一种内凹式绕线差分线、印刷电路板及设计方法与流程

本发明涉及电路板技术领域。本发明进一步涉及一种内凹式绕线差分线、印刷电路板及设计方法。

背景技术：

在传统数字系统设计中，高速互联现象常常可以忽略不计，因为它们对系统的性能影响很微弱。然而，随着计算机技术的不断发展，在众多决定系统性能的因素里，高速互联现象正起着主导作用，常常导致一些不可预见问题的出现，极大的增加了系统设计的复杂性。因此在高速链路设计中，要尽量优化各个模块，借助仿真工具提前评估设计可行性及风险点，并依据仿真结果优化设计，提高系统设计成功率，缩短研发周期。

在服务器系统高速信号链路设计过程中，链路阻抗是影响信号质量的重要因素。阻抗不连续的链路导致信号反射严重，使接收端眼图变差甚至闭合，导致设计失败。但在某些情况下，比如差分线等长设计时，需要将差分线中某一根走线绕长，此时可能会引入阻抗不连续点，因此在高速线等长设计时进行链路阻抗优化显得尤为重要。

在高速链路设计中，针对差分线等长设计的问题，常常对差分线中某一根走线进行弯折绕线处理，为了起到走线长度匹配并同时降低阻抗不连续的效果，通常会限定绕线区域的每段走线长度及走线间距，比如3w2s方法，如图1中实线矩形框a部分所示。这种方法限定绕线区域差分线最大间距小于原始差分线间距的2倍，每个绕线线段长度不得超过线宽的3倍。

虽然这种设计思想能够有效进行走线长度匹配，通过限定走线间距及线段长度方法降低阻抗不连续的影响，但差分线间距增大带来的阻抗上升问题仍然没有根本解决。另外，很多高速线布线区域走线较密，很难有空间进行3w2s绕线设计，如图1中虚线矩形框b部分所示。

因此，针对高速链路中由于需要等长绕线设计而使差分线间距变大进而导致阻抗不连续，以及在高密度布线区域绕线空间不足的问题，需要提出一种优化的差分线，使绕线区域不会占用更多的空间，同时保证链路的阻抗一致性。

技术实现要素：

一方面，本发明基于上述目的提出了一种内凹式绕线差分线，其中该差分线包括第一线和第二线，第一线与第二线平行走线，其中：

第二线包括正常区段和绕线区段，其中第二线的正常区段与第一线之间具有第一线间距，第二线的绕线区段与第一线之间具有第二线间距，并且第一线间距大于第二线间距；

差分线的主参考层在第二线的绕线区段范围内具有断层。

根据本发明的内凹式绕线差分线的实施例，其中第二线的正常区段的总长度大于第二线的绕线区段的总长度。

根据本发明的内凹式绕线差分线的实施例，其中第一线和第二线具有线宽，差分线的主参考层具有参考层间距，差分线具有阻抗，第二线间距的大小由线宽、参考层间距以及阻抗共同决定。

根据本发明的内凹式绕线差分线的实施例，其中第二线包括多个绕线区段，并且每个绕线区段的长度不超过阈值。

另一方面，本发明还提出了一种具有内凹式绕线差分线的印刷电路板，其中印刷电路板包括内凹式绕线差分线，该差分线包括第一线和第二线，第一线与第二线平行走线，其中：

第二线包括正常区段和绕线区段，其中第二线的正常区段与第一线之间具有第一线间距，第二线的绕线区段与第一线之间具有第二线间距，并且第一线间距大于第二线间距；

差分线的主参考层在第二线的绕线区段范围内具有断层。

根据本发明的具有内凹式绕线差分线的印刷电路板的实施例，其中第二线的正常区段的总长度大于第二线的绕线区段的总长度。

根据本发明的具有内凹式绕线差分线的印刷电路板的实施例，其中第一线和第二线具有线宽，差分线的主参考层具有参考层间距，差分线具有阻抗，第二线间距的大小由线宽、参考层间距以及阻抗共同决定。

根据本发明的具有内凹式绕线差分线的印刷电路板的实施例，其中第二线包括多个绕线区段，并且每个绕线区段的长度不超过阈值。

此外，本发明进一步提出了一种内凹式绕线差分线的设计方法，其中该方法包括：

选定差分线的第一线和第二线的线宽及第一线和第二线之间的第一线间距；

检查印刷电路板上差分线的主参考层的参考层间距；

确定第二线的应具备阻抗；

基于线宽、参考层间距和应具备阻抗计算小于所述第一线间距的第二线间距；

在正常走线区域内将第一线和第二线布置为以第一线间距相互平行走线；

在绕线区域内将第一线和第二线布置为以第二线间距相互平行走线，并且在绕线区域内将第二线的主参考层挖空。

根据本发明的内凹式绕线差分线的设计方法的实施例，其中基于线宽、参考层间距和阻抗计算小于所述第一线间距的第二线间距进一步包括：

在阻抗计算软件中输入线宽、参考层间距；

以第一线间距的一半作为第二线间距的选值并输入到阻抗计算软件中以计算当前选值对应的阻抗；

基于阻抗的计算结果与应具备阻抗的比较调整第二线间距的选值并再次计算，直至阻抗的计算结果与应具备阻抗的比较处于误差范围内，并以该次计算的第二线间距的选值作为第二线间距的最终取值。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：通过在高速差分线中将传统的外凸式绕线改为内凹式绕线，使绕线区域不会占用更多的空间，同时针对绕线区域的参考层进行优化，保证了链路的阻抗一致性，同时解决了布线空间及阻抗一致性两方面的问题，为高速差分线等长绕线设计提供了指导。

本发明提供了实施例的各方面，不应当用于限制本发明的保护范围。根据在此描述的技术可设想到其它实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。

下面参考附图更详细地解释和描述了本发明的实施例，但它们不应理解为对于本发明的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，结构顺序可以被不同地布置。

图1示出了印刷电路板的布线的局部示意图；

图2示出了传统的外凸式绕线差分线的局部示例性示意图；

图3示出了根据本发明的内凹式绕线差分线的实施例的局部示例性示意图；

图4示出了根据本发明的内凹式绕线差分线的设计方法的实施例的示意性框图；

图5示出了传统的外凸式绕线差分线的示例和根据本发明的内凹式绕线差分线示例的阻抗仿真结果的比较。

具体实施方式

虽然本发明可以以各种形式实施，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性和非限制性实施例，但应该理解的是，本公开将被认为是本发明的示例并不意图将本发明限制于所说明的具体实施例。

如前述所提及的，在传统的高速链路设计中常常对差分线中某一根走线进行弯折绕线处理，如图1中实线矩形框a部分所示。其中，a部分的绕线通常采用如图2所示的传统的外凸式绕线差分线100的方式布置。在传统的外凸式绕线差分线100中，差分线100包括第一线10和第二线20，并且第一线10和第二线20大体上平行地走线。此外，第二线20包括正常区段21和绕线区段22，并且第二线20绕线区段22以第一线10为基准向外凸。如图2所示在正常走线区域内第二线20的正常区段21与第一线10之间的线间距为s1，而在绕线区域内第二线20的绕线区段22与第一线10之间的线间距为s2，显然，s2大于s1，并且，根据传统外凸式绕线的通常设计标准，比如3w2s方法，限定绕线区域差分线最大间距小于正常走线区域差分线间距的2倍，每个绕线线段长度不得超过线宽的3倍。上述外凸式绕线通过限定走线间距及线段长度方法降低阻抗不连续的影响，但差分线间距增大带来的阻抗上升问题仍然没有根本解决。另外，很多高速线布线区域走线较密，很难有空间进行3w2s绕线设计，如图1中虚线矩形框b部分所示。

为进一步说明该设计方法，以某特定高速线等长绕线设计为例详细说明。某高速链路在某区域需要做等长设计，如图2所示，将差分线中某条线进行弯折绕线设计。假定该链路阻抗控制在100ohm，表层走线原始线宽w1，线间距s1。为了进行等长绕线设计，其中一根信号线进行弯折绕线，绕线后的正常走线区域仍保持原线宽线w1和线间距s1，绕线区域线宽w1，线间距s2。通常的设计规则为线宽保持不变。在本例中，w1＝4mil，s＝13mil，仿真计算差分阻抗99.86ohm。针对绕线区域进行阻抗仿真，仿真差分阻抗为102.44ohm(参见图5)，这是由于线宽维持不变而绕线区域中差分线的线间距变大引起的。

为了解决布线空间及阻抗一致性的问题，根据本发明的实施例将绕线方向由外凸改为内凹，以此节省空间，同时对绕线区域的参考层进行优化，保证阻抗连续性。具体地说，如图3所示的局部示意图，在本发明的内凹式绕线差分线(局部)200的实施例中，该差分线包括第一线10和第二线30，第一线10与第二线30大体上平行走线。此外，第二线30包括正常区段31和绕线区段32，并且第二线30的绕线区段32以第一线10为基准是向内凹的。进一步地说，第二线30的正常区段31与第一线10之间具有第一线间距s1，第二线30的绕线区段32与第一线10之间具有第二线间距s3，并且第一线间距s1大于第二线间距s3。除此以外，差分线200的主参考层在第二线30的绕线区段32范围内具有断层k。并且，在优选地实施例中，断层k的形状和尺寸与第二线30的绕线区段32相同。所谓断层，即将与第二线30的绕线区段32相邻的主参考层挖空，使得将主参考层的与第二线30的绕线区段32相对应的位置空出来。由于第二线30的绕线区段32与第一线10的线间距变小会导致阻抗变小，因此将绕线区段32相邻的主参考层挖空，进而抵消阻抗变化。

以前述示例更详细地解释本发明的内凹式绕线差分线，如图3所示，假定该链路阻抗控制为100ohm，表层走线原始线宽w1，线间距s1。为了进行等长绕线设计，其中一根信号线进行内凹弯折绕线，绕线后的正常走线区域仍保持原线宽线w1和线间距s1，绕线区域线宽w1而线间距则为第二线间距s3。由于线间距变小会导致阻抗变小，将绕线区段32相邻的主参考层挖空，进而抵消阻抗变化。在本例中，原始差分线距参考层距离2.8mil，将相邻层挖空后差分线距参考层距离12.2mil，针对绕线区域进行阻抗仿真，仿真差分阻抗为99.73ohm，有效保持了阻抗连续性，参见图5的表格所示的对比结果。

在本发明的内凹式绕线差分线的一些实施例中，第二线30的正常区段31的总长度大于第二线30的绕线区段32的总长度。换句话说，第二线30的与第一线10间距为s1(较大)的部分的总长度大于第二线30的与第一线10间距为s3(较小)的部分的总长度。优选地，第二线30的正常区段31的总长度远大于第二线30的绕线区段32的总长度。

在本发明的内凹式绕线差分线的一些实施例中，第一线10和第二线30具有线宽w1，差分线200的主参考层具有参考层间距h1，差分线200具有阻抗r1，第二线间距s3的大小由线宽w1、参考层间距h1以及阻抗r1共同决定。在高速链路的阻抗计算中，线宽、线间距和参考层间距等都会影响阻抗的大小。而在进行差分线绕线布置时，由于线宽w1、参考层间距h1已经确定，为了保证第一线10和第二线30的阻抗的一致性，在本发明的实施例中，可以由确定的线宽w1、确定的参考层间距h1以及应保持一致的阻抗r1(即第一线10所具有的阻抗)共同决定第二线间距s3的大小。根据经验，在优选地实施例中，第二线间距s3的大小通常约为第一线间距s1的一半。

在本发明的内凹式绕线差分线的一些实施例中，第二线30包括多个绕线区段32，并且每个绕线区段32的长度不超过阈值。为了满足等长绕线设计的需要，根据不同的链路走线设计，第二线30可以包括多个绕线区段32，并且每个绕线区段32的长度不超过阈值，例如不超过线宽的3倍。此外，每个绕线区段32的长度不超过阈值还保证了主参考层的断层不会过大，从而避免了由于断层部分过大而对电路板的强度和稳定性等性能造成不良影响。

另一方面，本发明还提出了一种具有内凹式绕线差分线的印刷电路板，其中印刷电路板包括内凹式绕线差分线200，该差分线200包括第一线10和第二线30，第一线10与第二线30平行走线，其中：

第二线30包括正常区段31和绕线区段32，其中第二线30的正常区段31与第一线10之间具有第一线间距s1，第二线30的绕线区段32与第一线10之间具有第二线间距s3，并且第一线间距s1大于第二线间距s3；

差分线200的主参考层在第二线30的绕线区段32范围内具有断层k。

在本发明的具有内凹式绕线差分线的印刷电路板的一些实施例中，第二线30的正常区段31的总长度大于第二线30的绕线区段32的总长度。

在本发明的具有内凹式绕线差分线的印刷电路板的一些实施例中，第一线10和第二线30具有线宽w1，差分线200的主参考层具有参考层间距h1，差分线200具有阻抗r1，第二线间距s3的大小由线宽w1、参考层间距h1以及阻抗r1共同决定。

在本发明的具有内凹式绕线差分线的印刷电路板的一些实施例中，第二线30包括多个绕线区段32，并且每个绕线区段32的长度不超过阈值。

此外，本发明进一步提出了一种内凹式绕线差分线200的设计方法，其中该方法包括：

s1：选定差分线的第一线和第二线的线宽w1及第一线和第二线之间的第一线间距s1；

s2：检查印刷电路板上差分线的主参考层的参考层间距h1；

s3：确定第二线30的应具备阻抗r1；

s4：基于线宽w1、参考层间距h1和应具备阻抗r1计算小于第一线间距s1的第二线间距s3；

s5：在正常走线区域内将第一线10和第二线30布置为以第一线间距s1相互平行走线；

s6：在绕线区域内将第一线10和第二线30布置为以第二线间距s3相互平行走线，并且在绕线区域内将第二线30的主参考层挖空k。

在本发明的内凹式绕线差分线200的设计方法的进一步实施例中，步骤s4基于线宽w1、参考层间距h1和阻抗r1计算小于第一线间距s1的第二线间距s3进一步包括：

s41：在阻抗计算软件中输入线宽w1、参考层间距h1；

s42：以第一线间距s1的一半作为第二线间距s3的选值s3＇并输入到阻抗计算软件中以计算当前选值s3＇对应的阻抗r＇；

s43：基于阻抗的计算结果r＇与应具备阻抗r1的比较调整第二线间距的选值s3＇并再次计算，直至阻抗的计算结果r＇与应具备阻抗r1的比较处于误差范围内，并以该次计算的第二线间距的选值s3＇作为第二线间距的最终取值s3。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：通过在高速差分线中将传统的外凸式绕线改为内凹式绕线，使绕线区域不会占用更多的空间，同时针对绕线区域的参考层进行优化，保证了链路的阻抗一致性，同时解决了布线空间及阻抗一致性两方面的问题，为高速差分线等长绕线设计提供了指导。

应当理解的是，在技术上可行的情况下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本发明范围内的另外实施例。此外，本文所述的特定示例和实施例是非限制性的，并且可以对以上所阐述的结构、步骤及顺序做出相应修改而不脱离本发明的保护范围。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。然而，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。

上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。在基本上不脱离本文描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内。