CN2886982Y - 印刷电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种印刷电路板，所述电路板包括布线层、平面层、以及包裹并填充在所述布线层和平面层之间的绝缘介质；在所述印刷电路板设有至少两个贯穿的用于传递信号的信号过孔，所述印刷电路板还设置有至少一个地过孔，所述地过孔与所述平面层导电连接，并且与所述布线层上的布线相绝缘；所述地过孔与所述每一信号过孔的距离小于所述信号过孔与距离该信号过孔最近的另一信号过孔的距离。通过在两个信号过孔之间设置地过孔，提供了串扰信号的回流路径，在电路板上进行高速信号传输时，可以大大的降低了信号过孔之间的串扰，保证了信号的完整性，具有结构简单、信号传输效果好的优点。

Description

印刷电路板

技术领域

本实用新型涉及印刷电路板设计技术，更具体地说，涉及一种设在传输高速信号的电路板上的过孔结构。

背景技术

现代通信系统正朝着宽带化、小型化的方向发展，体现在印制电路板上就是总线速率越来越高，芯片管脚密度越来越大。在目前的印刷电路板(单板)上，信号速率已经达到10Gbps，甚至更高的40Gbps，许多在低速情况下不需考虑的信号完整性问题已经成为制约信号不断上升的瓶颈。

印制电路板常见的信号完整性问题包括反射、串扰、过冲、欠冲、时序紧张、传输损耗、电源地噪声以及EMC/EMI等。伴随着信号速率的提高，这些问题将会变得越来越严重。

目前，多层电路板(单板)通常包括上绝缘层、下绝缘层、以及设置在上绝缘层和下绝缘层之间的布线层和平面层。在所述布线层内设置连接各个元器件进行传输的走线；而平面层通常为整块铜箔，为各个元器件提供参考平面(如地平面)或电源等。在双层或多层印制电路板上，为了保证元器件可以与不同的布线层连接，必须设置信号过孔来保证信号的传输。

如图1所示，以一个六层板为例，第一层为上绝缘层a、第二、四、五层为平面层b、第三层为布线层c、第六层为下绝缘层d。并且在各层之间填充有绝缘介质。在电路板上设置两个信号过孔，信号过孔按照50mil(千分之一寸)的中心间距进行布置。每一信号过孔包括钻孔11，焊盘12和反焊盘13等要素组成。信号过孔在布线层c通过焊盘12与走线(图未示)相连接，在平面层b通过反焊盘13与平面层b的铜箔隔开。反焊盘13只存在于平面层b。信号过孔的电路模型是一个由电阻、电容和电感组成的电路网络，因此，相邻两个信号过孔之间必然存在互容和互感，也就会一定存在串扰，在低速信号电路中这种效应影响很小，但对于高速信号电路，则会变得很明显。

在印刷电路板中的串扰问题，主要是由印制电路板上各种结构诸如传输线、连接器以及过孔等等之间的信号相互耦合引起的。在信号速率不是很高的情况下，一般只考虑传输线之间和连接器不同管脚之间的串扰。但是在信号速率高到一定的程度时，比如信号上升时间为0.5ns，过孔之间的串扰也非常可观，因此相邻过孔间的串扰是一个不可忽略的问题。

以一块十二层单板为例：单板的厚度为2mm，第一层和第十二层是与信号线连接的层数，线宽是6mil，信号过孔的孔径为10mil，焊盘大小为22mil，反焊盘大小为32mil，两个信号过孔的中心之间的间距为50mil。在HFSS(HighFrequency Structure simulation，一个三维电磁场仿真软件)中搭建模型。仿真结果中需要的参数是SA2A1和SB2B1，这两个参数是频域中代表信号耦合的量，分别表示后向串扰和前向串扰，HFSS可以输出包含这两个参数的S4P文件，将所得到的S4P文件导入ADS(安捷伦公司的一种电路仿真软件)中，搭建模型进行仿真得到时域中的串扰值。

图2、图3分别是SA2A1和SB2B1参数的曲线图，可以从频域上看信号在不同频率下的耦合度，随着频率的升高，信号的耦合度越来越大，这就反应其相互之间的串扰越来越严重。

将得到的S4P文件调入ADS的S4P模块42进行搭建模型，仿真参数设置如下：激励源41为一个周期信号，周期为10ns，上升时间和下降时间均为0.5ns，高电平持续时间为4ns，低电平持续时间为5ns，高电平的电压值为2.5V，低电平的电压值为0V。S4P模块42的两输出分别连接电阻R1、R2，其阻值均为50欧姆，如图4所示。图4中的V1和V2分别表示前向串扰和后向串扰，从上述参数得到的V1和V2分别为65.55mV和59.58mV。从而可以知道，2.5V的电平信号能够引起几十mV量级的串扰，对一对信号过孔来说，其串扰不算很严重，但是如果一个信号网络上有多个信号过孔，其引起的串扰之和就不可忽视了。

而目前的技术还没有涉及到如何减小过孔之间的串扰。另外，业界通常通过改变过孔焊盘、反焊盘的大小来优化印刷电路板的过孔结构；这种技术只关注过孔的传输性能，也就是关注单个过孔的信号衰减问题，也没有考虑过孔间的串扰。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在高速信号传输时信号过孔之间存在的串扰问题的缺陷，提供一种大大减少信号过孔之间的串扰、提高信号完整性的印刷电路板。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种印刷电路板，包括布线层、平面层、以及包裹并填充在所述布线层和平面层之间的绝缘介质；在所述印刷电路板设有至少两个用于传递信号的信号过孔；所述印刷电路板还设置有至少一个地过孔，所述地过孔与所述平面层导电连接，并且与所述布线层上的布线相绝缘；所述地过孔与所述每一信号过孔的距离小于所述信号过孔与距离该信号过孔最近的另一信号过孔的距离。

本实用新型的印刷电路板中，所述地过孔开设在两个所述信号过孔的中心连线的中间位置。

本实用新型的印刷电路板中，所述地过孔设置在两相邻所述信号过孔的中心连线的垂直平分线上。

本实用新型的印刷电路板中，所述信号过孔为多个，距离最近的两个所述信号过孔的中心连线的中点上设有一个所述地过孔。

本实用新型的印刷电路板中，所述信号过孔为多个，所述地过孔到所述多个信号过孔中的每个信号过孔间距离均小于两两信号过孔间的距离。

本实用新型的印刷电路板中，所述信号过孔为三个，所述地过孔为一个。所述地过孔的中心位于所述三个信号过孔的中心连结成的三角形的外心位置。

本实用新型的印刷电路板中，所述信号过孔为多个，所述地过孔中心位于所述信号过孔形成的多边形的中心位置。

本实用新型的印刷电路板中，所述平面层为电源平面层或地平面层。

本实用新型的印刷电路板中，所述地过孔与所述布线层上的布线相错开排列。

本实用新型的印刷电路板中，所述信号过孔在所述布线层上设有与布线电连接的焊盘。

实施本实用新型的印刷电路板，具有以下有益效果：通过在两个信号过孔之间设置地过孔，提供了串扰信号的回流路径，在电路板上进行高速信号传输时，可以大大的降低了信号过孔之间的串扰，保证了信号的完整性，具有结构简单、信号传输效果好的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有印刷电路板的相邻两个信号过孔的剖视示意图；

图2是现有技术中的仿真参数SA2A1的曲线示意图；

图3是现有技术中的仿真参数SB2B1的曲线示意图；

图4是利用现有技术的ADS搭建的模型的仿真框图；

图5是本实用新型印刷电路板的剖视示意图；

图6是本实用新型的印刷电路板的地过孔位于两信号过孔的中心连线的垂直平分线上的俯视示意图；

图7是本实用新型印刷电路板的俯视示意图；

图8是根据本实用新型的印刷电路板利用HFSS搭建的模型的仿真参数SA2A1和SB2B1的曲线示意图。

图9是本实用新型的印刷电路板的第二实施例的俯视示意图。

图10是本实用新型的印刷电路板的第三实施例的俯视示意图。

图11是本实用新型的印刷电路板的地过孔位于三个信号过孔的中心位置的俯视示意图；

图12是本实用新型的印刷电路板的第四实施例的俯视示意图。

具体实施方式

如图5所示，在本实用新型的印刷电路板的第一实施例中，该印刷电路板为六层印刷电路板；当然，电路板的层数可以根据要求进行设置。所述电路板的第一层为上绝缘层a、第二、四、五层为平面层b、第三层为布线层c、第六层为下绝缘层d；所述上绝缘层a和下绝缘层d均为绝缘介质做成，并且在各层之间填充有绝缘介质。当然，平面层和布线层的排列层次可以根据实际要求进行设计。平面层为整块铜箔，可以为电源平面层或地平面层，作为地平面或电源平面。所述布线层c上排布信号布线(图未示)。

所述印刷电路板包括至少两个贯穿所述电路板的信号过孔51，以及在两个信号过孔之间设置的地过孔52。所述信号过孔51包括钻孔511、焊盘512、以及反焊盘513。所述焊盘512设置在布线层c，从而与布线电连接，以通过钻孔传输信号。所述反焊盘513设在平面层b，从而使得钻孔511与平面层b绝缘连接。

所述地过孔52贯穿所述电路板，其包括钻孔521。在布线层上进行布线设计时，使得布线不与钻孔521相错开，从而使得地过孔52与所述布线层c相绝缘。所述钻孔521直接与平面层b导电连接，从而使得地过孔52与平面层形成同一电位，也就是说形成一个地平面，利于串扰信号的回流。

在本实施例中，所述地过孔52设置在两个所述信号过孔51的中心连线的中间位置，使得两个信号过孔51与地过孔52的距离相等，并且所述地过孔52分别到两个所述信号过孔51的距离均小于所述两信号过孔51的距离，从而使得信号过孔51产生的串扰信号直接从地过孔52中传输，也就是说，所述地过孔52提供了串扰信号的回流路径，在电路板上进行高速信号传输时，可以大大的降低了信号过孔51之间的串扰，保证了信号的完整性。可以理解的，如图6所示，所述地过孔62可以设置在所述两信号过孔61的中心连线的垂直平分线上、并且地过孔62分别与两个所述信号过孔61的距离均小于所述两信号过孔61的距离的位置上。如图7所示，信号过孔51可以通过垂直的引线与元器件连接，或者通过水平引线与元器件连接。

下面以十二层电路板为例说明本实用新型的优点：单板的厚度为2mm，第一层和第十二层是与信号线连接的层数，线宽是6mil，信号过孔的孔径为10mil，焊盘大小为22mil，反焊盘大小为32mil，两个信号过孔的中心之间的间距为50mil；地过孔位于信号过孔的中心连线的中点，孔径为10mil，直接与平面层(地平面)导电连接，在HFSS中搭建模型。当然，上述尺寸可以根据需要进行调整。仿真结果中的参数是SA2A1和SB2B1的曲线图如图8所示，与现有技术的图2、图3的SA2A1和SB2B1参数相对比，两个可以看出明显下降了很多。将HFSS得到的S4P文件导入图4所示的模型中，得到串扰值V1和V2分别为0.26mV和0.22mV，大大小于现有过孔的65.55mV和59.58mV。可以明显地看出，在两信号过孔之间设置地过孔，使得串扰大大的减少，其结构简单、信号传输效果好。

如图9所示，是本实用新型的印刷电路板的第二实施例，在本实施例中，所述印刷电路板上的过孔结构包括三个信号过孔91以及三个地过孔92。每一所述地过孔92分别位于相邻的两个信号过孔91的中心连线的中点上，为每一信号过孔91均提供串扰信号回流路径，从而减少信号过孔91之间的信号串扰，保证信号传输。

如图10所示，是本实用新型的印刷电路板的第三实施例，在本实施例中，印刷电路板上的过孔结构包括三个信号过孔101以及一个地过孔102。连结所述三个信号过孔的中心，形成一个三角形103；所述地过孔102的中心正好位于所述三角形的外心O位置，使得地过孔102到三个信号过孔101的距离相等，从而使得信号更加的平衡稳定。当然，所述地过孔也可以位于任意保证地过孔的中心到任意一个信号过孔的中心的距离均小于任意两个相邻信号过孔的距离的位置，例如图11中所示的地过孔112位于三个信号过孔111的中心位置，从而保证形成串扰信号的回流路径，避免信号过孔之间的信号串扰。

如图12所示，使本实用新型的印刷电路板的第四实施例，在本实施例中，印刷电路板上包括五个信号过孔121以及一个地过孔122。所述地过孔122位于所述信号过孔121的中心位置，所述地过孔122距离每一信号过孔121的距离均小于相邻的两个信号过孔121的距离。可以理解的，对于四个信号过孔、六个信号过孔或更多的信号过孔的情况，同样可以根据地过孔的中心分别到任意相邻两个信号过孔的中心的距离均小于该两个相邻信号过孔的中心之间的距离的位置的原则进行设置，容不赘述。

Claims (10)

1、一种印刷电路板，包括布线层、平面层、以及包裹并填充在所述布线层和平面层之间的绝缘介质；在所述印刷电路板设有至少两个用于传递信号的信号过孔；其特征在于，所述印刷电路板还设置有至少一个地过孔，所述地过孔与所述平面层导电连接，并且与所述布线层上的布线相绝缘；所述地过孔与所述每一信号过孔的距离小于所述信号过孔与距离该信号过孔最近的另一信号过孔的距离。

2、根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述地过孔开设在两个相邻所述信号过孔的中心连线的中间位置。

3、根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述地过孔设置在两相邻所述信号过孔的中心连线的垂直平分线上。

4、根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述信号过孔为多个，距离最近的两个所述信号过孔的中心连线的中点上设有一个所述地过孔。

5、根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述信号过孔为多个，所述地过孔到所述多个信号过孔中的每个信号过孔间距离均小于两两信号过孔间的距离。

6、根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述地过孔的中心位于所述三个信号过孔的中心连结成的三角形的外心位置。

7、根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述信号过孔为多个，所述地过孔中心位于所述信号过孔形成的多边形的中心位置。

8、根据权利要求1至7中的任一项所述的过孔结构印刷电路板，其特征在于，所述平面层为电源平面层或地平面层。

9、根据权利要求8所述的印刷电路板，其特征在于，所述地过孔与所述布线层上的布线相错开排列。

10、根据权利要求9所述的印刷电路板，其特征在于，所述信号过孔在所述布线层上设有与布线电连接的焊盘。

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