【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电路板设计，涉及一种高速差分过孔深度优化方法、系统、设备及介质。
技术介绍
1、随着信息技术的飞速发展，高速数据传输已成为现代通信系统、高性能计算和大数据分析等领域的关键需求。pcie(peripheral component interconnect express)协议作为一种高速串行计算机扩展总线标准，其最新版本pcie 5.0提供了高达32gt/s的数据传输速率，具有ps级的边沿速率，极大地提升了系统的数据传输能力和处理效率。在高速电路pcb主板设计中，由于主板层数多、厚度大，信号过孔的深度各不相同，这导致了过孔在信号传输过程中产生的寄生电容和电感也存在差异。这些寄生参数不仅会影响信号的传输速度和质量，还可能导致信号的反射和失真，进而影响整个系统的稳定性和可靠性。
2、当前，针对高速信号差分过孔的优化主要集中在优化挖空反焊盘等单一措施上，而忽视了过孔深度对信号传输性能的影响。实际上，不同深度的过孔在信号传输过程中产生的寄生电容和电感是不同的，这直接影响了信号的传输质量和系统的整体性能。当信号通过过孔时，电容和电感寄生效应会导致信号的退化。通过图1中的集总lc pi型电路来说明过孔电容和电感效应。式(1)给出了通孔电容的经验公式，式(2)给出了通孔电感的经验公式，式(3)给出了阻抗的经验公式。
3、
4、
5、式中，cvia是寄生电容，lvia是寄生电感，z是阻抗，er是材料的介电常数，d1是过孔盘的直径，d2是反焊盘的直径，t是过孔在pcb的厚度，h是过孔长度
6、过孔的寄生电容会延长信号的上升时间，降低电路的运行速度。而电容值的大小与过孔的直径和pcb板的材料有关，直径越小、材料介电常数越低，电容值就越小，对信号的影响也就越小。另一方面，过孔的电感则主要由其长度决定，长度越长，电感值越大，对信号的影响也就越大。
7、为了降低过孔对信号传输的影响，现有技术中采用差分过孔模型来计算差分阻抗。通过减小差分过孔的间距，增加孔间电容，匹配由于过孔长度增加而产生的寄生电感。在一定程度上保证差分过孔阻抗的连续性，降低信号的插损和反射。然而在pcie 5.0高速信号传输过程中，链路中差分过孔的阻抗不连续成为影响信号完整性的重要因素。差分过孔作为高速pcb板中连接不同层间差分信号的关键结构，其阻抗不连续性会导致信号的反射、衰减和失真，从而影响到信号的传输质量和系统的整体性能。
8、针对上述问题，现有技术中虽然已经提出了一些优化方法，如优化过孔结构、增加反焊盘等，但这些方法往往只考虑了单一因素，没有综合考虑信号过孔深度、寄生电容和电感等多种因素对信号完整性的影响。因此，如何在保证高速数据传输速率的同时，实现差分过孔的低反射、高传输和阻抗稳定，成为当前高速电路设计领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中在保证高速数据传输速率的同时，实现差分过孔的低反射、高传输和阻抗稳定的问题，提供一种高速差分过孔深度优化方法、系统、设备及介质。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种高速差分过孔深度优化方法，包括以下步骤：
4、建立差分过孔的等效物理模型；
5、根据差分过孔的等效物理模型，建立对应的等效电路模型；
6、将等效电路模型简化为耦合双杆传输线模型，预测和优化差分过孔对高速信号传输的影响；
7、利用ads仿真软件对差分过孔的差分信号与共模信号的性能进行分析，根据分析结果调整过孔参数，得到过孔模型。
8、所述建立差分过孔的等效物理模型具体包括以下步骤：
9、确定主板的层叠结构和材料参数，包括指定主板的厚度、层数以及各层的高速信号布线层，并设定用于构建模型的材料属性；
10、建立3d模型，创建地层并设置地层材料属性，构建过孔，将地层和过孔结合成整体结构；
11、设定参数，包括孔径尺寸、孔间距、焊盘和反焊盘尺寸，以及stub的长度和信号路径的长度，建立差分过孔的等效物理模型。
12、所述等效物理模型基于主板层叠结构，板厚为1.9mm，包含14层，并且l3、l5、l10、l12为高速信号布线层，pcie 5.0高速信号走线的目标阻抗为85ohm。
13、所述根据差分过孔的等效物理模型，建立对应的等效电路模型具体包括以下步骤：
14、识别等效物理模型中的参数，包括孔径尺寸、孔间距、焊盘和反焊盘尺寸，以及stub的长度和信号路径的长度；
15、确定等效电路元件，包括电感、电容和电阻，其中电感用于模拟过孔带来的信号延迟，电容用于模拟过孔与地之间的耦合电容，电阻用于模拟信号在过孔中的能量损耗；
16、根据差分过孔的等效物理模型中的参数，设置等效电路模型中电感、电容、电阻的具体数值，构建等效电路模型。
17、所述将等效电路模型简化为耦合双杆传输线模型具体包括以下步骤：
18、确定耦合双杆传输线模型的结构，其中每个杆代表差分信号中的正线或负线，并在两根杆之间加入耦合电容和耦合电感以模拟差分信号之间的耦合效应；
19、从等效电路模型中提取参数，包括每根传输线的电感值、每根传输线与地之间的电容值以及差分对之间的耦合电容值，同时还包括信号在传输过程中的能量损耗，提取每根传输线的电阻值；
20、将提取的电感值、电容值和电阻值映射到耦合双杆传输线模型上，其中电感值映射到每根杆上并考虑电感之间的串联和并联关系，电容值映射到与地和差分对之间的相应位置，电阻值映射到模型上以模拟信号的能量损耗；
21、对简化后的耦合双杆传输线模型进行仿真验证。
22、所述耦合双杆传输线模型在预测和优化差分过孔对高速信号传输的影响时，通过奇模阻抗、偶模阻抗、差分阻抗和共模阻抗进行分析，具体表达式如下：
23、
24、zdiff＝2*zodd (6)
25、
26、其中，zodd为奇模阻抗；zeven为偶模阻抗；zdiff为差分阻抗；zcomm为共模阻抗；er为材料的介电常数；s为过孔中心距；r为过孔半径；w为反焊盘长度；h为反焊盘宽度；d为反焊盘直径。
27、所述利用ads仿真软件对差分过孔的差分信号与共模信号的性能进行分析，具体包括以下步骤：
28、在ads仿真软件中建立或导入包含差分过孔结构的pcb板模型，并设置模型中的层叠结构和材料参数；
29、在模型中设置差分信号源和共模信号源，以模拟实际电路中的差分信号与共模信号输入；
30、设置仿真分析的频率范围和求解类型，并确保模型中不同材料之间的结构正确覆盖；
31、启动仿真运行，并等待仿真完成；
32、分析仿真结果，包括差分信号的传输系数s21和反射系数s11，以及共模信号的相应参数，以评估差分信号与共模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述建立差分过孔的等效物理模型具体包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述等效物理模型基于主板层叠结构，板厚为1.9mm，包含14层，并且L3、L5、L10、L12为高速信号布线层，PCIE 5.0高速信号走线的目标阻抗为85OHM。
4.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述根据差分过孔的等效物理模型，建立对应的等效电路模型具体包括以下步骤：
5.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述将等效电路模型简化为耦合双杆传输线模型具体包括以下步骤：
6.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述耦合双杆传输线模型在预测和优化差分过孔对高速信号传输的影响时，通过奇模阻抗、偶模阻抗、差分阻抗和共模阻抗进行分析，具体表达式如下：
7.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，
8.一种高速差分过孔深度优化系统，其特征在于，包括以下模块：
9.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述建立差分过孔的等效物理模型具体包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述等效物理模型基于主板层叠结构，板厚为1.9mm，包含14层，并且l3、l5、l10、l12为高速信号布线层，pcie 5.0高速信号走线的目标阻抗为85ohm。
4.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述根据差分过孔的等效物理模型，建立对应的等效电路模型具体包括以下步骤：
5.如权利要求1所述的一种高速差分过孔深度优化方法，其特征在于，所述将等效电路模型简化为耦合双杆传输线模型具体包括以下步骤：
6.如权利要求1所述的一种高速...
【专利技术属性】
技术研发人员：石家伟，唐斌，
申请(专利权)人：深圳市同泰怡信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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