CN117098305B - 可切换传输线阻抗的高速背板 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种可切换传输线阻抗的高速背板。一个实施例中，该可切换传输线阻抗的高速背板包括：可变阻抗传输线模块，包括第一参考地和第二参考地以及传输线，所述传输线位于所述第一参考地和所述第二参考地之间，且所述传输线与所述第一参考地之间的第一距离和所述传输线与所述第二参考地之间的第二距离均可调，在所述第一距离和/或所述第二距离发生变化时，所述传输线的阻抗相应变化，所述传输线的长度保持不变；调节模块，被配置成调节所述第一距离和/或所述第二距离；对外连接器，连接于所述传输线。本申请通过设计可变阻抗传输线模块以及调节模块，可以根据需要调节可变阻抗传输线模块的传输线的阻抗，满足不同协议的测试场景需求。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域，具体涉及一种可切换传输线阻抗的高速背板。
背景技术
在先进计算和大数据领域，为了提升系统的运算速度和性能，芯片的工作频率越来越高，芯片接口通常需要具备高速传输能力。随着信号速率的提高，对传输通道的阻抗连续性也提出了更高的要求。因为传输线阻抗不连续导致的反射，会影响信号传输的质量。当反射量过大时，发送端发送的信号能量无法到达接收端，导致接收失败。与此同时，不同的高速信号传输协议，如RapidIO/FC/以太网/PCIE，对传输线的阻抗要求也不相同。RapidIO/FC/以太网通常要求传输线的阻抗控制为差分100Ω，而PCIE 4.0则要求传输线的阻抗控制为差分85Ω。对于同一芯片接口，会存在RapidIO/FC/以太网/PCIE复用的情况，从而要求在高速信号测试时，测试系统的传输线阻抗也能够切换，以满足不同协议的测试场景要求。
为了兼容不同协议的传输线阻抗约束条件，在常规设计时，走线阻抗控制通常取不同协议要求的平均值，以此来尽可能减少反射。例如，RapidIO/FC/以太网要求差分阻抗控制为100Ω，PCIE 4.0则要求传输线的阻抗控制为差分85Ω，取二者平均值后，设计传输线的阻抗控制为92.5Ω。
上述常规设计存在以下缺陷：
①以不同协议阻抗要求的平均值来设计传输线的阻抗，不利于测试系统更好的体现芯片的原始性能。因阻抗不连续导致的反射，会加剧芯片发送端的信号质量恶化，影响测试结果。
②当前业界所做的可变传输线阻抗控制方案，大都是在测试板叠层固定的前提下，通过挖空传输线下方的参考地来实现增加阻抗。
③上述挖空传输线参考平面的方法，在局部线宽变宽的区域能够提高阻抗，但是不适用于能够切换阻抗的测试场景。因为一旦传输线的参考方式设计定型，走线阻抗只会固定在一个固定的数值。对于多协议功能复用的芯片接口，不利于测试芯片的性能。
发明内容
本申请提供一种可切换传输线阻抗的高速背板。
第一方面，本申请提供一种可切换传输线阻抗的高速背板，包括：可变阻抗传输线模块，包括第一参考地和第二参考地以及传输线，所述传输线位于所述第一参考地和所述第二参考地之间，且所述传输线与所述第一参考地之间的第一距离和所述传输线与所述第二参考地之间的第二距离均可调，在所述第一距离和/或所述第二距离发生变化时，所述传输线的阻抗相应变化，所述传输线的长度保持不变；调节模块，被配置成调节所述第一距离和/或所述第二距离；对外连接器，连接于所述传输线。
在一些可选的实施方式中，所述可变阻抗传输线模块还包括：第一介质层，设置于所述传输线和所述第一参考地之间；第二介质层，设置于所述传输线和所述第二参考地之间；弹性件，设置于所述第一介质层和所述第一参考地之间，以及所述第二介质层和所述第二参考地之间。
在一些可选的实施方式中，所述可变阻抗传输线模块还包括：第一介质层，设置于所述传输线和所述第一参考地之间；第二介质层，设置于所述传输线和所述第二参考地之间；其中，所述第一介质层和所述第二介质层均为厚度可变的介质层。
在一些可选的实施方式中，所述调节模块包括：上固定夹板，抵接在所述可变阻抗传输线模块的上表面；下固定夹板，抵接在所述可变阻抗传输线模块的下表面；施压模块，被配置成推动所述上固定夹板和所述下固定夹板相互靠近或相互远离。
在一些可选的实施方式中，所述施压模块包括气缸和控制所述气缸的电磁阀。
在一些可选的实施方式中，当所述上固定夹板和所述下固定夹板相互靠近或相互远离时，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度发生变化或者所述弹性件的厚度发生变化，使得所述第一距离和所述第二距离变小或增大，进而使得所述传输线的阻抗发生变化。
第二方面，本申请提供一种可切换传输线阻抗的高速背板，包括：对外连接器；可变阻抗传输线模块，包括阻抗不同的多条传输线，所述多条传输线的长度实质相同；阻抗变换开关模块，设置于所述对外连接器和所述可变阻抗传输线模块之间，被配置成在所述对外连接器和所述多条传输线之间切换连接。
在一些可选的实施方式中，所述传输线的两侧设置有伴地孔。
在一些可选的实施方式中，所述阻抗变换开关模块包括：主焊垫，连接所述对外连接器；分焊垫，具有多个，环绕所述主焊垫设置，且分别连接所述多条传输线；旋转件，设置在所述主焊垫上，被配置成能够转动，以在转动到不同角度时压接不同的所述分焊垫。
在一些可选的实施方式中，多个所述分焊垫的外围设置有伴地孔。
在一些可选的实施方式中，所述旋转件具有向下凸出的曲面部分，所述曲面部分用于接触所述分焊垫。旋转件的材质可以是金属，例如铜、银，也可以是金属合金，能够实现电信号的传输。
为了实现测试系统的传输线阻抗能够切换的目的，本申请提出了一种可切换传输线阻抗的高速背板，在一些可选的实施方式中，通过设计可变阻抗传输线模块以及调节模块，可以根据需要调节可变阻抗传输线模块的传输线的阻抗，满足不同协议的测试场景需求。在另一些可选的实施方式中，通过设计阻抗不同的多条传输线，在多条传输线和对外连接器之间设计阻抗变换开关模块，将阻抗变换配置成在所述对外连接器和所述多条传输线之间切换连接，从而能够支持多种不同的阻抗切换，满足不同协议的测试场景要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例1a的结构示意图；
图2是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板1a中的阻抗变换开关模块的一个实施例的结构示意图；
图3是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例3a的结构示意图；
图4是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板3a中的可变阻抗传输线模块的立体结构示意图；
图5是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例5a的结构示意图；
图6是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板5a中的可变阻抗传输线模块的立体结构示意图；
图7是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例7a的结构示意图；
图8是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板8a中的可变阻抗传输线模块的立体结构示意图。
附图标记：
10-对外连接器；20-可变阻抗传输线模块；21-传输线；22-伴地孔；30-阻抗变换开关模块；31-主焊垫；32-分焊垫；33-旋转件；34-金属柱；40-可变阻抗传输线模块；41-传输线；42-第一参考地；43-第二参考地；44-第一介质层；45-第二介质层；51-上固定夹板；52-下固定夹板；60-对外连接器。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。
【实施例一】
参考图1，图1是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例1a的结构示意图。如图1所示，本申请的可切换传输线阻抗的高速背板1a包括：对外连接器10、可变阻抗传输线模块20和阻抗变换开关模块30。其中，可变阻抗传输线模块20包括阻抗不同的多条传输线21，阻抗变换开关模块30设置于对外连接器10和多条传输线21之间，被配置成在对外连接器10和多条传输线21之间切换连接。
这里，对外连接器10可以有两个，阻抗变换开关模块30也可以有两个。各个组件的连接顺序可以为：对外连接器10，阻抗变换开关模块30，可变阻抗传输线模块20，阻抗变换开关模块30，对外连接器10，依次连接。
这里，对外连接器10可以为通用的同轴连接器接口，示例性的，可以是SMA（SubMiniature version A）或者SMP（Subminiature Push-On）接口。以此，可以方便跟测试仪器对接，测试芯片的性能。
这里，可变阻抗传输线模块20设计多种不同的传输线阻抗，各传输线21的线宽、线距按照不同的阻抗约束指标进行设计。示例性的，图1中示出了阻抗Z0到Zn等多条传输线。
在一些可选的实施方式中，各传输线21的长度实质上保持一致。
在一些可选的实施方式中，在每一条传输线21两侧，放置伴地孔22增强隔离，降低不同传输线21之间的耦合串扰。这里，伴地孔22可以是与传输线21下方的参考地电连接的导电通控股。
这里，阻抗变换开关模块30可以设计呈一种可以选择切换阻抗的多路选择开关，当切换到不同的位置，连接不同的传输线21。
在一些可选的实施方式中，阻抗变换开关模块30包括：用于连接对外连接器10的主焊垫（PAD）31，用于连接多条传输线21的多个分焊垫（PAD）32，以及，设置在主焊垫31上的旋转件33，旋转件33可以被配置成能够转动，以在转动到不同角度时连接不同的分焊垫32。旋转件的材质可以是金属，例如铜、银，也可以是金属合金，能够实现电信号的传输。
在一些可选的实施方式中，旋转件33可以通过压接的方式实现主焊垫31和分焊垫32的连接。示例性的，主焊垫31上设置有金属柱34，旋转件33的一端可转动的套设在金属柱34上，另一端被配置成可以压接在分焊垫32上。通过转动旋转件33，即可实现主焊垫31与其中任一个分焊垫32的电连接。
在一些可选的实施方式中，旋转件33可依靠自身重力压接在分焊垫32上。
在一些可选的实施方式中，旋转件33可以为具有弹性的金属针片，可以依靠弹力压紧在分焊垫32上。可选的，金属针片可具有向下凸出的曲面部分，该曲面部分用于接触分焊垫32。
在一些可选的实施方式中，阻抗变换开关模块30内，中央位置设计主焊垫31，主焊垫31四周设计多个分焊垫32，即，多个分焊垫32环绕主焊垫31设置。且进一步的，多个分焊垫32的外圈可设计有多个伴地孔22，以降低耦合串扰。
这里，阻抗变换开关模块30内，可以以主焊垫31和其中一个分焊垫32为一组，按照不同的阻抗要求优化分焊垫32的阻抗设计。
值得说明的是，本申请的可切换传输线阻抗的高速背板1a，其关键技术点包括但不限于：
1、按照协议约束的阻抗要求，设计多组不同阻抗的传输线21；
2、设计能够切换阻抗的多路选择开关，通过压接的方式实现主焊垫31和分焊垫32的连接，然后分焊垫32再跟不同阻抗的传输线21相连；
3、在阻抗变换开关模块30的分焊垫32和传输线21相连的位置，按照不同的阻抗种类做好阻抗优化，降低反射，让接触位置的阻抗平滑过渡。
本申请的可切换传输线阻抗的高速背板1a在测试时，根据不同的协议场景，旋转阻抗变换开关模块30到对应的阻抗值，和不同阻抗的传输线21连接，可以达到如下技术效果：
a、对外连接器10可以为通用的同轴连接器接口，例如，SMA或者SMP，以此可以方便跟测试仪器对接；
b、阻抗变换开关模块30的阻抗选通功能可调节，能够支持多种不同的阻抗切换；
c、阻抗切换时刻重复选取，而不是将阻抗固定在某一数值，可重复性高；
d、不同阻抗的传输线21之间走线长度相同，彼此间的时延极小，能够更好的匹配不同协议测试的阻抗要求；
e、阻抗变换开关模块30和可变阻抗传输线21连通后，整个通道的阻抗变换范围小，引起的反射小，在多种协议测试条件下，可以更优越的体现芯片接口自身的性能；
f、与现有的挖空参考层的方案对比：现有的通过挖空传输线下方参考层的方案，可以实现传输线的阻抗变换，但是参考层挖空后，传输线的阻抗会升高，后续无法让传输线的阻抗再降低到原来的数值，不具备可逆性，只适用于拉升阻抗的场合。而本申请的方案可以在多种阻抗之间随意切换。
【实施例二】
参考图3，图3是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例3a的结构示意图。如图3所示，本申请的可切换传输线阻抗的高速背板3a包括：
可变阻抗传输线模块40，包括传输线41和第一参考地42以及第二参考地43，传输线41位于第一参考地42和第二参考地43之间，且传输线41与第一参考地42之间的第一距离和传输线41与第二参考地43之间的第二距离均可调，在第一距离和/或第二距离发生变化时，传输线41的阻抗相应变化，传输线41的长度保持不变；
调节模块，被配置成调节第一距离和/或第二距离；
对外连接器60，连接于传输线41，被配置成连接外部装置。
这里，对外连接器60可以有两个，分别连接于传输线41的两端。对外连接器60可以为通用的同轴连接器接口，示例性的，可以是SMA（SubMiniature version A）或者SMP（Subminiature Push-On）接口。以此，可以方便跟测试仪器对接，测试芯片的性能。
参考图4，图4是可变阻抗传输线模块40的立体结构示意图。结合图3和图4，在一些可选的实施方式中，可变阻抗传输线模块40还可以包括：
第一介质层44，设置于传输线41和第一参考地42之间；
第二介质层45，设置于传输线41和第二参考地43之间；
其中，第一介质层44和第二介质层45均为厚度可变的介质层。
这里，传输线41的阻抗不仅取决于自身的阻抗，还取决于传输线41与第一参考地42之间的第一距离以及传输线41与第二参考地43之间的第二距离。
这里，第一介质层44和第二介质层45的厚度均为可变的，可以在外部压力的作用下变薄，也可以在压力减小或取消后恢复到原来的厚度。通过改变施加的压力的大小，可以调节第一介质层44和第二介质层45的厚度变化的程度，使得传输线41与第一参考地42之间的第一距离和/或传输线41与第二参考地43之间的第二距离发生变化（变小或增大），从而改变传输线41的阻抗。
在一些可选的实施方式中，调节模块包括：
上固定夹板51，抵接在可变阻抗传输线模块40的上表面；
下固定夹板52，抵接在可变阻抗传输线模块40的下表面；
施压模块（图中未示出），被配置成推动上固定夹板51和下固定夹板52相互靠近或相互远离，以此控制可变阻抗传输线模块40的厚度变化。
这里，上固定夹板51和下固定夹板52均为平面板材，材质可以是金属，也可以是塑料、木板、陶瓷等等，本文不予限制。
在一些可选的实施方式中，施压模块可以包括气缸和控制气缸的电磁阀。可以利用气缸来推动上固定夹板51和下固定夹板52相互靠近或相互远离。
本申请的可切换传输线阻抗的高速背板3a，当上固定夹板51和下固定夹板52相互靠近或相互远离时，第一介质层44和第二介质层45的厚度变小或增大，传输线41与第一参考地42的距离以及与第二参考地43的距离变小或增大，使得传输线41的阻抗发生变化。
本申请的可切换传输线阻抗的高速背板3a，其关键技术点包括但不限于：
1、按照协议约束的阻抗要求，设计传输线41；
2、通过调节第一介质层44和第二介质层45的厚度来调节传输线41的阻抗；
3、传输线41的长度保持不变。
本申请的可切换传输线阻抗的高速背板3a在测试时，可以达到如下技术效果：
a、对外连接器60可以为通用的同轴连接器接口，例如，SMA或者SMP，以此可以方便跟测试仪器对接；
b、可变阻抗传输线模块40能够提供多种不同的阻抗；
c、阻抗可调，而不是将阻抗固定在某一数值，可重复性高；
d、传输线41长度不变，能够更好的匹配不同协议测试的阻抗要求；
e、整个通道的阻抗变换范围小，引起的反射小，在多种协议测试条件下，可以更优越的体现芯片接口自身的性能；
f、与现有的挖空参考层的方案对比：现有的通过挖空传输线下方参考层的方案，可以实现传输线的阻抗变换，但是参考层挖空后，传输线的阻抗会升高，后续无法让传输线的阻抗再降低到原来的数值，不具备可逆性，只适用于拉升阻抗的场合。而本申请的方案可以在多种阻抗之间调节。
【实施例三】
参考图5，图5是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例5a的结构示意图。如图5所示，本申请的可切换传输线阻抗的高速背板5a包括：
可变阻抗传输线模块40，包括传输线41和第一参考地42以及第二参考地43，传输线41位于第一参考地42和第二参考地43之间，且传输线41与第一参考地42之间的第一距离和传输线41与第二参考地43之间的第二距离均可调，在第一距离和/或第二距离发生变化时，传输线41的阻抗相应变化，传输线41的长度保持不变；
调节模块，被配置成调节可变阻抗传输线模块40的厚度；
对外连接器60，连接于传输线41，被配置成连接外部装置。
这里，对外连接器60可以有两个，分别连接于传输线41的两端。对外连接器60可以为通用的同轴连接器接口，示例性的，可以是SMA（SubMiniature version A）或者SMP（Subminiature Push-On）接口。以此，可以方便跟测试仪器对接，测试芯片的性能。
参考图6，图6是可变阻抗传输线模块40的立体结构示意图。结合图5和图6，在一些可选的实施方式中，可变阻抗传输线模块40还可以包括：
第一介质层44，设置于传输线41和第一参考地42之间；
第二介质层45，设置于传输线41和第二参考地43之间；
弹性件46，设置于第一介质层44和第一参考地42之间，以及设置于第二介质层45和第二参考地43之间。
这里，弹性件46包括但不限于为可伸缩的弹簧。
可选的，第一介质层44和第二介质层45的厚度稳定，不可调节。
这里，传输线41的阻抗不仅取决于自身的阻抗，还取决于传输线41与第一参考地42之间的第一距离以及传输线41与第二参考地43之间的第二距离。
这里，弹性件46（例如弹簧）由于其伸缩性，厚度（或者说长度）是可变可调的，可以在外部压力的作用下变小，也可以在压力减小或取消后恢复到原来的厚度（长度）。通过改变施加的压力的大小，调节弹性件46（例如弹簧）的伸缩量，使得传输线41与第一参考地42之间的第一距离和/或传输线41与第二参考地43之间的第二距离发生变化（变小或增大），从而改变传输线41的阻抗，实现调节传输线阻抗的效果。
这里，对于弹性件46（例如弹簧）的数量不做特殊要求，可以在四个角落放置，可以在四个边缘放置，也可以在层间所在的平面内放置，能够根据要求实现伸缩量调节的精度即可。
在一些可选的实施方式中，调节模块包括：
上固定夹板51，抵接在可变阻抗传输线模块40的上表面；
下固定夹板52，抵接在可变阻抗传输线模块40的下表面；
施压模块（图中未示出），被配置成推动上固定夹板51和下固定夹板52相互靠近或相互远离，以此控制可变阻抗传输线模块40的厚度变化。
这里，上固定夹板51和下固定夹板52均为平面板材，材质可以是金属，也可以是塑料、木板、陶瓷等等，本文不予限制。
在一些可选的实施方式中，施压模块可以包括气缸和控制气缸的电磁阀。可以利用气缸来推动上固定夹板51和下固定夹板52相互靠近或相互远离。
本申请的可切换传输线阻抗的高速背板5a，当上固定夹板51和下固定夹板52相互靠近或相互远离时，弹性件46（例如弹簧）的厚度变小或增大，传输线41与第一参考地42的距离以及与第二参考地43的距离变小或增大，使得传输线41的阻抗发生变化。
本申请的可切换传输线阻抗的高速背板3a，其关键技术点包括但不限于：
1、按照协议约束的阻抗要求，设计传输线41；
2、通过调节弹性件46的伸缩量来调节传输线41的阻抗；
3、传输线41的长度保持不变。
本申请的可切换传输线阻抗的高速背板3a在测试时，可以达到如下技术效果：
a、对外连接器60可以为通用的同轴连接器接口，例如，SMA或者SMP，以此可以方便跟测试仪器对接；
b、可变阻抗传输线模块40能够提供多种不同的阻抗；
c、阻抗可调，而不是将阻抗固定在某一数值，可重复性高；
d、传输线41长度不变，能够更好的匹配不同协议测试的阻抗要求；
e、整个通道的阻抗变换范围小，引起的反射小，在多种协议测试条件下，可以更优越的体现芯片接口自身的性能；
f、与现有的挖空参考层的方案对比：现有的通过挖空传输线下方参考层的方案，可以实现传输线的阻抗变换，但是参考层挖空后，传输线的阻抗会升高，后续无法让传输线的阻抗再降低到原来的数值，不具备可逆性，只适用于拉升阻抗的场合。而本申请的方案可以在多种阻抗之间调节。
【实施例四】
参考图7和图8，图7是根据本申请的可切换传输线阻抗的高速背板的一个实施例7a的结构示意图，图8是其中的可变阻抗传输线模块40的立体结构示意图。
如图7和图8所示的可切换传输线阻抗7a类似于如图5和图6所示的可切换传输线阻抗5a，不同之处在于：可切换传输线阻抗7a中，弹性件46进一步设置于第一介质层44和第二介质层45之间。利用弹性件46（例如弹簧）的可伸缩性，使得第一介质层44和第二介质层45之间的距离也可以是可调的。
在一些可选的实施方式中，弹性件46可以穿过第一介质层44和第二介质层45，设置于第一参考地42和第二参考地43之间。
关于本申请实施例的进一步的说明，可以参考如图5和图6所示的实施例三中的描述，此处不再赘述。
结合实施例三和实施例四，弹性件46（例如弹簧），可以分段设置于第一参考地42、第一介质层44、第二介质层45和第二参考地43之间，也可以整根直接设置于第一参考地42和第二参考地43之间。弹性件46（例如弹簧），可以穿过第一介质层44和第二介质层45，也可以不穿过第一介质层44和第二介质层45。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种可切换传输线阻抗的高速背板，其特征在于，包括：
可变阻抗传输线模块，包括第一参考地和第二参考地以及传输线，所述传输线位于所述第一参考地和所述第二参考地之间，且所述传输线与所述第一参考地之间的第一距离和所述传输线与所述第二参考地之间的第二距离均可调，在所述第一距离和/或所述第二距离发生变化时，所述传输线的阻抗相应变化，所述传输线的长度保持不变；
调节模块，被配置成调节所述第一距离和/或所述第二距离；
对外连接器，连接于所述传输线；
所述可变阻抗传输线模块还包括：第一介质层，设置于所述传输线和所述第一参考地之间；第二介质层，设置于所述传输线和所述第二参考地之间；弹性件，设置于所述第一介质层和所述第一参考地之间，以及所述第二介质层和所述第二参考地之间；或者，所述可变阻抗传输线模块还包括：第一介质层，设置于所述传输线和所述第一参考地之间；第二介质层，设置于所述传输线和所述第二参考地之间；其中，所述第一介质层和所述第二介质层均为厚度可变的介质层；
所述调节模块包括：
上固定夹板，抵接在所述可变阻抗传输线模块的上表面；
下固定夹板，抵接在所述可变阻抗传输线模块的下表面；
施压模块，被配置成推动所述上固定夹板和所述下固定夹板相互靠近或相互远离。
2.根据权利要求1所述的可切换传输线阻抗的高速背板，其特征在于，当所述上固定夹板和所述下固定夹板相互靠近或相互远离时，使得所述第一距离和所述第二距离变小或增大，进而使得所述传输线的阻抗发生变化。
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