TWI501711B - 印刷電路板及其佈線方法 - Google Patents

Description

印刷電路板及其佈線方法

本發明涉及一種偵測電路，尤指一種能節省差分訊號對佈線空間之印刷電路板及其佈線方法。

串擾是指一個訊號於傳輸通道上傳輸時，因電磁耦合而對相鄰近之傳輸線產生之影響，其表現為於被干擾之訊號上注入了一定之耦合電壓與耦合電流。於數位電路之設計領域中，串擾之存於是極為廣泛且隨著訊號速率之提高與產品外型尺寸越來越小，數位系統總串擾亦急劇增加，過大之串擾會影響到系統之性能，甚至引起電路之誤觸發，導致系統無法正常工作。

為了解決上述問題，業界通常採用增大訊號線之間距來降低串擾，從而使得訊號眼圖波形中眼寬與眼高均達到較大值。然而訊號線間距之增大必然佔用較大之佈線空間，導致印刷電路板之佈線密度較低，不符合現今資訊產品體積越來越小之趨勢。

有鑑於此，有必要提供一種能節省差分訊號對佈線空間之印刷電路板及其佈線方法。

一種印刷電路板之佈線方法，包括步驟：於所述印刷電路板上提供一訊號層及位於該訊號層上之兩差分訊號對；確定一第一距離，當所述兩差分訊號對之間之距離大於所述第一距離時，所述兩 差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高接近不變，且當所述兩差分訊號對之間之距離小於所述第一距離時，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高變小；及於小於所述第一距離之範圍內確定一使得兩差分訊號對之訊號輸出端之眼寬與眼高符合差分佈線對眼圖要求之第二距離，將所述兩差分訊號對之間之距離設置為所述第二距離。

一種印刷電路板，其包括一訊號層，所述訊號層上佈設兩差分訊號對，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之輸出訊號眼圖波形中之眼寬或眼高隨兩差分訊號對之間之距離之改變而改變，當所述兩差分訊號對之間之距離為一第一距離時，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高達到最大值，兩差分訊號對之間之距離為一小於所述第一距離之第二距離，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬與眼高符合差分佈線對眼圖之要求。

相較於先前技術，本發明提供的印刷電路板及其佈線方法將兩差分訊號對之間之距離設為所述第二距離，使得輸出訊號眼圖波形中之眼寬或眼高符合差分佈線對眼圖之要求，節省了印刷電路板中差分訊號對之佈線空間。

10‧‧‧第一接地參考層

20‧‧‧第一絕緣層

30‧‧‧訊號層

31‧‧‧差分訊號對

40‧‧‧第二絕緣層

50‧‧‧第二接地參考層

100‧‧‧印刷電路板

311‧‧‧第一訊號線

312‧‧‧第二訊號線

圖1為本發明印刷電路板較佳實施例之示意圖，該印刷電路板內佈設至少兩差分訊號對。

圖2為本發明印刷電路板中之差分訊號對採用無損對稱帶狀線差分對時遠端串擾與兩差分訊號對之間之間距之關係之波形圖。

圖3為本發明印刷電路板中之差分訊號對採用有損對稱帶狀線差分對時遠端串擾與兩差分訊號對之間之間距之關係之波形圖。

圖4為採用本發明印刷電路板設計方法一較佳實施例得到之眼圖波形中眼寬與兩差分訊號對之間之間距之關係之波形圖。

圖5為採用本發明印刷電路板設計方法一較佳實施例得到之眼圖波形中眼高與兩差分訊號對之間之間距之關係之波形圖。

圖6為採用本發明印刷電路板設計方法另一較佳實施例得到之眼圖波形中眼寬與兩差分訊號對之間之間距之關係之波形圖。

圖7為採用本發明印刷電路板設計方法另一較佳實施例得到之眼圖波形中眼高與兩差分訊號對之間之間距之關係之波形圖。

請參照圖1，一印刷電路板100包括自上而下順次排列之一第一接地參考層10、一第一絕緣層20、一訊號層30、一第二絕緣層40及一第二接地參考層50。所述訊號層30上佈設至少兩差分訊號對31，每一差分訊號對31包括一第一訊號線311及一第二訊號線312。每一相鄰之兩第一訊號線311及第二訊號線312之間佈設有絕緣材料。其中，每一第一訊號線311之寬度、厚度、長度分別為W、T、L，每一第二訊號線312之寬度、厚度、長度分別與第一訊號線311之寬度、厚度、長度相等。每一差分訊號對31之第一訊號線311與第二訊號線312之間之間距為S。兩差分訊號對31之間之間距為DS。所述第一絕緣層20、第二絕緣層40及訊號層30之總體厚度為H。所述第一絕緣層20與第二絕緣層40之厚度相等。

於一實施例中，每一差分訊號對31之第一訊號線311與第二訊號 線312之寬度W為4密耳、厚度T為1.2密耳、長度L為12英寸，每一差分訊號對31之第一訊號線311與第二訊號線312之間之間距S為8密耳。所述第一絕緣層20、訊號層30與第二絕緣層40之總體厚度H為13.2密耳，所述第一絕緣層20與第二絕緣層40之介電常數為4.1。其中每一差分訊號對31之第一訊號線311與第二訊號線312之間之間距S為一固定值，為滿足差分訊號對特徵阻抗之要求，其由第一訊號線311與第二訊號線312之寬度W、厚度T、第一絕緣層20、訊號層30與第二絕緣層40之總體厚度H及第一絕緣層20與第二絕緣層40之介電常數等共同決定。

將一訊號發生器分別同每一差分訊號對31之輸入端相連，同時將一示波器同每一差分訊號對31之輸出端相連。所述訊號發生器之資料傳輸率為5.2比特/秒，所述示波器端接收資料之誤碼率為1E-12。

請參閱圖2與圖3，分別為採用無損對稱帶狀線差分對與有損對稱帶狀線差分對時遠端串擾與間距DS之關係之波形圖。其中每一差分訊號對31之輸出端還電性連接一阻值為50歐姆之負載。由圖2可知，當間距DS大於10密耳時遠端串擾接近零。而當間距DS小於10密耳時遠端串擾迅速上升。由圖3可知，當間距DS大於15密耳時遠端串擾接近零。而當間距DS小於15密耳時遠端串擾迅速上升，當間距DS為10密耳時遠端串擾為0.34%，仍然符合差分佈線對串擾之要求。圖3中差分對之損耗因數為0.02。

請參閱圖4與圖5，測試時改變兩差分訊號對31之間之間距為DS，則可得到圖4中眼圖波形中眼寬與間距DS之關係圖，以及圖5中眼高與間距DS之關係圖。

請參閱圖4，該間距DS具有一第一距離可使眼圖波形中之眼寬達到最大值，於本實施例中該第一距離為15密耳。同時當所述兩差分訊號對31之間之距離大於所述第一距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬幾乎不變，且當所述兩差分訊號對31之間之距離小於所述第一距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬變小。該間距DS還具有一大於該第一距離之第三距離，該第三距離對應之眼寬與第一距離對應之眼寬相等。於本實施例中該第三距離為20密耳。所述眼圖波形中眼寬與間距DS之關係圖大致為一雙曲正切曲線，該雙曲正切曲線有一第一臨界點A。所述第一臨界點A對應之兩差分訊號對31之間之間距DS為一第一臨界距離。於該第一臨界點A處對應之眼寬剛好符合差分佈線對串擾之要求，而該第一臨界點A左側之其他點不符合差分佈線對眼圖之要求。於本實施例中該第一臨界距離為10密耳。由此將該間距DS設置為一第二距離，該第二距離大於或等於所述第一臨界距離，小於或等於所述第一距離。於習知之佈線中通常會採用增大訊號線之間距來增大眼寬，即採用第三距離20密耳作為間距DS。於本發明之實施例中採用所述第一臨界距離後即可節省20-10=10密耳之佈線空間，大大減小了印刷電路板之體積。

請繼續參照圖5，該間距DS具有一第四距離可使眼圖波形中之眼高達到最大值，於本實施例中該第四距離為15密耳。同時當所述兩差分訊號對31之間之距離大於所述第四距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼高幾乎不變，且當所述兩差分訊號對31之間之距離小於所述第四距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼高變小。該間距DS還具有一 大於該第四距離之第五距離，該第五距離對應之眼高與第四距離對應之眼高相等。於本實施例中該第五距離為20密耳。所述眼圖波形中眼高與間距DS之關係圖大致為一雙曲正切曲線，該雙曲正切曲線有一第二臨界點B。所述第二臨界點B對應之兩差分訊號對31之間之間距DS為一第二臨界距離。於該第二臨界點B處對應之眼高剛好符合差分佈線對串擾之要求，而該第二臨界點B左側之其他點不符合差分佈線對眼圖之要求。於本實施例中該第二臨界距離為10密耳。由此將該間距DS設置為一第二距離，該第二距離大於或等於所述第二臨界距離，小於或等於所述第四距離。於習知之佈線中通常會採用增大訊號線之間距來增大眼寬，即採用第五距離20密耳作為間距DS。於本發明之實施例中採用所述第二臨界距離後即可節省20-10=10密耳之佈線空間，大大減小了印刷電路板之體積。通常情況下眼寬對應之第二距離與眼高對應之第二距離近似相等，當眼寬對應之第二距離與眼高對應之第二距離不相等時該第二距離設置為二者中之較大值。

則藉由本發明，於印刷電路板100上佈設兩差分訊號對31時，可將兩差分訊號對之間之距離設定於10~15密耳之間，這樣不僅降低了差分訊號對之間之串擾，且節省了大量之佈線空間。

於另一實施例中，每一差分訊號對31之第一訊號線311與第二訊號線312之寬度W為4密耳、厚度T為1.2密耳、長度L為12英寸。每一差分訊號對31之第一訊號線311與第二訊號線312之間之間距S為8密耳。所述第一絕緣層20、訊號層30與第二絕緣層40之總體厚度H為13.2密耳，所述第一絕緣層20與第二絕緣層40之介電常數為4.1。每一差分訊號對31之第一訊號線311與第二訊號線312 經過預加重處理以減少碼間干擾，從而增大眼圖波形中之眼寬與眼高。

將一訊號發生器分別同每一差分訊號對31之輸入端相連，同時將一示波器同每一差分訊號對31之輸出端相連。所述訊號發生器之資料傳輸率為5.2比特/秒，所述示波器端接收資料之誤碼率為1E-12。

請參閱圖6與圖7，測試時改變兩差分訊號對31之間之間距為DS，則可得到圖4中眼圖波形中眼寬與間距DS之關係圖，以及圖5中眼高與間距DS之關係之圖。

請參閱圖6，該間距DS具有一第一距離可使眼圖波形中之眼寬達到最大值，於本實施例中該第一距離為15密耳。同時當所述兩差分訊號對31之間之距離大於所述第一距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高幾乎不變，且當所述兩差分訊號對31之間之距離小於所述第一距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高變小。該間距DS還具有一大於該第一距離之第三距離，該第三距離對應之眼寬與第一距離對應之眼寬相等。於本實施例中該第三距離為20密耳。所述眼圖波形中眼寬與間距DS之關係圖為一雙曲正切曲線，該雙曲正切曲線有一第三臨界點C。所述第三臨界點C對應之兩差分訊號對31之間之間距DS為一第三臨界距離。於該第三臨界點C處對應之眼寬剛好符合差分佈線對眼圖之要求，而該第三臨界點C左側之其他點不符合差分佈線對眼圖之要求。於本實施例中該第三臨界距離為10密耳。由此將該間距DS設置為一第二距離，該第二距離大於或等於所述第三臨界距離，小於或等於所述第一距離。 於習知之佈線中通常會採用增大訊號線之間距來增大眼寬，即採用第三距離20密耳作為間距DS。於本發明之實施例中採用所述第三臨界距離後即可節省20-10=10密耳之佈線空間，大大減小了印刷電路板之體積。

請繼續參照圖7，該間距DS具有一第四距離可使眼圖波形中之眼高達到最大值，於本實施例中該第四距離為15密耳。同時當所述兩差分訊號對31之間之距離大於所述第四距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼高幾乎不變，且當所述兩差分訊號對31之間之距離小於所述第四距離時，所述兩差分訊號對31之訊號輸出端之眼圖波形中之眼高變小。該間距DS還具有一大於該第四距離之第五距離，該第五距離對應之眼高與第四距離對應之眼高相等。於本實施例中該第五距離為20密耳。所述眼圖波形中眼高與間距DS之關係圖為一雙曲正切曲線，該雙曲正切曲線有一第四臨界點D。所述第四臨界點D對應之兩差分訊號對31之間之間距DS為一第四臨界距離。於該第四臨界點D處對應之眼高剛好符合差分佈線對串擾之要求，而該第四臨界點D左側之其他點不符合差分佈線對眼圖之要求。於本實施例中該第四臨界距離為10密耳。由此將該間距DS設置為一第二距離，該第二距離大於或等於所述第四臨界距離，小於或等於所述第四距離。於習知之佈線中通常會採用增大訊號線之間距來增大眼寬，即採用第五距離20密耳作為間距DS。於本發明之實施例中採用所述第四臨界距離後即可節省20-10=10密耳之佈線空間，大大減小了印刷電路板之體積。通常情況下眼寬對應之第二距離與眼高對應之第二距離近似相等，當眼寬對應之第二距離與眼高對應之第二距離不相等時該第二距離設置為二者中之較大值。

則藉由本發明，於印刷電路板100上佈設兩差分訊號對時，可將兩差分訊號對之間之距離設定於10~15密耳之間，這樣不僅降低了差分訊號對之間之串擾，且節省了大量之佈線空間。

藉由上述兩實施例可知，對於相鄰之差分訊號對，於佈線時先得到眼圖波形中眼寬與相鄰差分訊號對之間距DS之關係圖，以及眼高與間距DS之關係圖，而後藉由該關係圖，找出一個合適之間距DS，於該間距DS處，不僅眼圖波形中之眼寬與眼高均較大，相鄰差分訊號對之間之串擾較小，且相鄰差分訊號對之間之距離較小，節省佈線空間。本發明不限在於訊號層30上佈設兩對差分對之情形，還可於訊號層30上佈設多對間距DS相同之差分訊號對。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧第一接地參考層

20‧‧‧第一絕緣層

30‧‧‧訊號層

31‧‧‧差分訊號對

40‧‧‧第二絕緣層

50‧‧‧第二接地參考層

100‧‧‧印刷電路板

311‧‧‧第一訊號線

312‧‧‧第二訊號線

Claims (8)

1. 一種印刷電路板之佈線方法，包括步驟：於所述印刷電路板上提供一訊號層及位於該訊號層上之兩差分訊號對；確定一第一距離，當所述兩差分訊號對之間之距離大於所述第一距離時，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高接近不變，且當所述兩差分訊號對之間之距離小於所述第一距離時，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高變小；及於小於所述第一距離之範圍內確定一使得兩差分訊號對之訊號輸出端之眼寬與眼高符合差分佈線對眼圖要求之第二距離，將所述兩差分訊號對之間之距離設置為所述第二距離。
2. 如請求項1所述的印刷電路板之佈線方法，其中：確定所述第二距離之過程包括步驟：將根據眼寬確定之第二距離與根據眼高確定之第二距離進行比較，將其中較大之第二距離設置為所述兩差分訊號對之間之距離。
3. 如請求項1所述的印刷電路板之佈線方法，其中：當所述兩差分訊號對之間之距離大於所述第二距離時，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高變大，且當所述兩差分訊號對之間之距離小於所述第二距離時，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高變小。
4. 如請求項1所述的印刷電路板之佈線方法，其中：確定所述第一距離之過程為：於所述兩差分訊號對之訊號輸出端得到眼圖波形中之眼寬或眼高與兩差分訊號對之間距離之關係曲線，該曲線上使得眼寬或眼高達到最大值之點對應之兩差分訊號對之間之最小距離即為第一距離。
5. 如請求項4所述的印刷電路板之佈線方法，其中：確定所述第一距離之步 驟為：將一訊號發生器分別同每一差分訊號對之訊號輸入端電性相連，同時將一示波器同每一差分訊號對之訊號輸出端電性相連；所述訊號發生器發送固定頻率之訊號，於所述示波器端產生一輸出訊號眼圖波形。
6. 一種印刷電路板，其包括一訊號層，所述訊號層上佈設兩差分訊號對，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之輸出訊號眼圖波形中之眼寬或眼高隨兩差分訊號對之間之距離之改變而改變，其中當所述兩差分訊號對之間之距離為一第一距離時，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬或眼高達到最大值，兩差分訊號對之間之距離為一小於所述第一距離之第二距離，所述兩差分訊號對之訊號輸出端之眼圖波形中之眼寬與眼高符合差分佈線對眼圖之要求，所述第二距離為根據眼寬確定之第二距離與根據眼高確定之第二距離中之較大值。
7. 如請求項6項所述的印刷電路板，其中所述印刷電路板包括自上而下順次排列之一第一接地參考層、一第一絕緣層、一訊號層、一第二絕緣層及一第二接地參考層，所述第一絕緣層與第二絕緣層之厚度相等。
8. 如請求項7項所述的印刷電路板，其中所述兩差分訊號對佈設於訊號層上，每一差分訊號對包括一第一訊號線及一第二訊號線，所述第一訊號線與第二訊號線為帶狀線。