專(zhuān)利名稱(chēng)：差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配的方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)據(jù)通信速度的提高，信號(hào)完整性對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樌M(jìn)行至關(guān)重要。因此，信號(hào)完整性已經(jīng)成為印刷電路板(Printed CircuitBoard，PCB)設(shè)計(jì)必須考量的因素之一。元器件和PCB的參數(shù)、元器件在PCB上的布局等因素，都會(huì)影響到信號(hào)的完整性，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮到信號(hào)完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當(dāng)今PCB設(shè)計(jì)業(yè)界中的一個(gè)熱門(mén)課題。對(duì)于PCB來(lái)講，保持信號(hào)完整性最重要是阻抗的匹配和一致連續(xù)性。阻抗不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致差分導(dǎo)線(xiàn)信號(hào)的反射，過(guò)孔(via)是導(dǎo)致差分導(dǎo)線(xiàn)不連續(xù)的重要因素。
過(guò)孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一，PCB上的每一個(gè)孔都可以稱(chēng)之為過(guò)孔。從作用上看，過(guò)孔可以分成兩類(lèi)一是用作各層間的電氣連接；二是用作器件的固定或定位。過(guò)孔在差分導(dǎo)線(xiàn)上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會(huì)造成信號(hào)的反射。一般過(guò)孔的等效阻抗比差分導(dǎo)線(xiàn)的阻抗低12％左右，例如50歐姆的差分導(dǎo)線(xiàn)在經(jīng)過(guò)過(guò)孔時(shí)阻抗會(huì)減小6歐姆(具體和過(guò)孔的尺寸、板厚也有關(guān)，不是絕對(duì)減小)。在印刷電路板上，位于不同布線(xiàn)層間的兩條差分導(dǎo)線(xiàn)，將以過(guò)孔連接。此兩個(gè)過(guò)孔可稱(chēng)為差分過(guò)孔。差分過(guò)孔結(jié)構(gòu)亦造成信號(hào)在通過(guò)時(shí)明顯的阻抗不匹配效應(yīng)而影響信號(hào)質(zhì)量。當(dāng)信號(hào)切換速度日益增快的時(shí)候，這種效應(yīng)將更加嚴(yán)重。例如當(dāng)250毫伏的布階信號(hào)通過(guò)差分過(guò)孔，即產(chǎn)生23毫伏的反射(約10％)?？梢?jiàn)通過(guò)差分過(guò)孔對(duì)信號(hào)的影響是很重大的。此不連續(xù)反射可視為一種阻抗不匹配的結(jié)果。
若能將過(guò)孔的阻抗控制得和差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配，信號(hào)反射就會(huì)降低，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量就會(huì)提高，系統(tǒng)就會(huì)穩(wěn)定工作。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配的方法，其中，該方法包括以下步驟利用差分過(guò)孔的互感公式和互容公式得出差分阻抗公式；由差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗和差分過(guò)孔阻抗相等得到兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的關(guān)系；仿真差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗進(jìn)行比較，不斷調(diào)整兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值，得出兩阻抗匹配時(shí)的兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值。
所述利用差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配的方法能將差分過(guò)孔的阻抗控制得和差分導(dǎo)線(xiàn)的阻抗相匹配，反射就會(huì)大大降低，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量就會(huì)提高，系統(tǒng)就會(huì)穩(wěn)定工作。

圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施方式的差分過(guò)孔的示意圖。
圖2為本發(fā)明差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配方法較佳實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施方式圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施方式的差分過(guò)孔的示意圖，該示意圖包括過(guò)孔焊盤(pán)30，反焊盤(pán)40，差分導(dǎo)線(xiàn)50，過(guò)孔導(dǎo)通柱60。由于差分過(guò)孔的結(jié)構(gòu)類(lèi)似雙金屬導(dǎo)線(xiàn)，其互感和互容公式可依電磁理論推得如下L=μπcosh-1(d2r),]]>其中μ為磁導(dǎo)率，d為兩過(guò)孔中心距離，r為過(guò)孔半徑大??；C=πϵcosh-1(d/2r),]]>其中ε為介電常數(shù)，d為兩過(guò)孔中心距離，r為過(guò)孔半徑大小。差分過(guò)孔的特征阻抗值可推導(dǎo)得Zdiff_voa=LC=ηoπϵrcosh-1(d/2r),]]>其中η=μϵ,]]>η為本征阻抗，εr為相對(duì)介電常數(shù)。由于差分導(dǎo)線(xiàn)50的阻抗值已知，只要使差分導(dǎo)線(xiàn)50的阻抗值與差份過(guò)孔的特征阻抗值相等，就可以推出兩過(guò)孔中心距離d及過(guò)孔半徑大小r的關(guān)系，改變兩過(guò)孔中心距離d及過(guò)孔半徑大小r的值，使差分過(guò)孔的特征阻抗值與差分導(dǎo)線(xiàn)50的阻抗值相等，就達(dá)到了相匹配的效果。例如，以PCB四層板的架構(gòu)為例，依據(jù)兩過(guò)孔中心距離d及過(guò)孔半徑大小r，已知差分導(dǎo)線(xiàn)50的阻抗值為100歐姆，調(diào)整d，r的參數(shù)代入公式使過(guò)孔的特征阻抗值與差分導(dǎo)線(xiàn)50的阻抗值相等，再利用這兩個(gè)參數(shù)所確定的值輸入到仿真軟件，改變參數(shù)的值，當(dāng)輸出的仿真軟件的輸出值與差分導(dǎo)線(xiàn)50的阻抗值最為接近時(shí)，就能調(diào)節(jié)差份過(guò)孔阻抗，達(dá)到差分導(dǎo)線(xiàn)50的阻抗和差分過(guò)孔的阻抗基本匹配，這樣就可以減少信號(hào)反射，達(dá)到阻抗匹配的目的。其調(diào)節(jié)前后的參數(shù)對(duì)比如下(表1)表1
其中，過(guò)孔導(dǎo)通柱60和反焊盤(pán)40的尺寸是通過(guò)過(guò)孔焊盤(pán)30和兩孔中心的距離d決定，當(dāng)過(guò)孔焊盤(pán)30和兩過(guò)孔中心的距離d為定值時(shí)，過(guò)孔導(dǎo)通柱60和反焊盤(pán)40的尺寸與過(guò)孔焊盤(pán)30和兩過(guò)孔中心的距離d有關(guān)。
圖2為本發(fā)明差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗相匹配方法的較佳實(shí)施方式的流程圖。于步驟S21中，利用差分過(guò)孔互感和互容公式得出差分阻抗公式Zdiff_via=ηoπϵrcosh-1(d/2r),]]>其中η=μϵ,]]>η為本征阻抗、εr為相對(duì)介電常數(shù)、d兩過(guò)孔中心的距離、r過(guò)孔的半徑；于步驟S22中，由差分導(dǎo)線(xiàn)和差分過(guò)孔阻抗相等得到d和r的關(guān)系；于步驟S23中，仿真出差分過(guò)孔阻抗值，并將其與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗值進(jìn)行比較，得出兩阻抗匹配時(shí)的d和r的值；于步驟S24中，通過(guò)d和r的值確定出差分過(guò)孔的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟利用差分過(guò)孔的互感公式和互容公式得出差分過(guò)孔阻抗公式；由差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗和差分過(guò)孔阻抗相等得到兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的關(guān)系；仿真出差分過(guò)孔阻抗，并將其與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗進(jìn)行比較，不斷調(diào)整兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值，得出兩阻抗匹配時(shí)的兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值；通過(guò)兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值確定出差分過(guò)孔的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配的方法，其特征在于，所述差分阻抗公式為Zdiff_via=ηoπϵrcosh-1(d/2r),]]>其中η=μϵ,]]>η為本征阻抗，εr為相對(duì)介電常數(shù)，d為兩過(guò)孔中心的距離，r為過(guò)孔半徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種差分過(guò)孔阻抗與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗匹配方法，包括如下步驟利用差分過(guò)孔的互感公式和互容公式得出差分阻抗公式；由差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗和差分過(guò)孔阻抗相等得到兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的關(guān)系；仿真出差分過(guò)孔阻抗，并將其與差分導(dǎo)線(xiàn)阻抗進(jìn)行比較，不斷調(diào)整兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值，得出兩阻抗匹配時(shí)的兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值；通過(guò)兩過(guò)孔中心的距離和過(guò)孔半徑的值確定出差分過(guò)孔的結(jié)構(gòu)。利用本方法使得匹配后的差分過(guò)孔信號(hào)由差分傳輸線(xiàn)經(jīng)由差分過(guò)孔時(shí)，信號(hào)的反射就會(huì)降低，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量就會(huì)提高。
文檔編號(hào)H01L23/64GK1901366SQ20051003612
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者許壽國(guó), 劉建宏 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司