专利名称：印刷电路板传输线的布线结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷电路板(Printed Circuit Board，以下简称PCB)传输线的布线结构，特别是一种可在高速信号布线中能提升差分对信号完整性的PCB传输线的布线结构。
背景技术：
随着集成电路输出开关速度的提高以及PCB的布线密度的增加，信号完整性已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。元器件和PCB的参数、元器件在PCB上的布局、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不工作。如何在PCB的设计过程中充分考虑到信号完整性的因素，并采取有效的控制措施，已经成为当今PCB设计业界中的一个热门课题。对于PCB上的信号传输线来讲，保持信号完整性最重要是阻抗匹配。传输线的特征阻抗与负载阻抗不匹配时，信号到达接收端后有一部分能量将沿着传输线反射回去，使信号波形发生畸变，甚至出现信号的过冲和下冲。信号如果在传输线上来回反射，就会产生往返振荡。影响阻抗匹配的因素有信号源的架构和输出阻抗(output impedance)，走线的特性阻抗，负载端的特性，走线的拓朴(topology)架构等。目前在高速电路设计中，差分信号(Differential Signal)的应用越来越广泛，电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计，这是因为差分信号与普通的单端信号相比具有如下优点a.抗干扰能力强；b.能有效抑制EMI；c.时序定位精确。对于PCB工程师来说，最关注的还是如何确保在实际走线中能完全发挥承载该差分信号的一对走线即差分信号传输线的这些优势，并同时保证该差分对信号的完整性。为确保差分对信号的完整性，一般要求差分信号传输线要等长、等距对称分布。等长是为了保证两个差分信号时刻保持相反极性，减少共模分量；等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致，减少反射。然而，在实际中却因为测试点，贯穿导孔等原因引起传输线上阻抗的不连续，这种阻抗不连续使传输线的特征阻抗与负载阻抗不匹配，因而会产生信号反射。
如图1所示，是现有的配置了差分信号传输线的对称性布线结构的四层印刷电路板的剖视图。一印刷电路板90包括一信号层3、一接地层5、一电源层8和另一信号层31，且每相邻两层之间均存在介质层4。信号层3中布有若干高速差分信号传输线，图1所示出的高速差分信号传输线33仅为其中之一，所述高速差分信号传输线33包括位于同一信号层3中的两恒定间距、长度一致且信号流向相反的传输线1和传输线2。传输线1和传输线2的宽度均为W1，它们之间的距离为M1。俯视印刷电路板90的传输线1和传输线2，如图2所示，一导孔6与传输线1相连，一导孔7与传输线2相连，导孔6与导孔7对称排布于差分信号传输线33的两侧，且导孔的半径均相等。除图1中所示出的导孔6和导孔7外，还有若干对相同导孔(图中未示出)与导孔6和导孔7一样成对排布于差分信号传输线33的两侧。一般来讲，当信号源端驱动器向对称性结构差分信号传输线发送两个等值、极性相反的信号时，由于传输线上有导孔存在，当信号经过导孔时因导孔阻抗一般低于传输线阻抗而引起传输线阻抗不连续，就会有信号反射现象发生，造成接收端信号完整性较差。也可从该印刷电路板90的IBIS(Input/Output BufferInformation)模型中读取参数并应用这些参数对该电路板进行建模，然后利用仿真软件，例如，CST(Computer Simulation Technology)仿真软件，对其进行仿真分析，分析传输信号的反射及串扰噪音的状况等，并对接收端信号进行分析。分析表明信号在该对称性布线结构差分信号传输线中的反射幅度极大，甚至产生振铃和环绕振荡和串扰噪声等现象。当多次调节源端信号上升时间，上述现象依然严重，这种反射和串扰造成的信号质量问题都很可能带来时序的偏移和紊乱，造成接收端信号质量很差。经过多次仿真分析，这种PCB传输线对称性布线结构很难保证所传输的差分对信号的完整性。
发明内容鉴于以上内容，本发明提供一种印刷电路板传输线的布线结构，其可使差分信号传输线阻抗达到最佳匹配，减少信号反射，从而提升了差分对信号的完整性。
本发明揭露了一种印刷电路板传输线的布线结构，所述的印刷电路板包括配置于同一信号层上的若干高速差分信号传输线及与该高速差分信号传输线相连的若干对导孔(例如测试导孔和因为其他需要而设计的孔)，且所述高速差分信号传输线为两恒定间距、长度一致且信号流向相反的传输线，上述导孔均非对称排布于差分信号传输线的两侧，且每对导孔之间的水平距离D=12TV,]]>其中T为信号的上升时间，V为信号的传输速度。
本发明所提供的印刷电路板传输线的布线结构不仅适用于四层印刷电路板，还可适用于其它多层印刷电路板，例如六层、八层及八层以上印刷电路板。
图1为现有的配置了差分信号传输线的对称性布线结构的四层印刷电路板剖视图。
图2为图1所示四层印刷电路板差分信号传输线的对称性布线结构的俯视图。
图3为本发明较佳实施例的配置有差分信号传输线的非对称性布线结构的四层印刷电路板剖视图。
图4为图3所示四层印刷电路板差分信号传输线非对称性布线结构的俯视图。
图5为差分信号传输线所连导孔之间距离过大时的差分信号传输线阻抗图。
图6为差分信号传输线所连导孔之间距离为0时的差分信号传输线阻抗图。
图7为差分信号传输线所连导孔之间距离为1/2倍的信号上升时间与传输速度乘积时的差分信号传输线阻抗图。
图8为信号上升时间为50ps时调节导孔距离进行仿真所得的反射信号仿真图。
具体实施方式如图3所示，为本发明较佳实施例的配置有差分信号传输线的非对称性布线结构的四层印刷电路板的剖视图。一四层印刷电路板100包括一信号层30、一接地层50、一电源层80和另一信号层32，且每相邻两层之间均存在介质层40。信号层30中布有若干高速差分信号传输线，图3所示出的高速差分信号传输线34仅为其中之一，所述高速差分信号传输线34包括位于同一信号层30中的两恒定间距、长度一致且信号流向相反的传输线10和传输线20。传输线10和传输线20的宽度均为W，它们之间的距离为M。俯视印刷电路板100的传输线10和传输线20，如图4所示，一导孔60与传输线10相连，一导孔70与传输线20相连，导孔60与导孔70成对排布于差分信号传输线34的两侧，且导孔60与导孔70之间的水平距离为D，导孔半径均相等。除图3中所示出的导孔60和导孔70外，还有若干对相同导孔(图中未示出)与导孔60和导孔70一样成对排布于差分信号传输线34的两侧。
从该四层印刷电路板的IBIS(Input/Output Buffer Information)模型中读取该印刷电路板100中传输线的长度、宽度、厚度以及与传输线相连导孔的半径等多个参数对该电路板进行建模并应用仿真软件，例如CST(ComputerSimulation Technology)仿真软件，对其进行仿真分析。多次调节源端信号的上升时间，并在信号上升时间确定为某个值时，再多次调整导孔60与导孔70之间的水平距离D，并重新为调整参数后的印刷电路板建立模型并对其进行仿真分析，分析传输信号的反射及串扰噪音的状况等，并对接收端信号进行分析比较。当差分信号传输线所连导孔之间的水平距离D过大时，则差分信号传输线的阻抗如图5所示，该图中纵轴表示差分信号传输线的阻抗R，横轴表示导孔与传输线中的信号发送端之间的水平距离L，在此种状况下，两传输线导孔引起的凹下部分波段在叠加后完全分开，会造成接收端信号反射较强。当差分信号传输线所连导孔之间的水平距离D过小为0时，则差分信号传输线的阻抗如图6所示，图中两传输线导孔引起的凹下部分波段完全重合，如该图中虚线所示，两波形叠加后就会引起差分信号传输线阻抗值很小，因此会加深传输线的阻抗不匹配程度，导致接收端信号的完整性更差。在保证两导孔距离尽量近，且两传输线阻抗波形叠加后的阻抗值不小于任一导孔阻抗值的条件下，多次调节两导孔之间的水平距离D，并对其引起的传输线阻抗进行分析。经推算当两传输线阻抗波形图在信号上升时间的1/2处叠加时，叠加后的传输线阻抗值既不低于任一导孔的阻抗值，又能保证传输线导孔引起的凹下部分波段不分开，如图7所示，在该情况下可知导孔之间的水平距离D=12TV.]]>从多次调节导孔之间的水平距离D进行仿真的仿真曲线也可分析计算出反射信号最弱的仿真曲线均出现在导孔之间水平距离D=12TV]]>处。如图8所示，为信号上升时间为50ps时调节导孔水平距离进行仿真所得的反射信号仿真图，该图中纵轴为信号反射幅度，以电压U来表示，横轴为仿真时间T，从该图中可观察得到反射信号最弱、信号完整性最佳的仿真曲线为图中所示出的a曲线。该图中的b曲线为导孔之间水平距离为0时的反射信号仿真曲线，该曲线可反映出当导孔之间水平距离为0时信号反射幅度较大，c曲线为导孔之间水平距离较大时的反射信号仿真曲线，从该曲线也可分析出当导孔之间水平距离过大时，信号完整性较差甚至产生信号振荡和串扰噪音等。经计算可知图8中的a曲线所对应的导孔之间的水平距离D恰为1/2倍的信号上升时间与信号传输速度的乘积。当多次调节信号上升时间进行上述仿真时，可发现均当导孔之间水平距离D为1/2倍的信号上升时间与信号传输速度的乘积时，信号反射最弱，信号完整性最佳。由此可知，当印刷电路板传输线布线结构中的差分信号传输线所经两导孔之间的水平距离D=12TV]]>时，阻抗匹配最佳，信号反射最弱，从而提升了差分对信号的完整性。
本发明不仅适用于四层印刷电路板，还可适用于其它多层印刷电路板，例如六层、八层及八层以上印刷电路板。
权利要求
1.一种印刷电路板传输线的布线结构，所述印刷电路板包括若干高速差分信号传输线及与该高速差分信号传输线相连的若干对导孔，且所述高速差分信号传输线为两条信号流向相反的传输线，其特征在于上述导孔均非对称排布于所述差分信号传输线的两侧，且每对导孔之间的水平距离D=12TV,]]>其中T为信号的上升时间，V为信号的传输速度。
2.如权利要求1所述的印刷电路板传输线的布线结构，其特征在于所述的差分信号传输线配置于同一信号层上。
3.如权利要求1所述的印刷电路板传输线的布线结构，其特征在于所述差分信号传输线中的两传输线间距恒定且长度一致。
4.如权利要求1所述的印刷电路板传输线的布线结构，其特征在于所述印刷电路板传输线的布线结构可适用于四层印刷电路板，还可适用于六层、八层及八层以上印刷电路板。
全文摘要
本发明提供了一种印刷电路板传输线的布线结构，所述印刷电路板包括配置于同一信号层上的若干高速差分信号传输线及与该高速差分信号传输线相连的若干对导孔，且所述高速差分信号传输线为两恒定间距、长度一致且信号流向相反的传输线，上述导孔均非对称排布于差分信号传输线的两侧，且每对导孔之间的水平距离D=1/2TV，其中T为信号的上升时间，V为信号的传输速度。上述印刷电路板传输线的布线结构能够使差分信号传输线阻抗达到最佳匹配，减少信号反射，从而提升了差分对信号的完整性。
文档编号H05K3/46GK1882219SQ20051003539
公开日2006年12月20日 申请日期2005年6月17日 优先权日2005年6月17日
发明者林有旭, 叶尚苍, 李传兵 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司