一种优化差分线阻抗的铺铜结构及其应用的制作方法

1.本技术涉及pcb电路设计技术领域，更具体地，涉及一种优化差分线阻抗的铺铜结构和一种优化差分线阻抗的pcb板叠结构。


背景技术：

2.随着信号速率的提升，对信号质量要求越来越严苛，在pcb设计中，经常会遇到差分线的dp（datapositive，数据信号正）、dn（datanegative，数据信号负）不等长问题，在这个时候，大部分的工程师选择通过直接绕单根线的方式做补偿，不做其他的任何处理。这样会导致绕线位置dp、dn没有紧耦合，从而导致dp、dn的阻抗不连续，严重影响了信号的完整性。
3.目前的差分绕线设计如图1中所示，相邻的是完整的参考层，作为差分线的主要参考平面。在正常情况下，差分线紧耦合，间距保持固定的11mil，但是由于为了补偿dp、dn不等长问题，对其中的dn进行绕线。绕线之后，dp、dn间距增大，耦合变弱，差分阻抗增大，从而导致阻抗不连续，引起信号反射，严重影响了高速信号的传输。


技术实现要素：

4.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种优化差分线阻抗的铺铜结构，旨在解决现有的差分线绕线方式导致阻抗突变的问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种差分线绕线阻抗优化方法，包括：一对差分信号线，铺设于pcb线路板上，其中较长的第一信号线相对较短的第二信号线形成等长的绕线结构；第一铺铜结构，铺设于所述第一信号线与所述第二信号线之间、且位于所述绕线结构处，形状设置为与所述第一信号线和所述第二信号线具有相等的避让间隙；第二铺铜结构，铺设于与所述第一铺铜结构所在所述第一信号线一侧相对的另一侧、且位于所述绕线结构处，形状设置为与所述第一信号线具有相等的避让间隙；第三铺铜结构，铺设于与所述第一铺铜结构所在所述第二信号线一侧相对的另一侧、且位于所述绕线结构处，形状设置为与所述第二信号线具有相等的避让间隙。
6.在本发明的一个实施例中，所述第一铺铜结构与所述第一信号线和所述第二信号线之间、所述第二铺铜结构与所述第一信号线之间、所述第三铺铜结构与所述第二信号线之间的避让间隙皆设置为与所述差分信号线的线宽相等。
7.在本发明的一个实施例中，设所述差分信号线的线宽为w，则所述绕线结构在平行于走线方向上的宽度a≥5w，所述绕线结构在垂直于走线方向上的宽度b≥5w。
8.在本发明的一个实施例中，设所述差分信号线的线宽为w，所述第二铺铜结构在相对所述第一信号线所在一侧的另一侧的两个角设置为2w尺寸的倒角。
9.在本发明的一个实施例中，设所述差分信号线的线宽为w，所述第三铺铜结构的四个角设置为w尺寸的倒角。
10.在本发明的一个实施例中，所述第二铺铜结构在平行于走线方向上的宽度e=a+
10w，在垂直于走线方向上的高度f=b+4w。
11.在本发明的一个实施例中，所述第三铺铜结构在平行于走线方向上的宽度h= a+2w，在垂直于走线方向上的高度g=4w。
12.在本发明的一个实施例中，所述第一铺铜结构、所述第二铺铜结构和所述第三铺铜结构上设置有地孔。
13.按照本发明的第二个方面，还提供了一种优化差分线阻抗的pcb板叠结构，其包括：依次层叠设置的top层、第一gnd层、第二gnd层和bottom层；其中，所述top层设置有如上述中任意一个实施例所述的优化差分线阻抗的铺铜结构。
14.在本发明的一个实施例中，所述top层、所述第一gnd层、所述第二gnd层和所述bottom层的材料为铜，所述top层与所述第一gnd层之间、所述第二gnd层与所述bottom层之间填充有pp，所述第一gnd层与所述第二gnd层填充芯板。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果：通过设置与差分信号具有相等避让间隙的电话状铜铺地结构，实现以接地共面波导的方式来增强蛇形差分信号线与地平面的耦合，从而降低绕线位置的单端阻抗，使其差分阻抗满足目标阻抗的要求，能够有效降低高速信号的反射，提高信号质量。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
17.图1为现有技术中的蛇形差分绕线方式示意图；图2为图1中的差分绕线的阻抗仿真示意图；图3为本技术实施例提供的优化差分线阻抗的铺铜结构的部分结构示意图；图4为本技术实施例提供的优化差分线阻抗的铺铜结构的部分结构示意图；图5为本技术实施例提供的优化差分线阻抗的铺铜结构的整体结构示意图；图6为本技术实施例提供的优化差分线阻抗的铺铜结构的阻抗仿真示意图；图7为本技术实施例提供的优化差分线阻抗的铺铜结构与现有技术的回波损耗曲线的对比示意图；图8为本技术实施例提供的优化差分线阻抗的pcb板叠结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
19.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或
设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
20.如图1所示为差分绕线方式的仿真示意图，图2为对应的阻抗仿真示意图，其中，传输线阻抗为100.764ohm，绕线位置阻抗为109.207ohm，两者相差8.443ohm，可以明显看到绕线位置出现阻抗突变。
21.本发明第一实施例提出一种优化差分线阻抗的铺铜结构，例如包括如上所述的一对差分信号线，铺设于pcb线路板上，其中较长的第一信号线相对较短的第二信号线进行等长绕线，形成一绕线结构，使差分线的dp、dn等长，从而保证时延一致。
22.如图3所示，该pcb线路板上在第一信号线与第二信号线之间还铺设有第一铺铜结构，位于该绕线结构处，形状设置为与第一信号线和第二信号线具有相等的避让间隙。
23.如图4所示，该pcb线路板上与第一铺铜结构所在第一信号线一侧相对的另一侧还铺设有第二铺铜结构，位于所述绕线结构处，形状设置为与所述第一信号线具有相等的避让间隙。
24.如图5所示，该pcb线路板上与第一铺铜结构所在第二信号线一侧相对的另一侧还铺设有第三铺铜结构，位于所述绕线结构处，形状设置为与所述第二信号线具有相等的避让间隙。
25.优选的，所述第一铺铜结构与所述第一信号线和所述第二信号线之间、所述第二铺铜结构与所述第一信号线之间、所述第三铺铜结构与所述第二信号线之间的避让间隙皆设置为与所述差分信号线的线宽相等。
26.具体的，例如当差分信号线的线宽为w时，设置铜皮与走线的避让间隙s=w。进一步的，由于较长的信号线相对于较短的信号线进行等长绕线，该绕线结构例如在平行于走线方向上的宽度a≥5w，在垂直于走线方向上的宽度b≥5w。如此一来，能够避免宽度a过小的情况下导致串扰较大，使得在差分信号的奇模模态下导致绕线的那根线传输速度过快，从而导致dp、dn时延不一致的问题。根据仿真结果，当a大于5w的时候，串扰已经减少到信号的10%。另外，根据趋肤效应，信号在拐角处信号会沿着走线的内侧传输（倾向于找最短路径），当宽度b过小时，由于直线路径较短，且信号沿内侧传输，实际的传输路径长度就远小于信号线的实际路径。因此，设置b≥5w，能够而就增大信号传输直线的路径，减少了拐角处时延不一致带来的影响。在一个实施方式中，例如设置a=7w，b=8w。当然，在本技术的其它实施方式中，根据差分信号的实际的长度进行绕线即可，本技术并不以此为限制。
27.第一铺铜结构例如是宽度为c，高度为d的矩形铜皮，由于设置该矩形铜皮与走线避让间隙为s=w，则第一铺铜结构的尺寸满足：c=a-w，d=b-w。
28.优选的，第二铺铜结构例如在平行于走线方向上的宽度e=a+10w，在垂直于走线方向上的高度f=b+4w。
29.优选的，第三铺铜结构例如在平行于走线方向上的宽度h= a+2w，在垂直于走线方向上的高度g=4w。
30.由于绕线之后，差分线之间间隙增大，阻抗偏高，通过设置上述铺地铜皮后，相当于增加了一个共面波导的参考地，参考平面增加，能够补偿绕线带来的阻抗偏高问题。同时，设置第二铺铜结构和第三铺铜结构满足上述尺寸要求能够避免尺寸过大影响相邻的其他走线，造成pcb设计困难；以及避免尺寸太小导致地参考平面过小，无法弥补绕线带来的
阻抗偏高的问题。
31.进一步的，第二铺铜结构在相对第一信号线所在一侧的另一侧的两个角例如设置为2w尺寸的倒角，形成电话状结构。另外，第三铺铜结构的四个角例如设置为w尺寸的倒角。通过设置倒角形成弧形的导体结构能够减少来自外部的emi辐射，同时，满足上述倒角尺寸能够避免倒角尺寸过大导致共面参考地面积太小，无法完全弥补升高的阻抗；以及避免倒角尺寸过小导致仍然能够接收到外部的emi辐射，造成地平面不稳定的问题。
32.进一步的，所述第一铺铜结构、所述第二铺铜结构和所述第三铺铜结构上设置有地孔。具体的，第一铺铜结构上例如设置一个孔径为8mil，孔盘为16mil的地孔，位置只要在该第一铺铜结构上即可，优选设置在中心处。第二铺铜结构例如以对称形式设置2-3个孔径为8mi，孔盘为16mil的地孔。第三铺铜结构例如设置1-2个孔径为8mi，孔盘为16mil的地孔，上述地孔的位置可不固定。
33.如图6所示为上述设计进行仿真得到的阻抗曲线示意图，绕线位置的阻抗为101.631ohm。如下表1所示为采用本实施例中铺铜结构改善差分信号线阻抗值的前后对比：表1可以看出本实施例提出的改善设计使差分信号线的阻抗一致性明显提升，结合图7所示为，现有设计和改善设计的差分对回波损耗的曲线，可看出改善设计的回波损耗明显小于现有设计。
34.综上所示，本技术第一实施例提出的优化差分线阻抗的铺铜结构，通过设置与差分信号具有相等避让间隙的电话状铜铺地结构，实现以接地共面波导的方式来增强蛇形差分信号线与地平面的耦合，从而降低绕线位置的单端阻抗，使其差分阻抗满足目标阻抗的要求，能够有效降低高速信号的反射，提高信号质量。
35.另外，如图8所示，本发明第二实施例提出优化差分线阻抗的pcb板叠结构，例如包括：依次层叠设置的top层、第一gnd层、第二gnd层和bottom层。进一步的，所述top层、所述第一gnd层、所述第二gnd层和所述bottom层的材料为铜，所述top层与所述第一gnd层之间、所述第二gnd层与所述bottom层之间填充有pp，所述第一gnd层与所述第二gnd层填充芯板，其具体尺寸参数如下表2所示：表2
其中，top层设置有如第一实施例中所述的优化差分线阻抗的铺铜结构，具体的优化差分线阻抗的铺铜结构所实现的功能可参考第一实施例所述的内容，在此不再详细讲述，且本实施例的有益效果同前述第一实施例的有益效果相同，为了简洁，不在此赘述。
36.以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
37.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
38.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。