专利名称：电路板中绝缘垫口径的测定方法
技术领域：
本发明涉及一种电路板中信号传递路径的阻抗匹配方法，特别是一种电路
板中绝缘垫口径的测定(cal ibrat i on)方法。
背景技术：
现今高速信号电路板设计中，通常以信号穿层连通柱连接不同信号层的电 气信号，由于电路板的几何结构所形成的阻抗特性，往往与信号层信号线的特 征阻抗不相匹配，如此容易造成信号通过信号穿层连通柱时产生信号反射现 象，导致信号传输质量降低。
中国台湾专利公开号第200612803号专利申请案揭露了一种可实现阻抗 控制的两层印刷电路板及方法，该两层印刷电路板包括一介质层和配置于该介 质层上的多个高速信号传输线，该介质层上还配置有与每一高速信号传输线相 邻的接地层。采用该两层印刷电路板，可以将两层印刷电路板的剖面二维图形 输入至一仿真软件，由仿真软件计算出该高速信号传输线的特征阻抗值，与其 标准阻抗值比较后，经过该高速信号传输线以及高速信号传输线与接地层相对 位置的参数值的多次调整、二维图型的多次输入、仿真软件的多次计算，从而 获得理想的特征阻抗值。
虽然上述专利申请案己揭露两层印刷电路板的阻抗控制方法，但却无法针 对具有信号穿层连通柱的多层印刷电路板进行阻抗控制，因此上述方法的应用 范围有限。
因此，如何能提供一种电路板中绝缘垫口径的测定方法，以匹配多层电 路板中的信号传递路径的阻抗，成为研究人员待解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电路板中绝缘垫口径的测定方 法，以改善多层电路板中因为信号穿层连通柱导致阻抗不连续的问题，进而提 升信号传输质量。
为了实现上述的目的，本发明提供了一种电路板中绝缘垫口径的测定方 法，其包含有下列步骤首先，(a)建立信号穿层连通柱对应的等效电路模型； (b)描绘等效电路模型对应的电气特性曲线；(c)计算电气特性曲线对应的电容 方程式与电感方程式；(d)将等效电路模型的参数值(电感值与电容值)、电容 方程式与电感方程式代入特征阻抗表达式中进行计算，以获取信号穿层连通柱 的绝缘垫的第一半径长度值；(e)以第一半径长度值作暂时性绝缘垫；(f)依据 暂时性绝缘垫重新建立信号穿层连通柱对应的等效电路模型；重复(b)、 (:c:)、 (d)、 (e)及(f)步骤；及当第--半径长度值收敛至一定值时，决定该定值为设 计绝缘垫的最佳值。
本发明具有以下有益的效果藉由这种电路板中绝缘垫口径的测定方法， 将椭圆形的绝缘垫设置于信号穿层连通柱的周围，以调整邻近绝缘垫区域的信 号线阻抗值，并通过特征阻抗表达式反复计算出设计绝缘垫的最佳值，以使整 体线路阻抗获得匹配,如此即可降低信号反射现象,进一步提升信号传输质量。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的 详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1所示为本发明实施例的立体结构示意图2所示为本发明实施例的俯视示意图3所示为本发明实施例的绝缘垫口径的测定方法步骤流程图4A所示为本发明实施例的等效电路模型示意图4B所示为本发明实施例的函数表示方式的等效电路模型示意图5A所示为本发明实施例的电容特性曲线示意图5B所示为本发明实施例的电感特性曲线示意图6A所示为本发明实施例的信号反射波形(时域)模拟示意图；及
图6B所示为本发明实施例的信号反射波形(频域)模拟示意图。
其中，附图标记
IO—第一信号线
ll一第二信号线20—电源/接地层
30—信号穿层连通柱
40—绝缘垫
41一暂时性绝缘垫
42—阻抗匹配绝缘垫
Cl—电^
C2—第二电容
CH(x)—电容方程式
L一电感
"(x)—电感方程式
步骤IOO—建立信号穿层连通柱对应的等效电路模型 步骤IOI—描绘等效电路模型对应的电气特性曲线 步骤102—计算电气特性曲线对应的电容方程式与电感方程式 步骤103—将等效电路模型的参数值、电容方程式与电感方程式代入特征 阻抗表达式进行计算
步骤104—获取信号穿层连通柱的绝缘垫的第 一半径长度值
步骤105—以获得的第--半径长度值作暂时性绝缘垫
步骤106—依据暂时性绝缘垫重新建立信号穿层连通柱对应的等效电路
模型
步骤107—第一半径长度值是否收敛至定值 步骤108—决定该定值为设计绝缘垫的最佳值
具体实施例方式
图1所示为本发明实施例的立体结构示意图。如图1所示，本发明的印刷 电路板包含有第一信号线10、第二信号线11、电源/接地层20、信号穿层 连通柱30及绝缘垫40。
第一信号线10，设置于电源/接地层20的上层，由导电材质制成，例如 铜、银等，用以作为信号传输媒介。
第二信号线11，设置于电源/接地层20的下层，系由导电材质制成，例 如铜、银等，用以作为信号传输媒介。
电源/接地层20，设置于第一信号线lO与第二信号线ll间，用以作为电
源信号与接地信号传输媒介。
信号穿层连通柱30，贯穿电源/接地层20，由导电材质制成，例如铜、银 等，用以连接第一信号线10与第二信号线11。
绝缘垫40，设置于信号穿层连通柱30的周围，由绝缘材质所制成，通过 改变绝缘垫40的几何形状可调整信号穿层连通柱30与第--信号线10、第二 信号线11的阻抗值，而本发明实施例中的绝缘垫40较佳者为椭圆形。
图2所示为本发明实施例的俯视示意图。如图2所示，首先，信号穿层连 通柱30的周围设置有暂时性绝缘垫41，藉由图3所示的绝缘垫口径的测定方 法可获得阻抗匹配绝缘垫42，其中阻抗匹配绝缘垫42的第一半径Kl的值(即 横轴)大于暂时性绝缘垫41的第一半径Rl的值，而阻抗匹配绝缘垫42的第二 半径R2的值(即纵轴)等于暂时性绝缘垫41的第二半径R2的值，而本发明实 施例中电路板所采用的相关尺寸如下电源/接地层20的长度L3为16(.)0mi 1... 电源/接地层20的宽度Ll为440mil、第一信号线与第二信号线的宽度为 44mil。
接下来，请参照图3，为本发明实施例的绝缘垫口径的测定方法步骤流程 图。如图3所示，本发明的绝缘垫口径的测定方法包含有下列步骤
首先，建立信号穿层连通柱对应的等效电路模型(步骤IOO)，由图l所示 的结构可建立对应的等效电路模型，如图4A所示，其中包含有电感L、第一 电容Cl及第二电容C2，而图4B所示为函数表示方式的等效电路模型；接下 来，描绘等效电路模型对应的电气特性曲线(步骤101)，由图4B的等效电路 模型可描绘出电容特性曲线(如图5A所示)及电感特性曲线(如图5B所示)。
计算电气特性曲线对应的电容方程式与电感方程式(步骤102)，本发明实 施例中的电容特性曲线(如图5A所示)所计算得到电容方程式为 Y=81.432x+29.83，而电感特性曲线(如图5B所示)所计算得到电感方程式为 Y=510. 93X+232. 25。
接着，将等效电路模型的参数值(即电感L的值、第一电容C1的值及第二 电容C2的值)、电容方程式(S卩Y-81.432x+29.83)与电感方程式(即 Y=510. 93x+232. 25)代入一特征阻抗表达式中进行计算(步骤103)，其中特征 阻抗表达式系采用下列式子<formula>complex formula see original document page 7</formula>
其中Zo为信号线的特征阻抗值(此为欲设计的阻抗值，故为已知)，L为电 感的值，LH (x)为电感方程式，Cl为第一电容的值，C2为第二电容的值，C,, 00 为电容方程式，而x为即为第一半径Rl的值。
在通过上述特征阻抗表达式计算后，可获取信号穿层连通柱的绝缘垫的 第一半径Rl的长度值(步骤104);以第一半径Rl的长度值作为暂时性绝缘垫 的横轴长度(步骤105)，此时，由于电路板中的绝缘垫的尺寸已更改为暂时性 绝缘垫的尺寸，所以等效电路模型中的电感值与电容值亦随之改变，接下来， 依据暂时性绝缘垫重新建立信号穿层连通柱对应的等效电路模型(步骤106)， 并回到步骤IOI，重新描绘等效电路模型对应的电气特性曲线、计算电气特性 曲线对应的电容方程式与电感方程式、将等效电路模型的参数值、电容方程式 与电感方程式代入特征阻抗表达式中进行计算，再次获取信号穿层连通柱的绝 缘垫的第一半径R1的长度值，如此反复计算取得多个第一半径R1的长度值， 最后，判断第一半径R1的长度值是否收敛至定值(步骤107)，当第一半径R! 的长度值收敛至定值时，则决定该定值为设计绝缘垫的最佳值(步骤108);当 第一半径R1的长度值并未收敛至定值时，则回到步骤101，其中本发明实施 例所使用的各步骤可采用高频结构仿真软件(High Frequency Structure Simulator, HFSS)进行模拟运算。
请参照图6A，为本发明实施例的信号反射波形(时域)模拟示意图。如图 6A所示，可发现当第一半径Rl的值为64mil时，其信号通过信号穿层连通柱 30所产生的振荡现象较现有技术明显减少，接着，请参照图6B，为本发明实 施例的信号反射波形(频域)模拟示意图。如图6B所示，可发现当第-半径Ki 的值为64mil时，其信号通过信号穿层连通柱30区域的反射损失(S11)较现有 技术明显降低。
藉由这种电路板中绝缘垫口径的测定方法，将椭圆形的绝缘垫设置于信号 穿层连通柱的周围，以调整邻近绝缘垫区域的信号线阻抗值，并通过特征阻抗 表达式反复计算出设计绝缘垫的最佳值，藉以使整体线路阻抗获得匹配，如此 即可降低信号反射现象，进一步提升信号传输质量，另外，由于通过信号穿层
通柱数目增加，也提升了电路设计的自由度，进而降低电路板层数与制造成本,, 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种电路板中绝缘垫口径的测定方法，该绝缘垫设置于一信号穿层连通柱周围，其特征在于，该测定方法包含有下列步骤(a)建立该信号穿层连通柱对应的等效电路模型；(b)描绘该等效电路模型对应的一电气特性曲线；(c)计算该电气特性曲线对应的电容方程式与电感方程式；(d)将该等效电路模型的一参数值、该电容方程式与该电感方程式代入一特征阻抗表达式中进行计算，以获取该信号穿层连通柱的绝缘垫的第一半径长度值；(e)以该第一半径长度值作一暂时性绝缘垫；(f)依据该暂时性绝缘垫重新建立该信号穿层连通柱对应的等效电路模型；重复(b)、(c)、(d)、(e)及(f)步骤；及当该第一半径长度值收敛至一定值时，决定该定值为设计该绝缘垫的最佳值。
2、 根据权利要求l所述的电路板中绝缘垫口径的测定方法，其特征在于， 该等效电路模型包含有一电感、 一第一电容及一第二电容。
3、 根据权利要求2所述的电路板中绝缘垫口径的测定方法，其特征在于， 该电气特性曲线包含有一电容特性曲线与一电感特性曲线。
4、 根据权利要求3所述的电路板中绝缘垫口径的测定方法，其特征在于， 该特征阻抗表达式采用下列式子<formula>complex formula see original document page 2</formula>其中Zo为一信号线的特征阻抗值，L为该电感，k(x)为该电感方程式，Cl为该第一电容，C2为该第二电容，C"x)为该 电容方程式，x为该第一半径值。
5、 根据权利要求4所述的电路板中绝缘垫口径的测定方法，其特征在于， 该参数值为该电感的值、该第一电容的值及该第二电容的值。
6、 根据权利要求1所述的电路板中绝缘垫口径的测定方法，其特征在于， 该最佳值作为一椭圆形该绝缘垫的横轴半径值。
全文摘要
一种电路板中绝缘垫口径的测定方法，其包含有下列步骤(a)建立信号穿层连通柱对应的等效电路模型；(b)描绘等效电路模型对应的电气特性曲线；(c)计算电气特性曲线对应的电容方程式与电感方程式；(d)将等效电路模型的参数值、电容方程式与电感方程式代入特征阻抗表达式中进行计算，以获取信号穿层连通柱的绝缘垫的第一半径长度值；(e)以第一半径长度值作暂时性绝缘垫；(f)依据暂时性绝缘垫重新建立信号穿层连通柱对应的等效电路模型；重复(b)、(c)、(d)、(e)及(f)步骤；及当第一半径长度值收敛至一定值时，决定该定值为设计绝缘垫的最佳值。
文档编号G06F17/50GK101196938SQ20061016089
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者苏雨利, 赖俊佑 申请人:英业达股份有限公司