减小电源对高速信号线干扰的印制电路板及其设计方法与流程

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及减小电源对高速信号线干扰的印制电路板及其设计方法。

背景技术：

印制电路板是一种重要的电子部件，也是电子元器件的支撑体，更是电子元器件电气连接的载体。采用印制电路板不仅可以大大减少布线和装配的差错，更能提高自动化水平和生产劳动效率。

目前，随着互联网的快速发展，服务器性能的不断提升，系统的运行速度也是越来越快，系统内部芯片的传输信号的运行速度也是呈现快速上升的趋势，而这些高速信号的传输质量更是关系到整个服务器系统性能的关键因素。但是，目前的服务器的主板面积较大且元器件密度较高，高速线号很容易受到具有高辐射能量的电感和mos管及汇集大电流的电源铜面和密集电源过孔的干扰，导致服务器系统的整体性能较低。

技术实现要素：

本发明实施例提供了减小电源对高速信号线干扰的印制电路板及其设计方法，能够降低高速信号所受到的干扰。

第一方面，本发明实施例提供了一种减小电源对高速信号线干扰的印制电路板，包括：至少一个信号层、至少一个电源层和至少一个地层；

每一个所述信号层上设置有至少一条高速信号线；

每一个所述电源层上连接有至少一个开关电源模块；

在每一个所述地层上设置有至少一个隔离带，其中，所述隔离带通过挖空导电介质形成，且所述隔离带呈非闭合的带状结构；

所述至少一个隔离带中的每一个当前隔离带，用于在所述当前隔离带所在当前地层上，将与当前电源层上相应的所述开关电源模块参考的第一gnd区域与当前信号层上所述至少一条高速信号线参考的第二gnd区域隔离开，其中，所述当前地层为所述当前电源层和所述当前信号层的参考地层。

优选地，所述隔离带呈非闭合环形的带状结构；

所述第一gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域内，所述第二gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域外。

优选地，每一个所述开关电源模块包括：至少一个输出滤波电容；

所述当前隔离带上非闭合环形的开口在所述当前地层上的位置，与所述当前隔离带相对应的当前开关电源模块中所述至少一个输出滤波电容在所述当前电源层上的位置相对应。

优选地，所述当前开关模块中所述至少一个输出滤波电容在所述当前地层上的投影，位于所述当前隔离带的环形区域内，并且，所述投影与所述当前隔离带上非闭合环形的开口之间的距离不大于预设距离阈值。

优选地，所述隔离带上非闭合环形的开口宽度满足以下公式：

w＝α·i·1mm

其中，w表征所述隔离带上非闭合环形的开口宽度，α表征大于或等于1的缩放系数，i表征所述开关电源模块输出的电流的数值。

优选地，当所述地层的层数大于或等于2时，各个所述地层上所述隔离带的布置位置均相同。

第二方面，本发明实施例提供了一种如上述实施例中任一所述的减小电源对高速信号线干扰的印制电路板的设计方法，包括：

在至少一个信号层中的每一个所述信号层上设置至少一条高速信号线；

在至少一个电源层中的每一个所述电源层上连接至少一个开关电源模块；

在至少一个地层中的每一个所述地层上，通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带，使得所述至少一个隔离带中的每一个当前隔离带，可以在所述当前隔离带所在当前地层上，将与当前电源层上相应的所述开关电源模块参考的第一gnd区域与当前信号层上所述至少一条高速信号线参考的第二gnd区域隔离开，其中，所述当前地层为所述当前电源层和所述当前信号层的参考地层。

优选地，所述通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带，包括：

通过挖空导电介质形成至少一个呈非闭合环形的带状结构的所述隔离带，使得所述第一gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域内，所述第二gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域外。

优选地，所述通过挖空导电介质形成至少一个呈非闭合环形的带状结构的所述隔离带，包括：

根据所述当前开关电源模块中所述至少一个输出滤波电容在所述当前电源层上的位置，通过挖空导电介质在所述当前电源层上形成与所述当前开关电源模块相对应的当前隔离带，使得所述当前隔离带上非闭合环形的开口的位置与所述当前开关电源模块中所述至少一个输出滤波电容的位置相对应。

优选地，在所述通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带之前，进一步包括：

根据以下公式确定所述隔离带上非闭合环形的开口宽度：

w＝α·i·1mm

其中，w表征所述隔离带上非闭合环形的开口宽度，α表征大于或等于1的缩放系数，i表征所述开关电源模块输出的电流的数值。

本发明实施例提供了通过在地层设置的隔离带，可以将地层上对应于电源层上的开关电源模块参考的第一gnd区域，与对应于信号层上的每一条信号线参考的第二gnd区域隔离开，并且由于隔离带为非闭合的带状结构，所以第一gnd区域和第二gnd区域未完全分离，使得在每一条高速信号线的高速信号参考地层上的第二gnd区域时，不会被开关电源模块参考的第一gnd区域中的干扰电磁波干扰，从而能够降低高速信号所受到的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种减小电源对高速信号线干扰的印制电路板的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一种减小电源对高速信号线干扰的印制电路板的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种减小电源对高速信号线干扰的印制电路板的设计方法的流程图；

图4是本发明一实施例提供的另一种减小电源对高速信号线干扰的印制电路板的设计方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种减小电源对高速信号线干扰的印制电路板，包括：至少一个信号层101、至少一个电源层102和至少一个地层103；

每一个所述信号层101上设置有至少一条高速信号线104；

每一个所述电源层102上连接有至少一个开关电源模块105；

在每一个所述地层103上设置有至少一个隔离带106，其中，所述隔离带106通过挖空导电介质形成，且所述隔离带呈非闭合的带状结构；

所述至少一个隔离带中的每一个当前隔离带，用于在所述当前隔离带所在当前地层上，将与当前电源层上相应的所述开关电源模块参考的第一gnd区域107与当前信号层上所述至少一条高速信号线参考的第二gnd区域108隔离开，其中，所述当前地层为所述当前电源层和所述当前信号层的参考地层。

在本发明实施例中，通过在地层设置的隔离带，可以将地层上对应于电源层上的开关电源模块参考的第一gnd区域，与对应于信号层上的每一条信号线参考的第二gnd区域隔离开，并且由于隔离带为非闭合的带状结构，所以第一gnd区域和第二gnd区域未完全分离，使得在每一条高速信号线的高速信号参考地层上的第二gnd区域时，不会被开关电源模块参考的第一gnd区域中的干扰电磁波干扰，从而能够降低高速信号所受到的干扰。

在本发明一实施例中，所述隔离带呈非闭合环形的带状结构；

所述第一gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域内，所述第二gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域外。

在本发明实施例中，通过将第一gnd区域隔离在非闭合环形隔离带(例如，u型隔离带或缺少一条边的多边形隔离带)的内部，可以避免第一gnd区域内的干扰电磁波向外扩散以及防止外界的干扰电磁波进入，并且通过隔离带可以使开关电源模块参考的第一gnd区域(例如，电源gnd区域)内产生的干扰电磁波，经过内部多次反射损耗掉干扰电磁波的大部分能量，以使在高速信号在参考第二gnd区域时，不受第一gnd区域的干扰电磁波干扰，从而降低高速信号所受到的干扰，提升高速信号的传输质量，以使印制电路板的性能得以提升。

举例来说，在设置信号层上的高速信号线之后，在设置电源层上的开关电源模块时，开关电源模块在参考地层上的gnd区域应该避开高速信号参考的gnd区域，并且在地层上设置u型隔离带，将开关电源模块在地层参考的电源gnd区域隔离在隔离带的u型区域内，第二gnd区域即为各个高速信号参考的普通gnd区域被隔离带隔离在u型区域外。

基于图1所示的减小电源对高速信号线干扰的印制电路板，如图2所示，每一个所述开关电源模块包括：至少一个输出滤波电容1051；

所述当前隔离带上非闭合环形的开口在所述当前地层上的位置，与所述当前隔离带相对应的当前开关电源模块中所述至少一个输出滤波电容在所述当前电源层上的位置相对应。

在本发明实施例中，由于开关电源模块中包括输出滤波电容，所以将隔离带的开口设置在输出滤波电容的位置处，可以将开关电源模块参考的第一gnd区域(例如，电源gnd区域)内由开关电源模块内的元部件(例如，mos管、电源过孔、电感器或自导线)影射的干扰电磁波，在隔离带内经过地层的表面反射和内部多次反射来减弱具有高辐射能量的电感，再通过输出滤波电容过滤剩余的干扰电磁波，即可在高速信号参考第二gnd区域(例如，普通gnd区域)时，获得相对干净的高速信号gnd，还可以降低高速信号所受到的干扰，使得高速信号的传输质量得以提升，从而提高服务器系统的性能。

举例来说，通过u型隔离带，将地层上开关电源模块内的电源过孔、

mos管和电感器参考的电源gnd区域与高速信号线参考的普通gnd区域隔离开，并且将u型隔离带的开口设置在开关电源模块的输出滤波电容位置处，即滤波电容可以在u型隔离带开口的正中间、开口的外侧或开口的内侧。

在本发明一实施例中，所述当前开关模块中所述至少一个输出滤波电容在所述当前地层上的投影，位于所述当前隔离带的环形区域内，并且，所述投影与所述当前隔离带上非闭合环形的开口之间的距离不大于预设距离阈值。

在本发明实施例中，将开关电源内的输出滤波电容在地层上的投影，设置在隔离带的环形区域内，可以使隔离带内第一gnd区域内的干扰电磁波，经过地层表面反射和内部多次反射后，再经过隔离带内的输出滤波电容滤除掉剩余的干扰电磁波，即可使高速信号参考第二gnd区域时，获得相对干净的gnd，从而降低高速信号所受到的干扰，提高高速信号的传输质量。

举例来说，地层上u型隔离带可以根据开关电源模块内的输出滤波电容在地层上的投影，将投影设置在距离u型隔离带的开口的内侧，与开口的距离为0.5mm的位置处。

在本发明一实施例中，所述隔离带上非闭合环形的开口宽度满足以下公式：

w＝α·i·1mm

其中，w表征所述隔离带上非闭合环形的开口宽度，α表征大于或等于1的缩放系数，i表征所述开关电源模块输出的电流的数值。

在本发明实施例中，通过开关电源模块输出电流的数值，可以确定非闭合环形隔离带开口的初始宽度值，再根据缩放系数(例如，缩放系数的取值范围为[1,2])即可确定隔离带开口的最终宽度值。

在本发明一实施例中，当所述地层的层数大于或等于2时，各个所述地层上所述隔离带的布置位置均相同。

在本发明实施例中，在印制电路板的各个地层中，每一个地层上的隔离带的位置均相同，可以确保高速信号在参考地层上的gnd时，获得相对干净的gnd。

如图3所示，本发明实施例提供了如上述实施例中任一所述的减小电源对高速信号线干扰的印制电路板的设计方法，包括：

步骤301：在至少一个信号层中的每一个所述信号层上设置至少一条高速信号线；

步骤302：在至少一个电源层中的每一个所述电源层上连接至少一个开关电源模块；

步骤303：在至少一个地层中的每一个所述地层上，通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带，使得所述至少一个隔离带中的每一个当前隔离带，可以在所述当前隔离带所在当前地层上，将与当前电源层上相应的所述开关电源模块参考的第一gnd区域与当前信号层上所述至少一条高速信号线参考的第二gnd区域隔离开，其中，所述当前地层为所述当前电源层和所述当前信号层的参考地层。

在本发明实施例中，通过在地层设置的隔离带，可以将地层上对应于电源层上的开关电源模块参考的第一gnd区域，与对应于信号层上的每一条信号线参考的第二gnd区域隔离开，并且由于隔离带为非闭合的带状结构，所以第一gnd区域和第二gnd区域未完全分离，使得在每一条高速信号线的高速信号参考地层上的第二gnd区域时，不会被开关电源模块参考的第一gnd区域中的干扰电磁波干扰，从而能够降低高速信号所受到的干扰。

在本发明一实施例中，所述通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带，包括：

通过挖空导电介质形成至少一个呈非闭合环形的带状结构的所述隔离带，使得所述第一gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域内，所述第二gnd区域位于所述当前隔离带的环形区域外。

在本发明一实施例中，所述通过挖空导电介质形成至少一个呈非闭合环形的带状结构的所述隔离带，包括：

根据所述当前开关电源模块中所述至少一个输出滤波电容在所述当前电源层上的位置，通过挖空导电介质在所述当前电源层上形成与所述当前开关电源模块相对应的当前隔离带，使得所述当前隔离带上非闭合环形的开口的位置与所述当前开关电源模块中所述至少一个输出滤波电容的位置相对应。

在本发明一实施例中，在所述通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带之前，进一步包括：

根据以下公式确定所述隔离带上非闭合环形的开口宽度：

w＝α·i·1mm

其中，w表征所述隔离带上非闭合环形的开口宽度，α表征大于或等于1的缩放系数，i表征所述开关电源模块输出的电流的数值。

在本发明一实施例中，所述在至少一个地层中的每一个所述地层上，通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带，包括：

根据所述当前开关模块中所述至少一个输出滤波电容在所述当前地层上的投影，将所述当前隔离带设置在所述投影位于所述当前隔离带的环形区域内的位置处；

所述投影与所述当前隔离带上非闭合环形的开口之间的距离不大于预设距离阈值。

在本发明一实施例中，在所述在至少一个地层中的每一个所述地层上，通过挖空导电介质形成呈非闭合的带状结构的至少一个隔离带之后，进一步包括：

当地层的层数大于或等于2时，设置各个地层上隔离带的位置均相同。

为了更加清晰的说明本发明的技术方案及优点，下面以由mos管、电感器、电源过孔和输出滤波电容组成的开关电源模块为例，如图4所示，对本发明实施例提供的一种减小电源对高速信号线干扰的印制电路板的设计方法进行详细说明，具体包括以下步骤：

步骤401：在至少一个信号层中的每一个信号层上设置至少一条高速信号线。

具体地，在制作印制电路板时，需要先设计好所需的高速信号线的位置，以使印制电路板能够正常工作。

举例来说，在信号层a上分别设置高速信号线a和b。

步骤402：在至少一个电源层中的每一个电源层上连接至少一个开关电源模块。

具体地，由于信号层和电源层大小相等，所以在印制电路板的电源层上设置开关电源模块时，需要根据信号层上的各个信号线的位置，确定电源层上开关电源模块的位置，并连接开关电源模块，以使高速信号线参考地层上的普通gnd时，不受开关电源模块在地层上参考的电源gnd的影响。

举例来说，在电源层上连接带有mos管z1、电感器z2、电源过孔z3以及输出滤波电容z4的开关电源模块z。

步骤403：根据地层上被开关电源模块参考的第一gnd区域的位置和高速信号线参考的第二gnd区域的位置，通过挖空导电介质形成至少一个呈非闭合环形的带状结构的隔离带，将第一gnd区域和第二gnd区域隔离开。

具体地，为使各个高速信号线的高速信号在参考地层上的第一gnd区域的gnd时(例如，普通gnd)，不受到开关电源模块参考的第二gnd区域的gnd(例如，电源gnd)影响，在地层上将开关电源参考的电源gnd区域与各个高速信号线的高速信号参考的普通gnd区域，通过挖空地层的介质(例如，铜皮)所形成的非闭合环形带状结构的隔离带隔离开，由于是非闭合的隔离带，所以电源gnd和普通gnd仍然相通。

具体地，在地层d上设置非闭合环形带状结构的隔离带q。

步骤404：将开关电源模块参考的第一gnd区域设置在隔离带的环形区域内，将高速信号线的高速信号参考的第二gnd区域设置在隔离带的环形区域外。

具体地，由于隔离带是挖空电源层的介质所形成的，所以将开关电源模块在地层上参考的第一gnd区域隔离在隔离带的环形区域内，可以使开关电源模块中mos管、电感器以及电源过孔产生的干扰电磁波，在经过地层的表面反射和内部多次反射后得以减弱。

举例来说，通过隔离带q，将开关电源模块z在地层上参考的电源gnd区域隔离在隔离带q的环形区域内，及将高速信号线a和高速信号线b的高速信号参考的普通gnd区域隔离在隔离带q的环形区域外。

步骤405：在至少一个地层中的每一个地层上，根据地层上被开关电源模块内的输出滤波电容投影的位置，确定隔离带开口的位置。

具体地，隔离带可以使开关电源模块中mos管、电感器以及电源过孔产生的干扰电磁波，在经过地层的表面反射和内部多次反射后得以减弱，但是还是存在微弱的干扰电磁波，由于开关电源模块带有输出滤波电容，所以可将隔离带的开口设置在输出滤波电容的位置处(滤波电容可以在隔离带开口的外侧、内侧或正中央的位置)，以使在第一gnd区域内的电源gnd在经过输出滤波电容过滤后，获得干扰电磁波相对较少的电源gnd。

举例来说，将隔离带q的开口设置在输出滤波电容z4的位置处，且输出滤波电容z4在隔离带q开口的内侧，距离开口位置为0.5mm。

步骤406：根据开关电源模块输出的电流和缩放系数，确定隔离带的开口宽度。

具体地，在确定隔离带的开口宽度时，需要先确定开关电源模块输出的电流的数值，再根据实际业务需要确定缩放系数的大小，即可确定隔离带的开口宽度。

举例来说，开关电源模块快输出的电流的数值为10，缩放系数为1.3，通过将开关电源模块快输出的电流的数值和缩放系数相乘，则可得出隔离带的开口宽度为13mm。

步骤407：当地层的层数大于或等于2时，设置各个地层上隔离带的位置均相同。

具体地，在印制电路板的各个地层中，每一个地层上的隔离带的位置与均相同，可以确保高速信号在参考地层上的gnd时，获得相对干净的gnd。

举例来说，地层d上设置有隔离带q，在地层e上设置有隔离带w，在地层d上，如果隔离带q和隔离带w的位置相同，则不用添加隔离带w，如果位置不相同则添加隔离带w，在地层e上，如果隔离带w和隔离带q的位置相同，则不用添加隔离带q，如果位置不相同则添加隔离带q。

本发明各个实施例至少具有如下有益效果：

1、在本发明一实施例中，通过在地层设置的隔离带，可以将地层上对应于电源层上的开关电源模块参考的第一gnd区域，与对应于信号层上的每一条信号线参考的第二gnd区域隔离开，并且由于隔离带为非闭合的带状结构，所以第一gnd区域和第二gnd区域未完全分离，使得在每一条高速信号线的高速信号参考地层上的第二gnd区域时，不会被开关电源模块参考的第一gnd区域中的干扰电磁波干扰，从而能够降低高速信号所受到的干扰。

2、在本发明一实施例中，通过将第一gnd区域隔离在非闭合环形隔离带(例如，u型隔离带或缺少一条边的多边形隔离带)的内部，可以避免第一gnd区域内的干扰电磁波向外扩散以及防止外界的干扰电磁波进入，并且通过隔离带可以使开关电源模块参考的第一gnd区域(例如，电源gnd区域)内产生的干扰电磁波，经过内部多次反射损耗掉干扰电磁波的大部分能量，以使在高速信号在参考第二gnd区域时，不受第一gnd区域的干扰电磁波干扰，从而降低高速信号所受到的干扰，提升高速信号的传输质量，以使印制电路板的性能得以提升。

3、在本发明一实施例中，由于开关电源模块中包括输出滤波电容，所以将隔离带的开口设置在输出滤波电容的位置处，可以将开关电源模块参考的第一gnd区域(例如，电源gnd区域)内由开关电源模块内的元部件(例如，mos管、电源过孔、电感器或自导线)影射的干扰电磁波，在隔离带内经过地层的表面反射和内部多次反射来减弱具有高辐射能量的电感，再通过输出滤波电容过滤剩余的干扰电磁波，即可在高速信号参考第二gnd区域(例如，普通gnd区域)时，获得相对干净的高速信号gnd，还可以降低高速信号所受到的干扰，使得高速信号的传输质量得以提升，从而提高服务器系统的性能。

4、在本发明一实施例中，将开关电源内的输出滤波电容在地层上的投影，设置在隔离带的环形区域内，可以使隔离带内第一gnd区域内的干扰电磁波，经过地层表面反射和内部多次反射后，再经过隔离带内的输出滤波电容滤除掉剩余的干扰电磁波，即可使高速信号参考第二gnd区域时，获得相对干净的gnd，从而降低高速信号所受到的干扰，提高高速信号的传输质量。

5、在本发明一实施例中，通过开关电源模块输出电流的数值，可以确定非闭合环形隔离带开口的初始宽度值，再根据缩放系数(例如，缩放系数的取值范围为[1,2])即可确定隔离带开口的最终宽度值。

6、在本发明一实施例中，在印制电路板的各个地层中，每一个地层上的隔离带的位置均相同，可以确保高速信号在参考地层上的gnd时，获得相对干净的gnd。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。