阻抗计算模型的建立方法、阻抗匹配方法及其装置与流程

本发明涉及阻抗匹配方法，尤其涉及阻抗计算模型的建立方法、差分过孔阻抗和线路阻抗匹配方法及其装置。
背景技术：
：随着电子产品高频、高速化发展，信号完整性要求越来越高，信号完整性要求对PCB的阻抗控制要求也越来越严格。在高速PCB设计中，过孔设计是一个重要因素，过孔起到连接PCB不同层间走线的作用，在高频、高速条件下，过孔不能简单看成电气连接作用，必须考虑其对信号完整性影响；过孔设计处理不当，会对信号造成反射，影响信号完整性。差分信号因其具有抑制共模噪声、提高噪声余量的显著优势而受到PCB设计者青睐，PCB设计者多会选择差分过孔进行转层设计以提高PCB布线密度，因此差分过孔阻抗与差分线路阻抗匹配显得尤为重要。目前PCB差分过孔阻抗设计大多采用仿真方法进行设计，但对于PCB制造厂家而言，为满足客户的特定要求，会对过孔进行相应的补偿，再加上生产制作的影响，会造成仿真与实际过孔阻抗之间存在偏差，严重时，会造成客户投诉。由于差分过孔和双金属导线在结构上类似，现有技术中一般通过双金属导线阻抗计算模型来预测差分过孔的阻抗值，公开号为CN1901366A的专利公开了一种差分过孔阻抗与差分导线阻抗匹配的方法，其利用双金属导线阻抗计算公式代替差分过孔阻抗计算公式，再根据差分过孔阻抗与差分导线阻抗匹配的关系计算过孔中心的距离和过孔半径的关系，以得到差分过孔的结构；但是由于双金属导线与差分过孔只是从结构上类似，将差分过孔完全等同于双金属导线模型是不准确的，实际上差分过孔阻抗值与双金属导线阻抗值存在较大误差，直接使用双金属导线阻抗计算公式替代差分过孔阻抗计算公式是不准确的。技术实现要素：为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供阻抗计算模型的建立方法，其能得到一个更精准的差分过孔阻抗计算公式。本发明的目的之二在于提供差分过孔阻抗与线路阻抗匹配方法，其能更精准地将差分过孔阻抗与线路阻抗匹配。本发明的目的之三在于提供差分过孔阻抗与线路阻抗匹配装置，其能更精准地将差分过孔阻抗与线路阻抗匹配。本发明的目的之一采用以下技术方案实现：阻抗计算模型的建立方法，包括如下步骤：A1、检测若干个差分过孔的阻抗，从而得到若干个差分过孔的阻抗实测值；A2、根据双金属导线阻抗公式计算若干个差分过孔的双金属导线阻抗值，所述双金属导线阻抗公式为：其中Z0为双金属导线阻抗，εr为相对介电常数，d为差分过孔中心间距，D为差分过孔直径；A3、根据若干个阻抗实测值和若干个双金属导线阻抗值，得到阻抗实测值和双金属导线阻抗值之间的关系，根据所述关系对双金属导线阻抗公式进行修正，从而得到差分过孔阻抗公式，所述差分过孔阻抗公式用于计算差分过孔的预测阻抗值，从而根据预测阻抗值对差分过孔进行相应的补偿。优选地，A3中，所述关系为线性关系，所述差分过孔阻抗公式为：其中Zdiff为预测阻抗值，d为差分过孔中心间距，D≤0.35mm。优选地，A1中，采用TDR阻抗测试仪检测若干个差分过孔的阻抗。优选地，A2中，所述的双金属导线阻抗公式为：其中寄生电感寄生电容磁导率μ＝μr*μ0，介电常数ε＝εr*ε0；其中，相对介电常数μr≈1，绝对磁导率μ0＝4π*10-7H/m，绝对介电常数ε0＝8.85*10-12F/m。本发明的目的之二采用以下技术方案实现：阻抗匹配方法，包括如下步骤：S1、获取设计参数；S2、根据设计参数以及如权利要求1所述的差分过孔阻抗公式计算差分过孔的预测阻抗值，再根据预测阻抗值对差分过孔进行相应的补偿。优选地，S1中，设计参数包括差分过孔中心间距d、差分过孔直径D和相对介电常数εr，S2中述的差分过孔阻抗公式为：其中Zdiff为预测阻抗值，D≤0.35mm。优选地，S2中，相应的补偿为：根据预测阻抗值调整差分过孔的孔径、焊盘和反焊盘中的一个或多个的尺寸。本发明的目的之三采用以下技术方案实现：阻抗匹配装置，包括：获取模块、用于获取设计参数；处理模块、用于根据设计参数以及如权利要求1所述的差分过孔阻抗公式计算差分过孔的预测阻抗值，再根据预测阻抗值对差分过孔进行相应的补偿。优选地，所述设计参数包括差分过孔中心间距d、差分过孔直径D和相对介电常数εr，处理模块中所述的差分过孔阻抗公式为：其中Zdiff为预测阻抗值，D≤0.35mm。优选地，所述相应的补偿为：根据预测阻抗值调整差分过孔的孔径、焊盘和反焊盘中的一个或多个的尺寸。相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过差分过孔阻抗计算公式可以预测到一个更精准的差分过孔阻抗，以使制作得到的差分过孔阻抗与客户给定的线路阻抗匹配更精准。附图说明图1为本发明的阻抗计算模型的建立方法的流程图；图2为本发明的阻抗实测值和双金属导线阻抗值的线性拟合；图3为本发明的差分过孔阻抗与线路阻抗匹配方法的流程图；图4为本发明的差分过孔阻抗与线路阻抗匹配装置的模块图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：差分过孔类似于双金属导线模型，可以将差分过孔等效为双金属导线模型进行研究，根据互感公式和互容公式可以得到双金属导线阻抗计算公式，其互感公式为：L=μπcosh-1(dD);]]>其互容公式为C=πϵcosh-1(d/D);]]>其中，L为寄生电感，C为寄生电容，μ为磁导率，ε为介电常数，d为差分过孔中心间距，D为差分过孔直径；μ＝μr*μ0；其中μr为相对介电常数，对于金属铜来说，μr≈1；μ0为绝对磁导率，对于PCB板来说，μ0＝4π*10-7H/m；ε＝εr*ε0；其中εr为相对介电常数，不同材料的相对介电常数有所不同，客户在定制PCB板的时候会提供材料要求，同时就能获取客户所定制材料的相对介电常数εr；ε0为绝对介电常数，ε0＝8.85*10-12F/m；所以L=μπcosh-1(dD)=μr*μ0πcosh-1(dD)=4*10-7cosh-1(dD);]]>C=πϵcosh-1(d/D)=πϵ0*ϵrcosh-1(d/D)=2.78*10-11*ϵrcosh-1(d/D);]]>同时，双金属导线阻抗计算公式为：Z0=LC=120ϵrcosh-1(dD);]]>由于差分过孔和双金属导线模型只是在结构上类似，而并不能将差分过孔完全等同与双金属导线模型，所以双金属导线阻抗与实际的差分过孔阻抗存在一定误差，故需要对双金属导线阻抗的计算公式进行优化，才能匹配差分过孔的实际阻抗。如图1所示，阻抗计算模型的建立方法，包括如下步骤：步骤11、检测若干个差分过孔的阻抗，从而得到若干个差分过孔的阻抗实测值Zd′iff；具体为采用TDR阻抗测试仪检测若干个差分过孔的阻抗；步骤12、根据双金属导线阻抗公式计算若干个差分过孔的双金属导线阻抗值，所述双金属导线阻抗公式为：其中Z0为双金属导线阻抗，εr为相对介电常数，d为差分过孔中心间距，D为差分过孔直径；该阻抗实测值与双金属导线阻抗值的具体数值如下(表1)：表1双金属导线阻抗值/ohm阻抗实测值/ohm127.07697.2149.863106170.038113104.66990128.054101148.487105117.11898.2138.119105156.71311096.46689.3118.01996.4136.851101127.43103150.28109170.511115104.9693.6128.41101148.9107步骤13、根据若干个阻抗实测值和若干个双金属导线阻抗值，得到阻抗实测值和双金属导线阻抗值之间的关系，根据所述关系对双金属导线阻抗公式进行修正，从而得到差分过孔阻抗公式，所述差分过孔阻抗公式用于计算差分过孔的预测阻抗值，从而根据预测阻抗值对差分过孔进行相应的补偿。根据阻抗实测值与双金属导线阻抗值的结果的差异，对双金属导线模型进行线性拟合，拟合结果如图2所示，可以从图2中离散的点看到阻抗实测值与双金属导线阻抗值的关系形成一个有规律的趋势，对该阻抗实测值和双金属导线阻抗值离散数值进行线性拟合，得到阻抗实测值Zd′iff和双金属导线阻抗值Z0之间的线性关系为：Z′diff＝0.33*Z0+57.79；获取阻抗实测值Zd′iff和双金属导线阻抗值Z0之间的线性关系不一定要通过线性拟合，还可以通过其他方式获取，本实施例中采用线性拟合作为一个优选地方式获取阻抗实测值Zd′iff和双金属导线阻抗值Z0之间的线性关系。该线性关系的皮尔逊相关系数R2＝0.951。所以差分过孔阻抗值公式为：Zdiff=0.33*Z0+57.79=39.6ϵrcosh-1(d/D)+57.79;]]>其中Zdiff为预测阻抗值，εr为相对介电常数，d为差分过孔中心间距，D为差分过孔直径。对差分过孔阻抗公式进行验证，验证结果如表2所示，结果显示阻抗实测值Zd′iff和通过差分过孔阻抗公式得到的预测阻抗值Zdiff之间的比对，针对不同类型的材料，过孔直径D≤0.35mm时，预测阻抗值与阻抗实测值的差异可控制在3.127％以内，说明差分过孔阻抗公式可应用于不同材料的过孔阻抗值的预测，所述预测阻抗值与阻抗实测值相符合，可以应用于差分过阻抗值的预测。表2如图3所示，差分过孔阻抗与线路阻抗匹配方法，包括如下步骤：步骤01、获取设计参数；所述设计参数由客户提供，设计参数包括差分过孔中心间距d、差分过孔直径D、相对介电常数εr和线路阻抗；步骤02、根据设计参数以及差分过孔阻抗公式计算差分过孔的预测阻抗值Zdiff；所述差分过孔阻抗公式为：Zdiff=39.6ϵrcosh-1(d/D)+57.79,]]>其中d为差分过孔中心间距，D为差分过孔直径，D≤0.35mm；再根据计算得到的预测阻抗值对差分过孔进行相应的补偿；以使预测阻抗值与线路阻抗匹配。如图4所示，差分过孔阻抗与线路阻抗匹配装置，包括：获取模块，获取设计参数；所述设计参数由客户提供，设计参数包括差分过孔中心间距d、差分过孔直径D、相对介电常数εr和线路阻抗；处理模块，根据设计参数以及差分过孔阻抗公式计算差分过孔的预测阻抗值Zdiff；所述差分过孔阻抗公式为：Zdiff=39.6ϵrcosh-1(d/D)+57.79,]]>其中d为差分过孔中心间距，D为差分过孔直径，D≤0.35mm；再根据计算得到的预测阻抗值对差分过孔进行相应的补偿，以使预测阻抗值与线路阻抗匹配。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3