一种PCB差分过孔设计方法及PCB设计方法与流程

一种pcb差分过孔设计方法及pcb设计方法
技术领域
1.本发明属于布图设计技术领域，具体涉及一种pcb差分过孔设计方法及pcb设计方法。


背景技术：

2.随着电子技术的发展以及信号速率的增大，人们对于信号的性能提出了更高的要求，进而在研发过程中，需要研发设计人员更加精细地考虑及处理pcb设计过程中的许多问题，以追求在性能最优化的基础上实现成本的最低化。
3.在一个高速印刷电路板(pcb)中，通孔在降低信号完整性性能方面一直饱受诟病。然而，过孔的使用是不可避免的。在标准的pcb板上，元器件被放置在顶层，而差分对的走线在内层。内层的电磁辐射和对与对之间的串扰较低。必须使用过孔将pcb板平面上的组件与内层相连。在现有的pcb设计过程中，在金手指或有高速差分线的连接器等器件的差分过孔设计时，通常会采用平行的打孔方式。这样的过孔设计方式占用的空间比较大，而且水平方向上信号相互干扰，当信号速率变高时，高速信号的传输质量会下降。现有技术的差分孔横平竖直排布方式占用的空间比较大，在水平方向上，信号之间会有较大的串扰，不利于高速信号的传输。而且通常需要在内层挖antipad，由于空间限制，差分信号的10度走线极容易距离antipad的边缘很近，甚至无法参考完整的gnd平面，出现跨分割问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述不足，本发明提供一种pcb差分过孔设计方法及pcb设计方法，以解决上述技术问题。
5.本发明提供一种pcb差分过孔设计方法，包括：
6.将同层差分过孔组合分为第一对孔和第二对孔，第一对孔和第二对孔均包括两个过孔，设定第一对孔和第二对孔的内部过孔间距；
7.所述第一对孔的圆心连接线与差分信号引脚的轴线呈45
°
夹角；
8.定位第一对孔的圆心连接线的垂直平分线，并根据设定的第一对孔与第二对孔的间距，在所述垂直平分线上创建第二对孔以使第二对孔的圆心连接线与所述垂直平分线重合。
9.进一步的，所述方法还包括：
10.根据设定的地线过孔与差分过孔的最小圆心距离，按照优先由两个差分过孔共享一个地线过孔的原则创建多个地线过孔。
11.进一步的，所述方法还包括：
12.如果存在两层差分过孔组合，则以一组差分信号引脚的最左侧引脚的中心点为原点建立坐标系；
13.在所述坐标系上创建第一层差分信号过孔组合，其中第一层差分信号过孔组合的
过孔坐标分别为过孔坐标分别为其中，a为对孔内的过孔间距，b为设定的常数，c为同层差分过孔组合的第一对孔圆心连接线与第二对孔的圆心的最小距离；
14.在所述坐标系上创建第二层差分信号过孔组合，其中第二层差分信号过孔组合的过孔坐标分别为别为其中a为对孔内的过孔间距，b为设定的常数，c为同层差分过孔组合的第一对孔圆心连接线与第二对孔的圆心的最小距离，d为地线过孔与差分过孔的最小圆心距离。
15.进一步的，根据设定的走线与过孔的最小距离和设定的走线之间的最小间距生成各差分过孔与差分引脚的连接线。
16.进一步的，设定对孔内的过孔间距a为30mils。
17.进一步的，设定同层差分过孔组合的第一对孔圆心连接线与第二对孔的圆心的最小距离c为
18.进一步的，所述第一层差分信号过孔组合为tx信号过孔组合，第二层差分信号过孔组合为rx信号过孔组合。
19.进一步的，对差分过孔组合进行仿真分析，获取信号传染，对差分过孔组合方案进行校验。
20.本发明还提供一种pcb设计方法，采用上述pcb差分过孔设计方法设计pcb的差分过孔。
21.本发明的有益效果在于，本发明提供的pcb差分过孔设计方法及pcb设计方法，通过将同层差分过孔组合分为第一对孔和第二对孔，第一对孔和第二对孔均包括两个过孔，设定第一对孔和第二对孔的内部过孔间距；令第一对孔的圆心连接线与差分信号引脚的轴线呈45
°
夹角；定位第一对孔的圆心连接线的垂直平分线，并根据设定的第一对孔与第二对孔的间距，在所述垂直平分线上创建第二对孔以使第二对孔的圆心连接线与所述垂直平分线重合。本发明改进了差分过孔的设计方法，通过对金手指处的差分过孔的打孔方式进行改变，从而优化高速信号之间的串扰，提高信号的完整性，改善高速信号的传输质量。减小串扰的差分过孔的设计方法更加节省pcb设计的空间。而且，由于走线距离短，dp和dn不耦合长度短，布线空间充足，从而避免了出现跨分割问题。
22.此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
23.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，对于本领域普通技术人员而言，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。
24.图1是本技术一个实施例的pcb差分过孔设计方法的示例性流程图。
25.图2是本技术一个实施例的pcb差分过孔设计方法的示例性原理图。
26.图3是本技术一个实施例的pcb差分过孔设计方法的示例性效果图。
27.其中，1、第一对孔；2、第二对孔；3、地线过孔；4、差分信号引脚；5、接地信号引脚。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.布图设计是根据微电子技术电路及其制造工艺的要求进行的掩模设计。布图设计一般包含布局(电路元件、器件的安置)和布线(电路元件、器件的互连)两个相互关连的设计步骤。布图设计的主要任务是按给定的制造工艺条件，完成电路元件、器件的布置和元件间必需的互连，保证：芯片有较高的布图密度；互连符合元件、器件的电学性能要求(如负载能力等)；互连产生的寄生效应的影响(如连线寄生电容等)在设计要求允许范围以内并考虑设计制造周期、设计正确性验证和设计成本等。
33.pcb(printed circuit board)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。pcb(printed circuit board)即印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元件，为了使各个元件之间的电气互连，都要使用印制板。印制线路板由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。它可以代替复杂的布线，实现电路中各元件之间的电气连接，不仅简化了电子产品的装配、焊接工作，减少传统方式下的接线工作量，大大减轻工人的劳动强度；而且缩小了整机体积，降低产品成本，提高电子设备的质量和可靠性。印制线路板具有良好的产品一致性，它可以采用标准化设计，有利于在生产过程中实现机械化和自动化。同时，整块经过装配调试的印制线路板可以作为一个独立的备件，便于整
机产品的互换与维修。目前，印制线路板已经极其广泛地应用在电子产品的生产制造中。印制线路板最早使用的是纸基覆铜印制板。自半导体晶体管于20世纪50年代出现以来，对印制板的需求量急剧上升。特别是集成电路的迅速发展及广泛应用，使电子设备的体积越来越小，电路布线密度和难度越来越大，这就要求印制板要不断更新。目前印制板的品种已从单面板发展到双面板、多层板和挠性板；结构和质量也已发展到超高密度、微型化和高可靠性程度；新的设计方法、设计用品和制板材料、制板工艺不断涌现。近年来，各种计算机辅助设计(cad)印制线路板的应用软件已经在行业内普及与推广，在专门化的印制板生产厂家中，机械化、自动化生产已经完全取代了手工操作。
34.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
35.实施例1
36.请参考图1和图2，本实施例提供一种pcb差分过孔设计方法，包括以下步骤：
37.s1、将同层差分过孔组合分为第一对孔1和第二对孔2，第一对孔1和第二对孔2均包括两个过孔，设定第一对孔1和第二对孔2的内部过孔间距；
38.s2、第一对孔1的圆心连接线与差分信号引脚4的轴线呈45
°
夹角；
39.s3、定位第一对孔1的圆心连接线的垂直平分线，并根据设定的第一对孔1与第二对孔2的间距，在所述垂直平分线上创建第二对孔2以使第二对孔2的圆心连接线与所述垂直平分线重合。
40.实施例2
41.本实施例提供一种pcb差分过孔设计方法，请参考图3，包括：
42.如果存在两层差分过孔组合，以金手指的差分过孔为例，则以一组差分信号引脚4的最左侧引脚的中心点为原点建立坐标系。
43.在坐标系上创建第一层差分信号过孔组合(tx差分过孔)，其中第一层差分信号过孔组合的过孔坐标分别为坐标分别为其中，a为对孔内的过孔间距，b为设定的常数，c为同层差分过孔组合的第一对孔1圆心连接线与第二对孔2的圆心的最小距离；
44.在坐标系上创建第二层差分信号过孔组合(rx差分过孔)，其中第二层差分信号过孔组合的过孔坐标分别为孔组合的过孔坐标分别为其中a为对孔内的过孔间距，b为设定的常数，c为同层差分过孔组合的第一对孔1圆心连接线与第二对孔2的圆心的最小距离，d为地线过孔3与差分过孔的最小圆心距离。
45.其中，设定对孔内的过孔间距a为30mils；设定同层差分过孔组合的第一对孔1圆心连接线与第二对孔2的圆心的最小距离c为即第一对孔1圆心距第二对孔2的圆心的最小距离为40mils。
46.根据设定的走线与过孔的最小距离和设定的走线之间的最小间距生成各差分过孔与差分引脚的连接线。
47.生成所有差分过孔以及差分过孔与差分引脚的连接线之后，根据设定的地线过孔3与差分过孔的最小圆心距离，按照优先由两个差分过孔共享一个地线过孔3的原则创建多个地线过孔3。在该原则下，能够尽量减少地线过孔3的数量和减小地线过孔3的分布区域，从而实现节省pcb板空间的效果。最后生成地线过孔3与接地信号引脚5的连接线。
48.如图3所示，下方的两对差分过孔a和b为tx信号，上方的两对差分过孔c、d为rx信号，其余过孔为伴随gnd回流孔。差分过孔dp和dn之间的中心距为30mils，差分对过孔b在差分对过孔a的垂直平分线上，而且差分对过孔b到差分对过孔a的中心距离是40mils。类似地，差分对过孔d在差分对过孔c的垂直平分线上，而且差分对过孔d到差分对过孔c的中心距离是40mils。
49.对金手指处普通的差分过孔平行的设计方式和减小串扰的差分过孔设计方式进行仿真分析，查看其信号的串扰，普通的差分过孔平行的设计方式的信号串扰约为-46db@16ghz，减小串扰的差分过孔设计方式的信号串扰约为-39db@16ghz。从串扰方面来说，减小串扰的差分过孔的设计方法更优化。
50.从pcb设计空间上来说，金手指处普通的差分过孔平行的设计方式所占用的空间，从金手指的pin到最上方的via，占用空间为5.35mm，而本实施例的差分过孔设计方式所占用的空间，从金手指的pin到最上方的via，占用空间为4.15mm。节约了pcb布局布线的空间。
51.对于金手指处普通的差分过孔平行的设计方式，容易出现由于空间不足，而造成10度参考antipad的跨分割问题；对于本实施例的设计方法，由于走线距离短，dp和dn不耦合长度短，布线空间充足，从而避免了出现跨分割现象。
52.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。