一种能提高ASAAC背板SI性能的背板布线结构及布线方法与流程

一种能提高asaac背板si性能的背板布线结构及布线方法
技术领域
1.本发明属于电路板布线技术领域，具体涉及一种能提高asaac背板si性能的背板布线结构及布线方法。


背景技术：

2.lrms系列连接器采用高可靠性的双曲面线簧孔接触件，符合asaac标准，可同时实现高速差分、光、电源、射频等多种信号的集成传输；广泛应用于雷达信号处理、通信导航、电子对抗等系统的asaac高速背板和lrm模块中。asaac高速背板由lrms系列高速插座、j30n系列插座、加强框及电子元器件组成，用于实现各板间的信号互连、供电及信号转接。
3.随着军用电子设备对信号处理的要求越来越高，lrm模块数量较多，系统内高速背板总功率达2000w、内部互连拓扑复杂，包括射频、光、can总线、mlvds总线、ttl、lvttl、lvds、rs422、srio及pcie等高速串行总线；高速背板为满足上以高功率、高速数字及低速信号的可靠传输，需设计16～26层左右；同时为保证产品机械性能及强度，板厚通常在3～5mm左右，最高速率可满足5gbps。
4.因背板内部高速信号(包括srio、gth等高速串行总线)拓扑复杂，信号数量庞大，且总供电较大，背板通常需要20层才能满足信号的互连互通。但因lrms插座装配工艺为通孔焊接，导致3～5mm厚的背板有大量高速信号短桩在2mm以上，高速通道仅能满足3.125gbps，无法满足整体高速传输性能要求。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种能提高asaac背板si性能的背板布线结构及布线方法，使其通过在pcb板上增设过孔通道，使靠近pcb板正面的高速信号层在布线时，其信号先由第一焊接通孔引至pcb板底层，然后再通过一个过孔将该信号引至相应的信号层，在该信号层布线后，再次通过一个过孔将该信号引至pcb板底层，最终由第二焊接通孔引出。
6.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种能提高asaac背板si性能的背板布线结构，包括印制板，该印制板沿厚度方向布置有电源层、接地层以及信号层，所述信号层至少有六层，该信号层在印制板bot层和印制板top层之间排布，第一层信号层靠近印制板bot层，最后一层信号层靠近印制板top层；所述印制板上设有与第n层信号层的高速信号对应的若干组信号孔且n大于4，每组信号孔均包括用于将信号由印制板top层引入至印制板bot层的第一焊接通孔和用于将信号由印制板bot层引出至印制板top层的第二焊接通孔；每组信号孔还包括用于将引至印制板bot层的信号转至第n层信号层的第一过孔和用于将第n层信号层的信号再次转至印制板bot层的第二过孔；所述印制板bot层设有用于实现第一焊接通孔和第一过孔之间信号传输的连接介质以及用于实现第二焊接通孔和第二过孔之间信号传输的连接介质；所述第n层信号层布设有用于实现第一过孔和第二过孔之间信号传输的连接介质。
7.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
8.前述的能提高asaac背板si性能的背板布线结构，其中所述的第一过孔和第二过孔均为背钻形成的孔。
9.前述的能提高asaac背板si性能的背板布线结构，高速信号的链路长度随其所在的信号层层数n的增大而减小。
10.前述的能提高asaac背板si性能的背板布线结构，各个信号层均通过焊接通道实现与外部器件的通信。
11.前述的能提高asaac背板si性能的背板布线结构，当第n层信号层传输的信号为差分信号时，该层的每一对信号线均对应两组信号孔。
12.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种能提高asaac背板si性能的背板布线方法，包括以下步骤：1)按照高速信号链路长度越长越靠近印制板bot层的原则布置信号层；2)以最靠近印制板bot层的信号层为第一层信号层，设置与第n层信号层的高速信号对应的若干信号孔且n大于4，该信号孔均包括第一焊接通孔、第二焊接通孔、第一过孔以及第二过孔，其中第一焊接通孔和第二焊接通孔均能够连通印制板bot层和印制板top层，第一过孔和第二过孔均能够连通印制板bot层和第n层信号层；3)分别在印制板bot层和第n层信号层进行布线，实现第一焊接通孔和第二过孔之间、第二过孔和第二焊接通孔之间以及第一过孔和第二过孔之间的信号导通；4)对完成布线的印制板进行全链路信号完整性仿真，并对线宽、线间距、过孔大小、反焊盘尺寸进行优化迭代，最终使得所有层高速信号速率满足6.25gbps。
13.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
14.前述的能提高asaac背板si性能的背板布线方法，其中步骤2)中的第一过孔和第二过孔的开设方式均为背钻，以防止过孔在第n层信号层和印制板top之间产生短桩。
15.前述的能提高asaac背板si性能的背板布线方法，其中步骤2)还进行用于实现top层与除第n层信号层外的其他层的信号导通的焊接通孔的设置。
16.前述的能提高asaac背板si性能的背板布线方法，其中步骤2)中的第一过孔和第二过孔均为盲孔。
17.本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
18.本发明在pcb layout时，为避免短桩效应影响，先将长链路高速信号布在靠近背面的信号层，对于靠近正面(top层)的信号层采用如下方法：布线时先将信号在底层(bot层)引出，经过第一组过孔把信号切换到靠近顶层(top层)的某信号层，再经过第二组过孔把信号切换回bot层。
19.以s04层为例，为避免短桩影响，信号先在bot层从第一插座的第一焊接通孔引出，经过第一过孔把信号转至内层s4，在s4层布线后，再经过第二过孔把信号转至bot层，在bot层连到第二焊接通孔，最终到第二插座。经由上述布置，本发明s04层仿真结果显示背板插损谐振点从9ghz提高到16ghz以上；插损从13.59db降低到9.5db；回损从14.96db优化到21.52db；特性阻抗从65欧提高到88欧；眼高从无法睁开优化到100mv。从仿真结果可知asaac高速背板靠近top层传输速率从3.125gbps提高到6.25gbps。
附图说明
20.图1为本发明一种能提高asaac背板si性能的背板布线结构的第四层高速信号流向示意图；
21.图2为本发明背板第四层高速信号的s参数(散射矩阵参数)仿真结果示意图；
22.图3为本发明背板第四层高速信号的特性阻抗仿真结果示意图；
23.图4为本发明背板第四层高速信号的优化前眼图；
24.图5为本发明背板第四层高速信号的优化后眼图。
25.【主要元件符号说明】
26.1:印制板
27.2：第一焊接通孔
28.3：第二焊接通孔
29.4：第一过孔
30.5：第二过孔
具体实施方式
31.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的能提高asaac背板si性能的背板布线结构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
32.请参阅图1，其为本发明能提高asaac背板si性能的背板布线结构的第四层高速信号的流向示意图，本发明背板布线结构包括印制板1，该印制板1沿厚度方向共分为18层，包括电源层、信号层以及接地层，在本发明实施例中，由印制板top层到印制板bot层，依次分布有s2层、g3层、s4层、g5层、s6层
……
g15层、s16层以及g17层。
33.在本发明实施例中，所述信号层有8层，分布在印制板bot层和印制板top层之间，且该信号层的第一层最靠近印制板bot层(印制板底部)；该信号层的最末层(第8层)最靠近印制板top层(印制板上表面)，其他信号层在第一层和最末层之间按照层数依次递增的顺序排列，相邻信号层之间设有接地层或电源层。
34.当信号层用于传输高速信号时，其传输的高速信号链路越长、速率越高，越容易产生短桩效应。为提高信号传输速率，降低短桩效应影响，本发明印制板1在进行布线时，按照信号链路长度越长的高速信号越靠近bot层的原则布置，即本发明印制板上由印制板bot层到印制板top层，高速信号的链路长度随其所在信号层的层数增大而减小。印制板1上设有与第n层信号层的高速信号对应的多组信号孔，且n大于4，该层的一路高速信号对应一组信号孔，当该高速信号为差分信号时，一路高速信号对应两组信号孔，即传递一路信号的两根信号线或信号端子分别对应一组信号孔，两组信号孔配合实现一路高速信号的传递。
35.每组信号孔包括沿印制板厚度方向延伸且实现印制板top层和印制板bot层之间的信号传输的第一焊接通孔2和第二焊接通孔3以及沿印制板厚度方向延伸且实现印制板bot层和第n层信号层之间信号传输的第一过孔4和第二过孔5，其中第一焊接通孔2用于与第一插座连接，第二焊接通孔3用于与第二插座连接，所述印制板bot层设有用于实现第一焊接通孔2和第一过孔4之间信号传输的连接介质，印制板bot层还设有用于实现第二焊接通孔3和第二过孔5之间信号传输的连接介质；第n层信号层设有用于实现第一过孔4和第二
过孔5之间信号传输的连接介质。
36.在本发明是实施例中，所述第一过孔4和第二过孔5的开设均通过背钻来实现，以防止过孔在第n层信号层到top层之间产生短桩。即先钻通孔，再在孔内镀铜，最后从印制板top面反钻至第n层信号层，使得该开孔上端孔内无镀铜，下端孔内有镀铜。，但并不限定于此。
37.在本发明其他实施例中，所述过孔也可为上端封闭下端敞开的盲孔。
38.以本发明实施例中的s4层为例，对本发明做进一步的详细说明。本发明s4层位于以印制板bot层为第一层的印制板第15层，位于以靠近bot层的信号层为第一层的第7信号层，即此时n＝7，该层传输的高速信号为差分信号。与一路差分信号对应的一对信号孔中的两个第一焊接通孔2与第一插座中组成一个差分信号对的两个信号端子接触导通，通过两个第一焊接通孔分别将两信号端子传递的信号由印制板top层引出至印制板bot层。上述引出至印制板bot层的信号通过印制板bot层设置的连接介质引至两个对应的第一过孔4，通过两个第一过孔4将信号切换回s4层，并在该层进行差分信号线的布置。通过该s4层差分信号线传输的信号又通过两个对应的第二过孔5重新引至印制板bot层，并由设置在该印制板bot层的连接介质以及两个第二焊接通孔3引出至第二插座中的一对信号端子中。
39.本发明背板布线结构包括以下步骤：1)信号层的确定，在确定信号层时，按照高速信号的链路长度越长越靠近bot层布置的原则进行信号层的布置，即高速信号的链路长度随其所在的信号层层数n的变大而减小；2)设置第一焊接通孔和第二焊接通孔，所述第一焊接通孔和第二焊接通孔均成对设置，以最靠近印制板bot层的信号层为第一层，其中与位于信号层第n层(n大于4)的高速信号层对应的第一焊接通孔和第二焊接通孔均能够连通印制板bot层和top层；3)设置与一组第一焊接通孔和第二焊接通孔对应的第一过孔和第二过孔，在印制板上背钻连通印制板bot层和第n层信号层的第一过孔和第二过孔，且每组第一过孔和第二过孔之间均具有足够的布线距离；4)分别在bot层和第n层信号层进行布线，实现第一通孔和第二过孔之间、第二过孔和第二通孔之间以及第一过孔和第二过孔之间的信号导通；5)对完成布线的印制板进行全链路信号完整性仿真，并对线宽、线间距、过孔大小、反焊盘尺寸进行优化迭代，最终使得所有层高速信号速率满足6.25gbps。
40.为提高asaac高速背板中高速信号的传输速率，减小插入损耗，本发明实施例中印制板材料采用生益电子的s7439c，该材料在10gbps以内，介电损耗约0.0068,即印制线插入损耗约0.16db/inch。
41.本发明背板布线结构和布线方法避免了插座处短桩太长的缺陷，对传统设计方法(不加过孔)和本发明s4层进行在hfss 3d layout中信号完整性仿真对比，如图2-5所示，仿真结果显示背板插损谐振点从9ghz提高到16ghz以上；插损从13.59db降低到9.5db；回损从14.96db优化到21.52db；特性阻抗从65欧提高到88欧；眼高从无法睁开优化到100mv。从仿真结果可知asaac高速背板靠近top层传输速率从3.125gbps提高到6.25gbps。
42.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。