【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電路板設(shè)計(jì)，涉及一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。
技術(shù)介紹
1、隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，高速數(shù)據(jù)傳輸已成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)、高性能計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的關(guān)鍵需求。pcie(peripheral?component?interconnect?express)協(xié)議作為一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，其最新版本pcie?5.0提供了高達(dá)32gt/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，具有ps級(jí)的邊沿速率，極大地提升了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力和處理效率。在高速電路pcb主板設(shè)計(jì)中，由于主板層數(shù)多、厚度大，信號(hào)過(guò)孔的深度各不相同，這導(dǎo)致了過(guò)孔在信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的寄生電容和電感也存在差異。這些寄生參數(shù)不僅會(huì)影響信號(hào)的傳輸速度和質(zhì)量，還可能導(dǎo)致信號(hào)的反射和失真，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2、當(dāng)前，針對(duì)高速信號(hào)差分過(guò)孔的優(yōu)化主要集中在優(yōu)化挖空反焊盤等單一措施上，而忽視了過(guò)孔深度對(duì)信號(hào)傳輸性能的影響。實(shí)際上，不同深度的過(guò)孔在信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的寄生電容和電感是不同的，這直接影響了信號(hào)的傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)的整體性能。當(dāng)信號(hào)通過(guò)過(guò)孔時(shí)，電容和電感寄生效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的退化。通過(guò)圖1中的集總lc?pi型電路來(lái)說(shuō)明過(guò)孔電容和電感效應(yīng)。式(1)給出了通孔電容的經(jīng)驗(yàn)公式，式(2)給出了通孔電感的經(jīng)驗(yàn)公式，式(3)給出了阻抗的經(jīng)驗(yàn)公式。
3、
4、
5、式中，cvia是寄生電容，lvia是寄生電感，z是阻抗，er是材料的介電常數(shù)，d1是過(guò)孔盤的直徑，d2是反焊盤的直徑，t是過(guò)孔在pcb的厚度，h是過(guò)孔長(zhǎng)度
6、過(guò)孔的寄生電容會(huì)延長(zhǎng)信號(hào)的上升時(shí)間，降低電路的運(yùn)行速度。而電容值的大小與過(guò)孔的直徑和pcb板的材料有關(guān)，直徑越小、材料介電常數(shù)越低，電容值就越小，對(duì)信號(hào)的影響也就越小。另一方面，過(guò)孔的電感則主要由其長(zhǎng)度決定，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電感值越大，對(duì)信號(hào)的影響也就越大。
7、為了降低過(guò)孔對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀F(xiàn)有技術(shù)中采用差分過(guò)孔模型來(lái)計(jì)算差分阻抗。通過(guò)減小差分過(guò)孔的間距，增加孔間電容，匹配由于過(guò)孔長(zhǎng)度增加而產(chǎn)生的寄生電感。在一定程度上保證差分過(guò)孔阻抗的連續(xù)性，降低信號(hào)的插損和反射。然而在pcie?5.0高速信號(hào)傳輸過(guò)程中，鏈路中差分過(guò)孔的阻抗不連續(xù)成為影響信號(hào)完整性的重要因素。差分過(guò)孔作為高速pcb板中連接不同層間差分信號(hào)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其阻抗不連續(xù)性會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的反射、衰減和失真，從而影響到信號(hào)的傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)的整體性能。
8、針對(duì)上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中雖然已經(jīng)提出了一些優(yōu)化方法，如優(yōu)化過(guò)孔結(jié)構(gòu)、增加反焊盤等，但這些方法往往只考慮了單一因素，沒有綜合考慮信號(hào)過(guò)孔深度、寄生電容和電感等多種因素對(duì)信號(hào)完整性的影響。因此，如何在保證高速數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)差分過(guò)孔的低反射、高傳輸和阻抗穩(wěn)定，成為當(dāng)前高速電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中在保證高速數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)差分過(guò)孔的低反射、高傳輸和阻抗穩(wěn)定的問(wèn)題，提供一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
3、一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，包括以下步驟：
4、建立差分過(guò)孔的等效物理模型；
5、根據(jù)差分過(guò)孔的等效物理模型，建立對(duì)應(yīng)的等效電路模型；
6、將等效電路模型簡(jiǎn)化為耦合雙桿傳輸線模型，預(yù)測(cè)和優(yōu)化差分過(guò)孔對(duì)高速信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀?/p>
7、利用ads仿真軟件對(duì)差分過(guò)孔的差分信號(hào)與共模信號(hào)的性能進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整過(guò)孔參數(shù)，得到過(guò)孔模型。
8、所述建立差分過(guò)孔的等效物理模型具體包括以下步驟：
9、確定主板的層疊結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)，包括指定主板的厚度、層數(shù)以及各層的高速信號(hào)布線層，并設(shè)定用于構(gòu)建模型的材料屬性；
10、建立3d模型，創(chuàng)建地層并設(shè)置地層材料屬性，構(gòu)建過(guò)孔，將地層和過(guò)孔結(jié)合成整體結(jié)構(gòu)；
11、設(shè)定參數(shù)，包括孔徑尺寸、孔間距、焊盤和反焊盤尺寸，以及stub的長(zhǎng)度和信號(hào)路徑的長(zhǎng)度，建立差分過(guò)孔的等效物理模型。
12、所述等效物理模型基于主板層疊結(jié)構(gòu)，板厚為1.9mm，包含14層，并且l3、l5、l10、l12為高速信號(hào)布線層，pcie?5.0高速信號(hào)走線的目標(biāo)阻抗為85ohm。
13、所述根據(jù)差分過(guò)孔的等效物理模型，建立對(duì)應(yīng)的等效電路模型具體包括以下步驟：
14、識(shí)別等效物理模型中的參數(shù)，包括孔徑尺寸、孔間距、焊盤和反焊盤尺寸，以及stub的長(zhǎng)度和信號(hào)路徑的長(zhǎng)度；
15、確定等效電路元件，包括電感、電容和電阻，其中電感用于模擬過(guò)孔帶來(lái)的信號(hào)延遲，電容用于模擬過(guò)孔與地之間的耦合電容，電阻用于模擬信號(hào)在過(guò)孔中的能量損耗；
16、根據(jù)差分過(guò)孔的等效物理模型中的參數(shù)，設(shè)置等效電路模型中電感、電容、電阻的具體數(shù)值，構(gòu)建等效電路模型。
17、所述將等效電路模型簡(jiǎn)化為耦合雙桿傳輸線模型具體包括以下步驟：
18、確定耦合雙桿傳輸線模型的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)桿代表差分信號(hào)中的正線或負(fù)線，并在兩根桿之間加入耦合電容和耦合電感以模擬差分信號(hào)之間的耦合效應(yīng)；
19、從等效電路模型中提取參數(shù)，包括每根傳輸線的電感值、每根傳輸線與地之間的電容值以及差分對(duì)之間的耦合電容值，同時(shí)還包括信號(hào)在傳輸過(guò)程中的能量損耗，提取每根傳輸線的電阻值；
20、將提取的電感值、電容值和電阻值映射到耦合雙桿傳輸線模型上，其中電感值映射到每根桿上并考慮電感之間的串聯(lián)和并聯(lián)關(guān)系，電容值映射到與地和差分對(duì)之間的相應(yīng)位置，電阻值映射到模型上以模擬信號(hào)的能量損耗；
21、對(duì)簡(jiǎn)化后的耦合雙桿傳輸線模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
22、所述耦合雙桿傳輸線模型在預(yù)測(cè)和優(yōu)化差分過(guò)孔對(duì)高速信號(hào)傳輸?shù)挠绊憰r(shí)，通過(guò)奇模阻抗、偶模阻抗、差分阻抗和共模阻抗進(jìn)行分析，具體表達(dá)式如下：
23、
24、zdiff＝2*zodd?(6)
25、
26、其中，zodd為奇模阻抗；zeven為偶模阻抗；zdiff為差分阻抗；zcomm為共模阻抗；er為材料的介電常數(shù)；s為過(guò)孔中心距；r為過(guò)孔半徑；w為反焊盤長(zhǎng)度；h為反焊盤寬度；d為反焊盤直徑。
27、所述利用ads仿真軟件對(duì)差分過(guò)孔的差分信號(hào)與共模信號(hào)的性能進(jìn)行分析，具體包括以下步驟：
28、在ads仿真軟件中建立或?qū)氚罘诌^(guò)孔結(jié)構(gòu)的pcb板模型，并設(shè)置模型中的層疊結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)；
29、在模型中設(shè)置差分信號(hào)源和共模信號(hào)源，以模擬實(shí)際電路中的差分信號(hào)與共模信號(hào)輸入；
30、設(shè)置仿真分析的頻率范圍和求解類型，并確保模型中不同材料之間的結(jié)構(gòu)正確覆蓋；
31、啟動(dòng)仿真運(yùn)行，并等待仿真完成；
32、分析仿真結(jié)果，包括差分信號(hào)的傳輸系數(shù)s21和反射系數(shù)s11，以及共模信號(hào)的相應(yīng)參數(shù)，以評(píng)估差分信號(hào)與共模本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述建立差分過(guò)孔的等效物理模型具體包括以下步驟：
3.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述等效物理模型基于主板層疊結(jié)構(gòu)，板厚為1.9mm，包含14層，并且L3、L5、L10、L12為高速信號(hào)布線層，PCIE?5.0高速信號(hào)走線的目標(biāo)阻抗為85OHM。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述根據(jù)差分過(guò)孔的等效物理模型，建立對(duì)應(yīng)的等效電路模型具體包括以下步驟：
5.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述將等效電路模型簡(jiǎn)化為耦合雙桿傳輸線模型具體包括以下步驟：
6.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述耦合雙桿傳輸線模型在預(yù)測(cè)和優(yōu)化差分過(guò)孔對(duì)高速信號(hào)傳輸?shù)挠绊憰r(shí)，通過(guò)奇模阻抗、偶模阻抗、差分阻抗和共模阻抗進(jìn)行分析，具體表達(dá)式如下：
7.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，
8.一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊：
9.一種設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述建立差分過(guò)孔的等效物理模型具體包括以下步驟：
3.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述等效物理模型基于主板層疊結(jié)構(gòu)，板厚為1.9mm，包含14層，并且l3、l5、l10、l12為高速信號(hào)布線層，pcie?5.0高速信號(hào)走線的目標(biāo)阻抗為85ohm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述根據(jù)差分過(guò)孔的等效物理模型，建立對(duì)應(yīng)的等效電路模型具體包括以下步驟：
5.如權(quán)利要求1所述的一種高速差分過(guò)孔深度優(yōu)化方法，其特征在于，所述將等效電路模型簡(jiǎn)化為耦合雙桿傳輸線模型具體包括以下步驟：
6.如權(quán)利要求1所述的一種高速...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石家偉，唐斌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：深圳市同泰怡信息技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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