信号传输线及其设计方法、柔性印刷电路板与流程

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种信号传输线及其设计方法、柔性印刷电路板。

背景技术：

随着电子产品的高速发展，电子产品的功能变得越来越复杂。各类电子系统的内部的各个功能模块之间需要通过信号传输线进行信号连接。信号传输线一般通过功能模块的连接器与各功能模块进行连接，所以信号传输线与功能模块的连接器连接时需要与信号传输阻抗相匹配以保证信号的传输质量。

传统技术提供的信号传输线的传输导体的特性阻抗与信号传输阻抗不匹配，随着信号传输速率的上升，该信号传输线在传输信号时容易引起信号传输失真和信号强度衰减，降低信号的传输质量，导致这种技术提供的信号传输线的信号传输可靠性偏低。例如传统技术采用线缆或软排线连接功能模块传输信号，由于线缆或软排线的传输导体与信号传输阻抗不匹配导致高速信号传输失真，高速信号传输可靠性差，影响了高速信号的传输质量。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统技术可靠性偏低的问题，提供一种信号传输线及其设计方法、柔性印刷电路板。

一种信号传输线的设计方法，包括如下步骤：

确定信号传输线的外型参数；

设计所述信号传输线的层叠结构；

获取所述信号传输线在传输目标信号时的特性阻抗值，将所述特性阻抗值输入与所述层叠结构相对应的带状线模型，获取所述信号传输线的层叠结构的特征参数；

利用所述外型参数和层叠结构的特征参数设计出相应的信号传输线。

上述信号传输线的设计方法，确定信号传输线的外型参数，设计信号传输线的层叠结构，获取信号传输线在传输目标信号时的特性阻抗值，将该特性阻抗值输入与层叠结构相对应的带状线模型获取信号传输线的层叠结构的特征参数，利用所述外型参数和层叠结构的特征参数设计出相应的信号传输线。该方案使得信号传输线的层叠结构的特征参数对应于传输目标信号时的特性阻抗值，保证了信号传输线的特性阻抗与信号传输阻抗相匹配，提高了信号传输的可靠性和完整性，还提升了信号传输的电磁兼容性。

在一个实施例中，所述设计所述信号传输线的层叠结构的步骤包括：

依次构建TOP平面层、信号层和BOTTOM平面层，得到三层信号传输线结构；

采用所述三层信号线结构作为信号传输线的层叠结构。

在一个实施例中，所述信号传输线的层叠结构的特征参数包括信号层的宽度和厚度、填充介质的介电常数以及各层之间的距离；

所述三层传输线结构包括对称式三层传输线结构和非对称式三层传输线结构。

在一个实施例中，所述三层传输线结构为对称式三层传输线结构；

所述将所述特性阻抗值输入与所述层叠结构相对应的带状线模型，获取所述信号传输线的层叠结构的特征参数的步骤包括：

将所述特性阻抗值作为对称式三层传输线结构的目标阻抗值，输入对称式带状线模型，获取信号层的宽度和厚度、填充介质的介电常数以及各层之间的距离；所述对称式带状线模型为：

其中，Z₀表示所述对称式三层传输线结构的目标阻抗值，ε_r表示所述填充介质的介电常数，H表示所述TOP平面层与BOTTOM平面层之间的距离，W表示所述信号层的宽度和C_t表示所述信号层的厚度。

在一个实施例中，所述三层传输线结构为非对称式三层传输线结构；

所述将所述特性阻抗值输入与所述层叠结构相对应的带状线模型，获取所述信号传输线的层叠结构的特征参数的步骤包括：

将所述特性阻抗值作为非对称三层传输线结构的目标阻抗值，输入非对称式带状线模型，获取信号层的宽度和厚度、填充介质的介电常数、TOP平面层与信号层之间的第一距离，BOTTOM平面层与信号层之间的第二距离；

所述非对称式带状线模型为：

其中，所述Z₁表示所述非对称三层传输线结构的目标阻抗值，ε_r为所述填充介质的介电常数，H₁为所述第一距离，H₂为所述第二距离，W为所述信号层的宽度和C_t为信号层的厚度。

在一个实施例中，所述确定信号传输线的外型参数的步骤包括：

根据目标连接器的规格参数，确定信号传输线的外型参数；其中，所述外型参数包括信号传输线的长度、宽度、厚度、信号传输线端口的连接焊盘的数量、连接焊盘的长度、宽度、各个连接焊盘之间的中心间距和信号传输线的端口支撑带的长度；

所述利用所述外型参数和层叠结构的特征参数设计出相应的信号传输线的步骤包括：

利用所述信号传输线的外型参数和层叠结构的特征参数在挠性覆铜箔基板上制作出相应的信号传输线外型和层级，得到信号传输线。

针对传统技术可靠性偏低的问题，在一个实施例中，提供一种信号传输线，该信号传输线包括信号传输线主体和设于所述信号传输线主体两端的连接部件；

所述信号传输线主体采用层叠结构；所述层叠结构的特征参数与特性阻抗值具有对应关系；其中，所述特性阻抗值是指信号传输线在传输目标信号时的阻抗值；

所述连接部件用于接入目标信号，所述传输线主体用于对该目标信号进行传输。

上述信号传输线包括信号传输线主体和设于所述信号传输线主体两端的连接部件；信号传输线主体采用层叠结构，该层叠结构的特征参数与信号传输线在传输目标信号时的阻抗值具有对应关系；连接部件用于接入目标信号，传输线主体用于对该目标信号进行传输。该方案使得信号传输线的层叠结构的特征参数对应于传输目标信号时的特性阻抗值，保证了信号传输线的特性阻抗与信号传输阻抗相匹配，提高了信号传输的可靠性和完整性，还提升了信号传输的电磁兼容性。

在一个实施例中，所述层叠结构包括三层传输线结构；其中，所述三层传输线结构包括对称式三层传输线结构或非对称式三层传输线结构；

所述三层传输线结构包括TOP平面层、信号层和BOTTOM平面层；

所述信号层位于TOP平面层和BOTTOM平面层之间，所述TOP平面层与BOTTOM层之间填充有填充介质。

在一个实施例中，所述信号传输线主体的板材采用挠性覆铜箔基板；所述连接部件为连接焊盘；所述TOP平面层，信号层和BOTTOM平面层的基材是铜。

针对传统技术可靠性偏低的问题，在一个实施例中，提供一种柔性印刷电路板，该柔性印刷电路板包括如上所述的信号传输线。

附图说明

图1为一个实施例中的信号传输线的设计方法的流程图；

图2为一个实施例中的软排线的外型结构示意图；

图3为一个实施例中的信号传输线的外型结构示意图；

图4为一个实施例中的信号传输线的层叠结构示意图；

图5为一个实施例中的信号传输线的对称带状线模型示意图；

图6为一个实施例中的信号传输线的非对称带状线模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的信号传输线的设计方法的具体实施方式进行详细说明。

在一个实施例中，提供一种信号传输线的设计方法，参考图1，图1为一个实施例中的信号传输线的设计方法的流程图，该设计方法可以包括如下步骤：

步骤S101，确定信号传输线的外型参数。

信号传输线是指能够对电信号进行传输的传输线，能够对例如电子产品中的各个功能模块的数据信号进行传输。信号传输线的外型参数是指对信号传输线的外型进行设计时所需要的外型尺寸参数，例如信号传输线的长度、宽度或厚度等。

本步骤主要是对信号传输线的外型结构进行设计，可以依据所需要的传输线外型结构确定信号传输线的外型尺寸参数。

一般来说，信号传输线是通过安装在功能模块提供的连接器上从而对功能模块中的数据信号进行传输的，所以对于不同尺寸结构的连接器，可以采用相应外型尺寸参数的信号传输线。

在一个实施例中，可以根据目标连接器的规格参数，确定信号传输线的外型参数。

依据连接器规格书要求，可以对信号传输线的长度、宽度和厚度进行设计，还可以对信号传输线端口的连接焊盘的规格参数进行设计，连接焊盘的规格参数包括连接焊盘的数量、连接焊盘的长度和宽度、各个连接焊盘之间的中心间距。

本实施例主要是根据所安装的连接器规格书要求，对信号传输线的外型尺寸参数进行设计，保证信号传输线能够与连接器进行匹配，提高设计效率和信号传输的可靠性。

将信号传输线安装到连接器的时候通常需要对信号传输线进行插拔，信号传输线端口还具有支撑带，因此依据连接器规格书要求还可以对信号传输线端口的支撑带进行设计。在一个实施例中，可以将信号传输线端口的支撑带的长度设计为大于连接焊盘(即连接PAD)的长度，对连接PAD进行保护，放置连接PAD在插拔时损坏，也方便在安装信号传输线的时候插拔用力。

在一个实施例中，可以依据软排线的外型尺寸参数，确定需要设计的信号传输线的外型参数。在本实施例中，依据与目标连接器的规格尺寸匹配的软排线对信号传输线的外型尺寸参数进行设计。

图2为一个实施例中的软排线的外型结构示意图，可以参考图2所示的软排线的外型结构参数对信号传输线的外型尺寸参数进行设计。具体可以根据图2(a)所示的软排线的长度L、宽度W、连接PAD长度S1、宽度C_w和中心间距P，以及图2(b)所示的软排线的厚度T、两个连接端口的支撑带的长度d1和d2等参数对应设计信号传输线的外型尺寸参数。

参考图3，图3为一个实施例中的信号传输线的外型结构示意图，根据图2所示的软排线的外型结构参数可以对应得到如图3(a)所示的信号传输线的长度L、宽度W、连接PAD长度S1、宽度C_w和中心间距P，如图3(b)所示的信号传输线的厚度T、两个连接端口的支撑带的长度d1和d2等参数，图3(c)所示为信号传输线的仰视图，可以理解的是，图3(c)所示的结构参数与对应图3(a)所示的结构参数相对应。

采用上述实施例的方案对信号传输线的外型参数进行设计，能够提高设计效率。

步骤S102，设计所述信号传输线的层叠结构。

信号传输线可以具有不同的层叠结构，层叠结构是指构成信号传输线的各个层级的结构。由于采用不同层叠结构的信号传输线会对信号传输的质量会造成不同程度的影响，本步骤对信号传输线进行详细的层叠结构设计，为提高该信号传输线的信号传输可靠性提供设计基础。

在一个实施例中，可以通过如下方法设计信号传输线的层叠结构，包括步骤：

依次构建TOP平面层、信号层和BOTTOM平面层，得到三层信号传输线结构；采用所述三层信号线结构作为信号传输线的层叠结构。

参考图4，图4为一个实施例中的信号传输线的层叠结构示意图，信号传输线的层叠结构可以采用三层传输线结构；所述包括TOP平面层、信号层和BOTTOM平面层；其中，所述信号层位于TOP平面层和BOTTOM平面层之间，所述TOP平面层与BOTTOM层之间填充有填充介质。

在本实施例中，设计的信号传输线的层叠结构可以是三层传输线结构，三层传输线结构包括TOP平面层L1(Ground Reference)、信号层L2(Signal Trace)和BOTTOM平面层L3(Ground Reference)。

信号层一般位于TOP平面层和BOTTOM平面层之间。其中，在TOP平面层和信号层之间，信号层和BOTTOM平面层之间均可以填充有填充介质，信号层是信号传输线上主要的传输路径层，TOP平面层和BOTTOM平面层是信号的回流层或参考层。

一般来说，可以对信号传输线的各个层级的基材进行设计，为提高信号的传输质量，在一个实施例中，TOP平面层，信号层和BOTTOM平面层的基材可以设计为铜。

步骤S103，获取所述信号传输线在传输目标信号时的特性阻抗值，将所述特性阻抗值输入与所述层叠结构相对应的带状线模型，获取所述信号传输线的层叠结构的特征参数。

信号传输线会对该传输的电信号会产生一定的阻抗，可以依据该阻抗设计信号传输线的层叠结构的特征参数，包括各个层级之间的相对距离、各层级的宽度或厚度等参数，例如在三层传输线结构中，层叠结构的特征参数包括信号层的宽度和厚度、填充介质的介电常数以及各层之间的距离。

本步骤主要是获取信号传输线在传输目标信号时的特性阻抗值，将该特性阻抗值输入到带状线模型中获取信号传输线的层叠结构的特征参数，对层叠结构的特征参数进行设计从而使得信号传输线的特性阻抗与该阻抗进行匹配，保证信号传输线的信号传输质量。

带状线模型可以是与信号传输线的层叠结构对应选取的，例如三层传输线结构，一般包括对称式三层传输线结构和非对称式三层传输线结构，所以针对不同的层叠结构可以采用不同的带状线模型。

在一个实施例中，三层传输线结构为对称式三层传输线结构，步骤S103中的将所述特性阻抗值输入与所述层叠结构相对应的带状线模型，获取所述信号传输线的层叠结构的特征参数的步骤可以包括：

将特性阻抗值作为对称式三层传输线结构的目标阻抗值，输入到对称式带状线模型中，获取信号层的宽度和厚度、填充介质的介电常数以及各层之间的距离；所述对称式带状线模型为：

其中，Z₀表示所述对称式三层传输线结构的目标阻抗值，ε_r表示所述填充介质的介电常数，H表示所述TOP平面层与BOTTOM平面层之间的距离，W表示所述信号层的宽度和C_t表示所述信号层的厚度，π是指圆周率。

在本实施例中，参考图5，图5为一个实施例中的信号传输线的对称带状线模型示意图，当信号层到TOP平面与BOTTOM平面层的距离相等时，采用对称式PCB带状线的模型依据特性阻抗值获取传输线的层叠结构的特征参数。

假设信号层的宽度为W，厚度为C_t，该厚度一般是指铜厚，TOP平面层与BOTTOM平面层之间的填充介质的介电常数为ε_r，TOP平面层与BOTTOM平面层之间的参考平面距离为H，并且走线位于两个参考平面的中间可以由上述模型计算信号传输线的阻抗。

由对称式带状线模型可知Z₀可以由H、C_t、W和ε_r四个变量决定，Z₀与H成正比，与C_t、W和ε_r成反比，一般来说在当W/H<0.35以及C_t/H<0.25时，可以使用上述带状线模型计算Z₀。因此，当要求设计目标阻抗为Z₀的信号传输线时，就可通过上述模型计算其它几个量，几个量也可以由二维场仿真工具计算出来，由计算出的这几个参数再指导信号传输线如PCB设计的板材选择、PCB布线规则的线宽或铜厚设计等。

在一个实施例中，所述三层传输线结构为非对称式三层传输线结构，步骤S103中的将所述特性阻抗值输入与所述层叠结构相对应的带状线模型，获取所述信号传输线的层叠结构的特征参数的步骤可以包括：

可以将所述特性阻抗值作为非对称三层传输线结构的目标阻抗值，输入非对称式带状线模型，获取信号层的宽度和厚度、填充介质的介电常数、TOP平面层与信号层之间的第一距离，BOTTOM平面层与信号层之间的第二距离；所述非对称式带状线模型为：

其中，所述Z₁表示所述非对称三层传输线结构的目标阻抗值，ε_r为所述填充介质的介电常数，H₁为所述第一距离，H₂为所述第二距离，W为所述信号层的宽度和C_t为信号层的厚度。

在本实施例中，参考图6，图6为一个实施例中的信号传输线的非对称带状线模型示意图，当信号层到TOP平面与BOTTOM平面层的距离不相等时，采用非对称式PCB带状线的模型依据特性阻抗值获取传输线的层叠结构的特征参数。对于信号传输层宽度为W、厚度为C_t、TOP平面与BOTTOM平面层之间的填充介质的介电常数为ε_r、TOP平面层与信号层之间的距离为H₁、BOTTOM平面层与信号层之间的距离为H₂的信号传输线，其阻抗Z₁可以由上述非对称式带状线模型计算得到。

因此，当要求设计目标阻抗为Z₁的信号传输线时，就可通过上述非对称式带状线模型计算其它几个量，可以由计算出的这几个参数再指导PCB设计的板材选择、PCB布线规则的线宽、铜厚设计等。

步骤S104，利用所述外型参数和层叠结构的特征参数设计出相应的信号传输线。

在本步骤中，利用上述步骤得到的外型参数和层叠结构的特征参数能够设计出与外型参数对应的信号传输线外型，以及与层叠结构的特征参数对应的各个层级，完成信号传输线的设计。

在一个实施例中，可以利用所述信号传输线的外型参数和层叠结构的特征参数在挠性覆铜箔基板上设计出相应的信号传输线外型和层级，得到信号传输线。

本实施例主要是在挠性覆铜箔基板上依据外型参数和层叠结构的特征参数设计对应的信号传输线。其中对该挠性覆铜箔基板的具体型号或规格本案可以不做具体限制，只要挠性覆铜箔基板的柔韧性满足拟替代的信号传输线如软排线在产品正常安装与维护时的弯曲度要求即可。

上述实施例的技术方案，保证信号传输线的柔韧度，使得该信号传输线在使用时不易损坏，进而提高信号传输线的信号完整性和可靠性。

上述任意一个实施例所述的信号传输线的设计方法，确定信号传输线的外型参数，设计信号传输线的层叠结构，获取信号传输线在传输目标信号时的特性阻抗值，将该特性阻抗值输入与层叠结构相对应的带状线模型获取信号传输线的层叠结构的特征参数，利用所述外型参数和层叠结构的特征参数设计出相应的信号传输线。该方案使得信号传输线的层叠结构的特征参数对应于传输目标信号时的特性阻抗值，保证了信号传输线的特性阻抗与信号传输阻抗相匹配，提高了信号传输的可靠性和完整性，提升了信号传输的电磁兼容性。

为了克服传统技术提供的信号传输线的信号传输可靠性和完整性偏低的问题，在一个实施例中，提供一种信号传输线，该信号传输线可以是利用上述任意一个实施例所述信号线传输方法进行设计的，该信号传输线包括信号传输线主体和设于所述信号传输线主体两端的连接部件；

所述信号传输线主体采用层叠结构；所述层叠结构的特征参数与特性阻抗值具有对应关系；其中，所述特性阻抗值是指信号传输线在传输目标信号时的阻抗值；

所述连接部件用于接入目标信号，所述传输线主体用于对该目标信号进行传输。

上述实施例提供的信号传输线包括信号传输线主体和设于所述信号传输线主体两端的连接部件；信号传输线主体采用层叠结构，该层叠结构的特征参数与信号传输线在传输目标信号时的阻抗值具有对应关系；连接部件用于接入目标信号，传输线主体用于对该目标信号进行传输。该方案使得信号传输线的层叠结构的特征参数对应于传输目标信号时的特性阻抗值，保证了信号传输线的特性阻抗与信号传输阻抗相匹配，提高了信号传输的可靠性和完整性，还提升了信号传输的电磁兼容性。

在一个实施例中，所述层叠结构包括三层传输线结构；其中，所述三层传输线结构包括对称式三层传输线结构或非对称式三层传输线结构；

所述三层传输线结构包括TOP平面层、信号层和BOTTOM平面层；

所述信号层位于TOP平面层和BOTTOM平面层之间，所述TOP平面层与BOTTOM层之间填充有填充介质。

在一个实施例中，所述信号传输线主体的板材采用挠性覆铜箔基板；所述连接部件为连接焊盘；所述TOP平面层，信号层和BOTTOM平面层的基材是铜。

在一个实施例中，还提供一种柔性印刷电路板，该柔性印刷电路板包括如上任意一个实施例所述的信号传输线。

本实施例提供既可以具备软排线的柔软性，又能对高速信号进行阻抗控制的超薄柔性印刷电路板，即柔性PCB。本实施例的柔性印刷电路板具有屏蔽且能控制信号线阻抗的功能，可以用来替代传输技术所使用的软排线进行信号传输，能够减少信号失真，提高信号完整性和可靠性满足信号传输质量的要求，从而提升产品整体电磁兼容性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。