跨分割缺口的信号走线结构及信号阻抗优化方法

技术领域

本发明涉及PCB板的信号走线设计技术领域，特别涉及一种跨分割缺口的信号走线结构及信号阻抗优化方法。

背景技术

在PCB设计过程中，电源平面的分割或者是地平面的分割，会导致平面的不完整。这样信号走线的时候，它的参考平面就会出现从一个电源面跨接到另一个电源面，如图1所示。从而导致信号传输线的阻抗不连续，产生信号的反射。图1中，1为信号线，2-1和2-2为被分割缺口3隔开的一个参考面的两部分。信号反射会导致过冲、振铃、抖动等，从而使电路产生误动作。任意两条有一定长度的导线组成的线路结构叫做传输线，其中一条是信号路径，另一条是返回路径。对于PCB上的信号走线而言。信号路径是信号走线本身，返回路径是其参考平面，传输线的结构图如图2所示。当走线的参考屏幕不完整时，走线就要跨分割，实际上就是传输线的返回路径不连续，在信号的路径上有断开的地方，此时传输线的结构变成了如图3。当返回路径不连续时，就会导致信号传输线的阻抗不连续，产生信号的反射。

发明内容

本发明的目的是提供一种跨分割缺口的信号走线结构及信号阻抗优化方法，可以解决现有技术中信号的返回路径不连续导致的阻抗不连续的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种跨分割缺口的信号走线结构，包括信号线走线层、第一参考层、第二参考层；所述的信号走线层上设有若干条信号线；所述的第一参考层作为信号线返回路径的第一参考面，所述第一参考面上有分割缺口；所述的第二参考层设置在第一参考层下方，第二参考层为信号线的返回路径提供一个完整的参考面；所述分割缺口正上方的信号线线宽大于信号线的正常线宽。

进一步的，所述的分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式为：

Z为信号线以第一参考层作为返回路径参考面时的阻抗值；

Er为介电常数；

T为信号线的走线铜箔厚度；

H为信号线距第二参考层的距离；

根据以上已知参数可计算得出分割缺口正上方的信号线线宽H。

进一步的，所述的分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式为：

Z为信号线以第一参考层作为返回路径参考面时的阻抗值；

Er为介电常数；

T为信号线的走线铜箔厚度；

H为信号线距第二参考层的距离；

根据以上已知参数可计算得出分割缺口正上方的信号线线宽H。

第二方面，本发明提供一种跨分割缺口的信号阻抗优化方法，包括：因第一参考面设有分割缺口而导致信号线的信号返回路径断开时，在第一参考面的下方设置第二参考面；计算分割缺口正上方的信号线线宽并根据计算结果设计分割缺口正上方的信号线走线宽度，使得信号线的阻抗值不变。

进一步的，所述的分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式为：

Z为信号线以第一参考层作为返回路径参考面时的阻抗值；

Er为介电常数；

T为信号线的走线铜箔厚度；

H为信号线距第二参考层的距离；

根据以上已知参数可计算得出分割缺口正上方的信号线线宽H。

进一步的，所述的分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式为：

Z为信号线以第一参考层作为返回路径参考面时的阻抗值；

Er为介电常数；

T为信号线的走线铜箔厚度；

H为信号线距第二参考层的距离；

根据以上已知参数可计算得出分割缺口正上方的信号线线宽H。

本发明的一种跨分割缺口的信号走线结构及信号阻抗优化方法，通过在不连续的回流路径下方增加一个完整的参考面，再增加信号断开处的走线宽度，保证其阻抗一致性。

附图说明

图1为信号线跨分割缺口的示意图；

图2为信号线的信号路径及返回路径的示意图；

图3为信号线的返回路径因分割缺口而断开的示意图；

图4为信号线因第一返回路径断开而参考第二参考平面的示意图；

图5为增加分割缺口正上方的信号线线宽的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明的跨分割缺口的信号走线结构，包括信号线走线层、第一参考层、第二参考层。信号走线层上设有若干条信号线，第一参考层作为信号线返回路径的第一参考面，所述第一参考面上有分割缺口，使得返回路径不连续。第二参考层设置在第一参考层下方，第二参考层为信号线的返回路径提供一个完整的参考面。所述分割缺口正上方的信号线线宽1-2大于信号线的正常线宽1-1。

下面说明本发明的工作原理并推导出分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式：

PCB板上信号线的阻抗的计算公式如下：

如果信号线是微带线：

如果信号线是带状线：

其中：Er为介电常数：材料性质的一种，决定当单位电压下，单位容量内材料可存储的静电能量。介电常数增大，阻抗减小。

H为信号线到参考平面的距离：距离增大，阻抗增大。

W为信号线的线宽：线宽增加，阻抗变小。

T为走线铜箔厚度：铜厚增加，阻抗变小。

根据上述阻抗的计算公式，如果返回路径在第一参考面上断开，则信号会参考第二参考面，这样信号线到参考平面的距离H会变大，从而导致信号的阻抗增大。根据阻抗计算公式，为了保证阻抗不变，可调整信号线的线宽来保证阻抗连续。在公式(1)或(2)中，信号线正常线宽的阻抗Z可以计算得知，信号线的铜箔厚度已知，信号线距第二参考面的距离H已知，可以推算出分割缺口正上方的信号线线宽。分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式不限于公式(1)和(2)，凡是能根据线宽计算阻抗的公式，都适用于本发明。

由以上描述可知，本发明通过增加分割缺口正上方的信号线线宽，来保证信号阻抗的连续性。

本发明的跨分割缺口的信号阻抗优化方法，包括：因第一参考面设有分割缺口而导致信号线的信号返回路径断开时，在第一参考面的下方设置第二参考面。计算分割缺口正上方的信号线线宽并根据计算结果设计分割缺口正上方的信号线走线宽度，使得信号线的阻抗值不变。

进一步的，分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式为：

如果信号线是微带线：

如果信号线是带状线：

其中：Er为介电常数：材料性质的一种，决定当单位电压下，单位容量内材料可存储的静电能量。介电常数增大，阻抗减小。

H为信号线到参考平面的距离：距离增大，阻抗增大。

W为信号线的线宽：线宽增加，阻抗变小。

T为走线铜箔厚度：铜厚增加，阻抗变小。

根据上述阻抗的计算公式，如果返回路径在第一参考面上断开，则信号会参考第二参考面，这样信号线到参考平面的距离H会变大，从而导致信号的阻抗增大。根据阻抗计算公式，为了保证阻抗不变，可调整信号线的线宽来保证阻抗连续。在公式(1)或(2)中，信号线正常线宽的阻抗Z可以计算得知，信号线的铜箔厚度已知，信号线距第二参考面的距离H已知，可以推算出分割缺口正上方的信号线线宽。分割缺口正上方的信号线线宽的计算公式不限于公式(1)和(2)，凡是能根据线宽计算阻抗的公式，都适用于本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。