一种用于设计光模块印刷电路板的方法及相关装置

1.本发明涉及光模块印刷电路板技术领域，特别涉及一种用于设计光模块印刷电路板的方法及相关装置


背景技术：

2.随着5g时代的到来，移动通信、云计算、物联网和视频业务等大带宽互联业务大量普及，导致光通信骨干网的带宽压力与日俱增，大幅度提升光通信网络的传输容量势在必行。光通信是当代信息网络的核心技术，而光模块因其实现光电转换功能，而在整个信息网络中起着至关重要的作用。目前市场上主流的高速光模块封装形式主要有cfp2、qsfp28、cfp4以及sfp28等，相对于之前的10g/40g光模块，单通道数据速率由之前的10.3125gbit/s提高到25.78125gbit/s或27.95gbit/s。速率的大幅度提升，对高速电路射频设计、pcb板材的带宽要求、多通道之间的串扰以及符合msa/sff协议的软件设计等方面均提出了更高的要求。
3.从10gbps到25gbps随着信号速率的提升，应用于光模块内部印刷电路板内高密度、高速率链路的设计难度增大。一方面需要保证系统的可靠性，另一方面对于成本的控制更加严苛。高速信号经过长距离和高损耗通道的传输，由于损耗、反射和串扰等因素的影响，信号质量将严重失真从而降低系统可靠性。解决信号失真问题、确保信号正确和完整地传输是其中的重点和难点，而当前，对于在光模块内部高速信号的设计方面还没有做出明确规定，各类模块厂家应对此问题时采取的措施也不尽相同，难以避免造成上述的信号完整信问题。
4.而差分过孔在信号换层传输时导致的阻抗不连续是导致目前光模块高速链路中出现的信号完整性问题的重要因素,而回流地孔间距会影响信号完整性优化程度。因此，如何能有效解决在传输链路出现的阻抗不连续的问题，从而有效提高差分过孔的传输性能，增强信号的完整性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种用于设计光模块印刷电路板的方法及相关装置，使得设计出来的光模块印刷电路板能有效解决在传输链路出现的阻抗不连续的问题，能有效提高差分过孔的传输性能，增强信号的完整性。
6.为实现上述目的，本发明实施例公开了如下技术方案：
7.一种用于设计光模块印刷电路板的方法，包括：构建光模块印刷电路板的三维模型；所述三维模型包括至少一对差分线与至少一对差分过孔以及至少一对回流地孔，所述差分线分布在所述光模块印刷电路板的不同层中，所述差分过孔用于连接来自不同层的差分线，所述回流地孔与所述差分过孔上下相邻；
8.基于所述三维模型中获取预设的初始差分过孔参数与初始回流地孔参数，根据所述初始差分过孔参数与所述初始回流地孔参数计算所述差分过孔的寄生电容和所述差分
过孔的寄生电感；
9.基于所述寄生电容和所述寄生电感，调整所述初始差分过孔参数以及所述初始回流地孔参数，以得到调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数，
10.根据所述调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数得到所述光模块印刷电路板的布局。
11.可选的，在所述构建光模块印刷电路板的差分过孔与回流地孔的三维模型之前，所述方法还包括：按照预设的介电常数dk条件以及介质损耗df条件值确定所述光模块印刷电路板的基板。
12.可选的，所述方法还包括：
13.在所述光模块印刷电路板的参考地层中将耦合电容与金手指的焊盘对应区域设置为中空结构，同时在金手指连接处设置为阻焊开窗结构。
14.可选的，所述初始差分过孔参数，包括：差分过孔孔径、差分过孔间距、焊盘大小、以及反焊盘大小中的至少一种；
15.所述初始回流地孔参数，包括：回流地孔间距。
16.可选的，所述方法还包括：
17.根据电流模式逻辑cml接口信号完整性标准控制所述光模块印刷电路板的阻抗，
18.并通过阻抗控制软件得到所述光模块印刷电路板的线宽线距；根据所述线宽线距确定所述光模块印刷电路板的布线。
19.一种用于设计光模块印刷电路板的装置，包括：
20.模型构建模块，具体用于构建光模块印刷电路板的三维模型；所述三维模型包括至少一对差分线与至少一对差分过孔以及至少一对回流地孔，所述差分线分布在所述光模块印刷电路板的不同的层中，所述差分过孔用于连接来自不同层的差分线；所述回流地孔与所述差分过孔上下相邻；
21.计算模块，具体用于基于所述三维模型中获取预设的初始差分过孔参数与初始回流地孔参数，根据所述初始差分过孔参数与所述初始回流地孔参数计算所述差分过孔的寄生电容和所述差分过孔的寄生电感；
22.调整模块，具体用于基于所述寄生电容和所述寄生电感，调整所述初始差分过孔参数以及所述初始回流地孔参数，以得到调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数；
23.布局设计模块，具体用于根据所述调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔差分过孔与回流地孔参数得到所述光模块印刷电路板的布局。
24.可选的，所述装置还包括：
25.基板确定模块，具体用于按照预设的介电常数dk条件以及介质损耗df条件值确定所述光模块印刷电路板的基板。可选的，所述装置还包括：焊盘处理模块，具体用于在所述光模块印刷电路板的参考地层中将耦合电容与金手指的焊盘对应区域设置为中空结构，同时在金手指连接处设置为阻焊开窗结构。
26.可选的，所述初始差分过孔参数，包括：差分过孔孔径、差分过孔间距、焊盘大小、以及反焊盘大小中的至少一种；所述初始回流地孔参数，包括：获取回流地孔间距。
27.可选的，所述装置还包括：布线模块，具体用于根据电流模式逻辑cml接口信号完
整性标准控制所述光模块印刷电路板的阻抗，并通过阻抗控制软件得到所述光模块印刷电路板的线宽线距；根据所述线宽线距确定所述光模块印刷电路板的布线。
28.一种光模块印刷电路板，所述光模块印刷电路板根据上述任一种用于设计光模块印刷电路板的方法确定。
29.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述任一种用于设计光模块印刷电路板的方法的步骤。
30.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现上述任一种用于设计光模块印刷电路板的方法的步骤。
31.可见，本技术实施例公开的一种用于设计光模块印刷电路板的方法中，构建光模块印刷电路板的差分过孔与回流地孔的三维模型；并基于三维模型中获取预设的初始差分过孔参数与初始回流地孔参数，根据这些参数计算差分过孔的寄生电容和差分过孔的寄生电感，基于寄生电容和寄生电感，调整初始差分过孔参数以及初始回流地孔参数，以得到调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数，并根据调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数得到光模块印刷电路板的布局。通过本方法设计出来的光模块印刷电路板具有更优的布局，能有效解决在传输链路出现的阻抗不连续的问题，增强信号的完整性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
33.图1为本技术实施例所提供的一种用于设计光模块印刷电路板的方法的流程图；
34.图2为本技术实施例所提供的一种光模块印刷电路板的差分过孔与回流地孔的三维模型结构示意图；
35.图3为本技术实施例所提供的一种依据反焊盘的参数的调整仿真阻抗变化的数据示意图；
36.图4为本技术实施例所提供的一种用于设计光模块印刷电路板的装置结构示意图。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
38.请参考图1，图1为本技术实施例所提供的一种用于设计光模块印刷电路板的方法的流程图，该方法包括：
39.s101：构建光模块印刷电路板的三维模型；所述三维模型包括至少一对差分线与至少一对差分过孔以及至少一对回流地孔，所述差分线分布在所述光模块印刷电路板的不同层中，所述差分过孔用于连接来自不同层的差分线，所述回流地孔与所述差分过孔上下
相邻；
40.本技术实施例提供的方法中，会构建光模块印刷电路板的差分过孔与回流地孔的三维模型，该三维模型中包括至少一对差分线与至少一对差分过孔以及至少一对回流地孔，其中，三维模型中包括的差分线、差分过孔以及回流地孔的数量相同，即一对差分线对应一对差分过孔、以及一对回流地孔，若有n对差分线，则对应n对差分过孔、以及n对回流地孔。
41.图2为光模块印刷电路板的差分过孔与回流地孔的三维模型结构示意图，该三维模型以一对差分线与一对差分过孔以及一对回流地孔为例，差分线分布在不同的层中，而过孔将来自不同层的差分线连接在一起，回流地孔与差分过孔上下相邻；其中1表示差分过孔的孔径，2表示回流地孔的间距，3表示差分过孔反焊盘的大小。
42.进一步的，本技术实施例可以利用步骤s101构建的三维模型继续构建等效电路模型。
43.s102:基于所述三维模型中获取预设的初始差分过孔参数与初始回流地孔参数，根据所述初始差分过孔参数与所述初始回流地孔参数计算所述差分过孔的寄生电容和所述差分过孔的寄生电感；
44.本技术实施例可以从三维模型中获取预设的初始差分过孔参数与初始回流地孔参数，其中，初始差分过孔参数，包括：差分过孔孔径、差分过孔间距、焊盘大小、以及反焊盘大小中的至少一种；初始回流地孔参数，包括：回流地孔间距。
45.可选的，三维模型中预设的初始差分过孔孔径可以为4密耳(one thousandth of an inch，mil)、预设的差分过孔间距可以为32mil、预设的焊盘可以为8mil、预设的反焊盘可以为13mil、预设的回流地孔间距可以为64mil。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，上述初始数据可以有其他的选择。
46.在差分过孔与回流地孔的三维模型中，差分过孔的参数直接影响到阻抗连续性。过孔的存在会导致传输通道上的阻抗不连续，从而导致信号的反射，影响信号的完整性。对信号的影响主要体现在过孔处的寄生电容与寄生电感。过孔的寄生电容除了给电路带来信号延时外，造成的主要影响是延长了高频信号的上升时间，从而降低了电路的速度。而在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响，寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源网络的滤波效果。而回流地孔的参数会影响到信号完整性的优化程度。本技术实施例中可以通过过孔的寄生电容计算公式和过孔的寄生电感计算公式，进行计算过孔的寄生电容和过孔的寄生电感。
47.其中，过孔的的寄生电容计算公式为：
48.其中c表示过孔寄生电容(pf)；d1为过孔焊盘的直径(in)；t表示光模块印刷电路板的厚度(in)；εr表示光模块印刷电路板的相对介电常数；d2表示为过孔反焊盘的直径(in)，pf表示电容单位皮法，in表示直径的长度单位英寸。
49.过孔的寄生电感计算公式为：
50.其中，l表示过孔的电感(nh)；h表示过孔的长度(in)；d表示过孔金属柱的直径(in)。
51.s103：基于所述寄生电容和所述寄生电感，调整所述初始差分过孔参数以及所述初始回流地孔参数，以得到调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数。
52.本技术实施例中，可以通过平衡寄生电容和寄生电感的大小，可以设计出与传输线具有相同特性阻抗的过孔。具体可以通过阻抗仿真软件，如高频结构仿真(high frequency structure simulator,hfss)软件精确调整差分过孔参数以及回流地孔参数，进行阻抗仿真，导出差分特性阻抗曲线，从而得到调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数，调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数用于实现光模块印刷电路板的传输通道的阻抗连续性。
53.请参阅图3，图3为依据不同反焊盘的参数仿真阻抗变化的数据示意图，其中，横坐标为时域，单位皮秒(ps)，纵坐标为阻抗，单位为欧姆，via_antipad表示反焊盘的参数大小，图中的一条曲线表示反焊盘大小而导致的阻抗变化；不同曲线表示不同的反焊盘大小所引起的阻抗变化。图3中从上到下7条曲线，反焊盘参数大小依次为18mil、17mil、16mil、15mil、14mil、13mil、12mil。通过图3可以看出，通过调整反焊盘的参数大小，能够改变阻抗连续性，当反焊盘的大小via_antipad值为15mil时，过孔连接处差分阻抗变化最小，因此，在光模块印刷电路板布局设置时选用此参数进行设计能有有效减少阻抗突变。
54.s104：根据所述调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数得到所述光模块印刷电路板的布局；
55.本技术实施例中，在得到用于实现差分过孔与回流地孔的三维模型阻抗连续性的差分过孔与回流地孔参数后，会根据这些参数对光模块印刷电路板的布局进行设计，从而能够设计出布局更优的光模块印刷电路板，使得设计出来的光模块印刷电路板能有效解决在传输链路出现的阻抗不连续的问题，能有效提高差分过孔的传输性能，增强信号的完整性。
56.基于上述实施例，作为优选的实施例，在步骤s101之前，还可以包括：
57.s100：按照预设的介电常数dk条件以及介质损耗df条件值确定所述光模块印刷电路板的基板。
58.基板的性能是pcb组件的重要组成部分，会较大程度地影响电子组件的电性能、机械性能和可靠性，所以必须仔细选择。本技术实施例中按照预设的介电常数dk值以及介质损耗df值可以选择松下m6或者rogers4350基材。
59.基于上述实施例，作为优选的实施例，在步骤s104之后，还可以包括：
60.s105:在所述光模块印刷电路板的参考地层中将耦合电容与金手指的焊盘对应区域设置为中空结构，同时在金手指连接处设置为阻焊开窗结构。
61.本技术实施例中，光模块印刷电路板具有多层结构，其中，金手指与耦合电容设置在光模块印刷电路板的顶层与底层，参考地层指的是光模块印刷电路板中第二层与倒数第二层的完整地平面，在参考地层中存在耦合电容与金手指的焊盘对应的区域。
62.通过在光模块印刷电路板的参考地层中将耦合电容与金手指的焊盘对应的区域挖空。其中，挖空大小与紧贴耦合电容与金手指的上下焊盘大小一致，耦合电容数量为每通道两个，同时在金手指连接处采取阻焊开窗工艺进行处理，阻焊开窗工艺是指去除印刷电路板绿油部分，露出铜皮。本技术实施例通过挖空耦合电容与金手指处铜皮，有效解决了金手指连接处阻抗偏小的问题，进一步保证了阻抗的连续性。
63.基于上述实施例，作为优选的实施例，在步骤s105之后，还可以包括：
64.步骤s106:根据电流模式逻辑cml接口信号完整性标准控制所述光模块印刷电路板的阻抗，并通过阻抗控制软件得到所述光模块印刷电路板的线宽线距；根据所述线宽线距确定所述光模块印刷电路板的布线。
65.本技术实施例中，可以利用阻抗控制软件进行计算光模块印刷电路板的线宽线距，以对光模块印刷电路板进行布线，优选的，可以使用si9000软件进行计算光模块印刷电路板的线宽线距。优选的，本技术实施例根据电流模式逻辑cml接口信号完整性标准，可以控制差分阻抗为100欧姆。根据差分阻抗就可以通过阻抗控制软件进行计算光模块印刷电路板的线宽线距，从而可以根据计算到的线宽线距确定出光模块印刷电路板的布线。
66.下面对本技术实施例提供的一种用于设计光模块印刷电路板的装置进行介绍，下文描述的装置与上文描述的一种用于设计光模块印刷电路板的方法可相互对应参照。
67.参见图4，图4为本技术实施例所提供的一种用于设计光模块印刷电路板的装置结构示意图，该构建系统可以包括：
68.模型构建模块401，具体用于构建光模块印刷电路板的三维模型；所述三维模型包括至少一对差分线与至少一对差分过孔以及至少一对回流地孔，所述差分线分布在所述光模块印刷电路板的不同层中，所述差分过孔用于连接来自不同层的差分线；所述回流地孔与所述差分过孔上下相邻；
69.计算模块402，具体用于基于所述三维模型中获取预设的初始差分过孔参数与初始回流地孔参数，根据所述初始差分过孔参数与所述初始回流地孔参数计算所述差分过孔的寄生电容和所述差分过孔的寄生电感；
70.调整模块403，具体用于基于所述寄生电容和所述寄生电感，调整所述初始差分过孔参数以及所述初始回流地孔参数，以得到调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔参数，
71.布局设计模块404，具体用于根据所述调整后的差分过孔参数和调整后的回流地孔差分过孔与回流地孔参数得到所述光模块印刷电路板的布局。
72.基于上述实施例，作为优选的实施例，所述装置还可以包括：
73.基板确定模块，具体用于按照预设的介电常数dk条件以及介质损耗df条件值确定所述光模块印刷电路板的基板。
74.基于上述实施例，作为优选的实施例，所述装置还可以包括：
75.焊盘处理模块，具体用于在所述光模块印刷电路板的参考地层中将耦合电容与金手指的焊盘对应区域设置为中空结构，同时在金手指连接处设置为阻焊开窗结构。
76.基于上述实施例，作为优选的实施例，
77.所述初始差分过孔参数，包括：差分过孔孔径、差分过孔间距、焊盘大小、以及反焊盘大小中的至少一种；
78.所述初始回流地孔参数，包括：回流地孔间距。
79.基于上述实施例，作为优选的实施例，所述装置还可以包括：
80.布线模块，具体用于根据电流模式逻辑cml接口信号完整性标准控制所述光模块印刷电路板的阻抗，并通过阻抗控制软件得到所述光模块印刷电路板的线宽线距；根据所述线宽线距确定所述光模块印刷电路板的布线。
81.本技术还提供了一种光模块印刷电路板，该光模块印刷电路板根据上述任一种用于设计光模块印刷电路板的方法确定。
82.本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
83.本技术还提供了一种终端，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述终端还可以包括各种网络接口，电源等组件。
84.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
85.本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。