a2/a1)计算所述干扰源位置与所述被干扰位置之间的干扰参数S21；其中，a1为所述干扰源位置的信号幅度；a2为所述被干扰位置的信号幅度；
根据预设的干扰参数与隔离度的对应关系确定所述干扰参数S21对应的隔离度。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电路板，包括电源层、混合信号层及地层；其中，所述地层按照上述任一种信号参考地平面的设计方法进行设计。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种服务器，包括上述电路板。
本发明提供了一种信号参考地平面的设计方法，应用于混合信号的电路板，包括：预先获取不同电路板上数字信号和模拟信号的走线信息，并为不同走线信息一一设计满足电路板信号质量要求的混合地平面；获取目标电路板上数字信号和模拟信号的目标走线信息；其中，目标电路板为任一有地平面设计需求的电路板；基于为不同走线信息预设计的混合地平面，确定与目标走线信息适配的目标混合地平面，以基于目标混合地平面设计目标电路板的地平面。可见，本申请可根据电路板上数字信号和模拟信号的走线信息为电路板选择其适配的混合地平面设计，电路板信号质量较好。
本发明还提供了一种电路板及服务器，与上述设计方法具有相同的有益效果。
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为本发明实施例提供的一种信号参考地平面的设计方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种信号参考地平面的设计方法的扩展流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种信号参考地平面的设计方法、电路板及服务器，可根据电路板上数字信号和模拟信号的走线信息为电路板选择其适配的混合地平面设计，电路板信号质量较好。
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，图1为本发明实施例提供的一种信号参考地平面的设计方法的流程图。
该信号参考地平面的设计方法应用于混合信号的电路板，包括：
步骤S1：预先获取不同电路板上数字信号和模拟信号的走线信息，并为不同走线信息一一设计满足电路板信号质量要求的混合地平面。
具体地，本申请提前获取不同电路板上数字信号和模拟信号的走线信息，然后为不同走线信息一一设计满足电路板信号质量要求的混合地平面(数字地+模拟地)，以为后续设计电路板的地平面提供参考依据。
步骤S2：获取目标电路板上数字信号和模拟信号的目标走线信息。
需要说明的是，目标电路板为任一有地平面设计需求的电路板。
具体地，本申请获取目标电路板上数字信号和模拟信号的走线信息(称为目标走线信息)，以便于后续确定目标电路板的地平面设计。
步骤S3：基于为不同走线信息预设计的混合地平面，确定与目标走线信息适配的目标混合地平面，以基于目标混合地平面设计目标电路板的地平面。
具体地，本申请基于为不同走线信息预设计的混合地平面，可确定与目标电路板上数字信号和模拟信号的目标走线信息适配的目标混合地平面，然后基于目标混合地平面设计目标电路板的地平面，可满足目标电路板的信号质量要求。
可见，本申请可根据电路板上数字信号和模拟信号的走线信息为电路板选择其适配的混合地平面设计，电路板信号质量较好。
在上述实施例的基础上：
作为一种可选的实施例，第一种走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号与模拟信号的走线的最小相距距离大于预设距离阈值；
为第一种走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；其中，数字地和模拟地不分割。
具体地，本申请的第一种走线信息包括：1)电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局，即电路板上的数字信号走线与模拟信号走线不相互交叉；2)电路板上的数字信号与模拟信号的走线的最小相距距离大于预设距离阈值。
基于此，本申请为第一种走线设计信息设计适配的混合地平面：根据电路板上数字信号的布局位置确定电路板的地平面上数字地的区域；根据电路板上模拟信号的布局位置确定电路板的地平面上模拟地的区域；其中，数字地和模拟地不分割。
设计原理为：在电路板上的数字信号走线与模拟信号走线不相互交叉的情况下，整个电路板的地不做分割，数字地与模拟地都连到一个地平面上(统一地)，避免了不完整地平面对高速数字信号的信号完整性影响。但是，采用统一地时，电路板上的数字信号与模拟信号之间的隔离度最低，如果数字信号产生的噪声较大，并且数字信号走线与模拟电路走线距离非常接近，即使数字信号走线与模拟信号走线不交叉，模拟信号仍然会被地噪声干扰。所以，数字地与模拟地不分割的方式只有在电路板上的数字信号与模拟信号的走线的最小相距距离大于预设距离阈值时才适合采用，即模拟信号部分离产生大噪声的数字信号部分较远时才适合采用。
作为一种可选的实施例，第二种走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号在走线上的信号速率小于预设速率阈值；
为第二种走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将数字地和模拟地进行完全分割。
具体地，本申请的第二种走线信息包括：1)电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局；2)电路板上的数字信号在走线上的信号速率小于预设速率阈值，即电路板上走低速数字信号。
基于此，本申请为第二种走线设计信息设计适配的混合地平面：根据电路板上数字信号的布局位置确定电路板的地平面上数字地的区域；根据电路板上模拟信号的布局位置确定电路板的地平面上模拟地的区域；其中，数字地和模拟地完全分割，即数字地和模拟地完全不连接。
设计原理为：在数字地与模拟地完全分割的方式下，电路板上的数字信号与模拟信号之间的隔离度最高。这种接地方案减小了数字地与模拟地之间的传导噪声，然而，随着系统越来越复杂，数模电路集成度不断提高，信号速率越来越高，数字地与模拟地完全分割会造成高速数字信号跨分割，信号回流不完整，影响信号完整性。所以，数字地与模拟地完全分割的方式只有电路板上的数字信号在走线上的信号速率小于预设速率阈值时才适合采用，即电路板上走低速数字信号时才适合采用。
作为一种可选的实施例，第三种走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线交叉数量小于预设交叉阈值、电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值；
为第三种走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将数字地和模拟地进行不完全分割；其中，数字地和模拟地单点连接。
具体地，本申请的第三种走线信息包括：1)电路板上的数字信号与模拟信号的走线交叉数量小于预设交叉阈值，包含电路板上的数字信号走线与模拟信号走线不相互交叉的情况；2)电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值，即电路板上走高速数字信号。
基于此，本申请为第三种走线设计信息设计适配的混合地平面：根据电路板上数字信号的布局位置确定电路板的地平面上数字地的区域；根据电路板上模拟信号的布局位置确定电路板的地平面上模拟地的区域；其中，数字地和模拟地不完全分割，具体是数字地和模拟地单点连接。
设计原理为：在数字地与模拟地单点连接的方式下，电路板上的数字信号与模拟信号之间的隔离度明显低于数字地与模拟地完全分割时的隔离度，但比数字地与模拟地采用统一地时的隔离度要好。这种接地方案避免了高速信号跨分割造成的信号完整性问题。但是，如果电路板上的数字信号与模拟信号的走线交叉数量很多，仍用单点连接必然会增加一些高速信号的走线长度，如果多点相连又会失去分割的意义。所以，数字地与模拟地单点连接的方式只有电路板上的数字信号与模拟信号的走线交叉数量小于预设交叉阈值时才适合采用。
作为一种可选的实施例，第四种走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值、电路板上跨分割走线的总数量小于预设数量阈值；
为第四种走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将数字地和模拟地进行完全分割，并在电路板的跨分割走线上添加为跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径的回流器件。
具体地，本申请的第四种走线信息包括：1)电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局；2)电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值；3)电路板上跨分割走线的总数量小于预设数量阈值。
基于此，本申请为第四种走线设计信息设计适配的混合地平面：根据电路板上数字信号的布局位置确定电路板的地平面上数字地的区域；根据电路板上模拟信号的布局位置确定电路板的地平面上模拟地的区域；其中，数字地和模拟地完全分割，并在电路板的跨分割走线上添加回流器件，以为跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径。
设计原理为：将数字地与模拟地完全分割，在电路板的跨分割走线上添加回流器件，给跨分割走线上传输的高速信号提供就近的回流路径，可以提高跨分割走线上信号的完整性。这种接地方案有助于提高电路板上的数字信号与模拟信号之间的隔离度。但是，随着电路板密度越来越高，能为每个跨分割走线采取这种措施也会受到限制，这种方法只适用于电路板上跨分割走线的总数量小于预设数量阈值的情况，即跨分割走线不多的情况下适用。
作为一种可选的实施例，在电路板的跨分割走线上添加为跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径的回流器件，包括：
在电路板的跨分割走线上并联旁路电容或者包地线。
具体地，本申请可在电路板的跨分割走线上并联旁路电容或者包地线，从而为跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径。
需要说明的是，电路板上数字信号和模拟信号的走线信息同时满足上述多种走线信息时，按照任一种走线信息为电路板设计适配的混合地平面即可。
综上分析，分割的目的是提高隔离度，只要不出现跨分割情况，可以做分割；只要干扰源的噪声幅度控制的足够低，去耦滤波等策略合适，提高数模之间的隔离度能达到一定要求，没有必要做分割；跨分割不是绝对不能出现的，合理的层叠和去耦策略也可以有效避免跨分割的影响。每种接地处理方法都有局限性，必须针对具体的电路板情况选择合适的接地方法。
请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种信号参考地平面的设计方法的扩展流程图。
作为一种可选的实施例，信号参考地平面的设计方法还包括：
步骤S4：从目标电路板的数字信号走线上选择一个干扰源位置。
步骤S5：从目标电路板的模拟信号走线上选择一个被干扰位置。
步骤S6：根据干扰源位置对被干扰位置的信号干扰情况，确定干扰源位置与被干扰位置之间的隔离度。
进一步地，本申请还从目标电路板的数字信号走线上选择一个干扰源位置，并从目标电路板的模拟信号走线上选择一个被干扰位置，然后根据干扰源位置对被干扰位置的信号干扰情况，确定干扰源位置与被干扰位置之间的隔离度，具体是干扰源位置与被干扰位置之间的干扰越大，干扰源位置与被干扰位置之间的隔离度就越差。
作为一种可选的实施例，根据干扰源位置对被干扰位置的信号干扰情况，确定干扰源位置与被干扰位置之间的隔离度，包括：
根据S21＝20*lg(a2/a1)计算干扰源位置与被干扰位置之间的干扰参数S21；其中，a1为干扰源位置的信号幅度；a2为被干扰位置的信号幅度；
根据预设的干扰参数与隔离度的对应关系确定干扰参数S21对应的隔离度。
具体地，本申请提前设计干扰源位置与被干扰位置之间的干扰参数的计算关系式：S21＝20*lg(a2/a1)；其中，a1为干扰源位置的信号幅度；a2为被干扰位置的信号幅度。
基于此，本申请根据S21＝20*lg(a2/a1)计算干扰源位置与被干扰位置之间的干扰参数S21，然后根据预设的干扰参数与隔离度的对应关系确定干扰参数S21对应的隔离度，即干扰源位置与被干扰位置之间的隔离度。
本申请还提供了一种电路板，包括电源层、混合信号层及地层；其中，地层按照上述任一种信号参考地平面的设计方法进行设计。
本申请提供的电路板的介绍请参考上述设计方法的实施例，本申请在此不再赘述。
本申请还提供了一种服务器，包括上述电路板。
本申请提供的服务器的介绍请参考上述电路板的实施例，本申请在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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)

1.一种信号参考地平面的设计方法，其特征在于，应用于混合信号的电路板，包括：
预先获取不同电路板上数字信号和模拟信号的走线信息，并为不同所述走线信息一一设计满足电路板信号质量要求的混合地平面；其中，所述混合地平面包括数字地和模拟地；
获取目标电路板上数字信号和模拟信号的目标走线信息；其中，所述目标电路板为任一有地平面设计需求的电路板；
基于为不同所述走线信息预设计的所述混合地平面，确定与所述目标走线信息适配的目标混合地平面，以基于所述目标混合地平面设计所述目标电路板的地平面。
2.如权利要求1所述的信号参考地平面的设计方法，其特征在于，第一种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号与模拟信号的走线的最小相距距离大于预设距离阈值；
为第一种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；其中，所述数字地和所述模拟地不分割。
3.如权利要求1所述的信号参考地平面的设计方法，其特征在于，第二种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号在走线上的信号速率小于预设速率阈值；
为第二种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将所述数字地和所述模拟地进行完全分割。
4.如权利要求1所述的信号参考地平面的设计方法，其特征在于，第三种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线交叉数量小于预设交叉阈值、电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值；
为第三种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将所述数字地和所述模拟地进行不完全分割；其中，所述数字地和所述模拟地单点连接。
5.如权利要求1所述的信号参考地平面的设计方法，其特征在于，第四种所述走线信息包括电路板上的数字信号与模拟信号的走线分开布局、电路板上的数字信号在走线上的信号速率大于预设速率阈值、电路板上跨分割走线的总数量小于预设数量阈值；
为第四种所述走线设计信息设计满足电路板信号质量要求的混合地平面，包括：
根据电路板上数字信号和模拟信号的布局位置，相应确定所述电路板的地平面上数字地的区域和模拟地的区域；
将所述数字地和所述模拟地进行完全分割，并在所述电路板的跨分割走线上添加为所述跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径的回流器件。
6.如权利要求5所述的信号参考地平面的设计方法，其特征在于，在所述电路板的跨分割走线上添加为所述跨分割走线上传输的高速信号提供就近回流路径的回流器件，包括：
在所述电路板的跨分割走线上并联旁路电容或者包地线。
7.如权利要求1-6任一项所述的信号参考地平面的设计方法，其特征在于，所述信号参考地平面的设计方法还包括：
从所述目标电路板的数字信号走线上选择一个干扰源位置；
从所述目标电路板的模拟信号走线上选择一个被干扰位置；
根据所述干扰源位置对所述被干扰位置的信号干扰情况，确定所述干扰源位置与所述被干扰位置之间的隔离度。
8.如权利要求7所述的信号参考地平面的设计方法，其特征在于，根据所述干扰源位置对所述被干扰位置的信号干扰情况，确定所述干扰源位置与所述被干扰位置之间的隔离度，包括：
根据S21=20*lg(a2/a1)计算所述干扰源位置与所述被干扰位置之间的干扰参数S21；其中，a1为所述干扰源位置的信号幅度；a2为所述被干扰位置的信号幅度；
根据预设的干扰参数与隔离度的对应关系确定所述干扰参数S21对应的隔离度。
9.一种电路板，其特征在于，包括电源层、混合信号层及地层；其中，所述地层按照如权利要求1-8任一项所述的信号参考地平面的设计方法进行设计。
10.一种服务器，其特征在于，包括如权利要求9所述的电路板。
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