一种差分过孔分析方法技术

技术编号:19027448 阅读:133 留言:0更新日期:2018-09-26 20:09
本发明专利技术公开了一种差分过孔分析方法,应用于含有差分走线的多层高速PCB,包括以下步骤:S1:对差分过孔结构进行区域分解,分解形成有平行板区域和若干个过孔区域,若干个所述过孔区域与平行板区域之间形成有若干个交界面,所述平行板还包括外部边界;S2:利用三维有限单元法求解若干个所述过孔区域;S3:利用边界积分方法求解所述平行板区域;S4:所述过孔区域与平行板区域S参数级联;本实施例提供的差分过孔分析方法采用边界积分法提取不规则形状平行板上不同过孔区域之间的耦合特性时,不需要对整个二维计算区域进行网格划分,而只用考虑一维边界,能进一步提升紧凑型过孔结构的设计效率。

【技术实现步骤摘要】
一种差分过孔分析方法
本专利技术涉及集成电路
,尤其涉及一种差分过孔分析方法。
技术介绍
在多层高速PCB或封装系统中,过孔通常被用来连接不同层的信号线或者连接器件与电源平面和地平面。当高速信号沿着过孔传输时,过孔上垂直方向的电流会在平行板之间激励起向外传播的电磁波,从而使噪声耦合到相邻的信号孔上。作为信号传输路径中最常见的不连续因素,过孔会造成模式转换、串扰和不匹配等SI(signalintegrity,信号完整性)问题。同时,过孔还可能激励起平行板结构的谐振模式,通过边缘的辐射造成潜在的EMI(electromagneticinterference,电磁干扰)问题或者导致电源分配网络中剧烈的电压波动。所以在对高速PCB或封装系统进行SI和EMI分析时,准确的过孔建模是至关重要的。目前大部分过孔的建模工作均是针对传统的过孔结构,即孔柱位于圆形焊盘中心的结构。因此对传统的过孔结构,反焊盘区的电磁场分布可以近似为同轴TEM(transverseelectromagnetic,横电磁波)模式。但是随着PCB或封装结构数据速率的升高,越来越多的差分过孔结构被用来传输高速差分信号。例如,差分过孔结构的反焊盘不再是圆形,该结构的特点是多个过孔共用一个不规则形状的反焊盘。对于这种差分过孔结构,反焊盘区的TEM模式不再存在解析解。因此,必须使用数值方法来计算反焊盘区的TEM模式。目前已有的实现方案有两种:一种是利用区域划分的三维/二维FEM(FiniteElementMethod,有限单元法)求解不规则平行板上的紧凑型过孔结构。该方法首先利用二维静态有限元求解器得到反焊盘区的TEM模式,然后将其作为源分别作用在过孔区域和平行板区域。其中过孔区域内复杂的场分布用三维有限元求解,并同时利用二维有限元求解平行板区域的传播模式,但对于平行板区域采用二维有限元法分析时,需要对计算区域进行网格划分,因此该分析方法效率不够高。另一种方法是采用三维FEM/边界积分法求解无限大平行板上的紧凑型过孔结构,但是该方法局限于无限大平行板的紧凑型过孔结构,无法适用于实际的有限大不规则形状的平行板结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种差分过孔分析方法,以解决现有的差分过孔分析方法效率不够高的问题。为达此目的,本专利技术采用以下技术方案:一种差分过孔分析方法,应用于含有差分走线的多层高速PCB,包括以下步骤:S1:对差分过孔结构进行区域分解,分解形成有平行板区域和若干个过孔区域,若干个所述过孔区域与平行板区域之间形成有若干个交界面,所述平行板还包括外部边界;S2:利用三维有限单元法求解若干个所述过孔区域;S3:利用边界积分方法求解所述平行板区域;S4:所述过孔区域与平行板区域S参数级联。可选的,所述步骤S3包括:通过边界积分方法求解不同所述过孔区域的端口之间的耦合,该边界包括所有所述交界面和所述外部边界。可选的,所述步骤S3包括:所述平行板之间的间距属于电小尺寸,使得所述外部边界可以近似等于PMC边界。可选的,所述步骤S4包括:计算出每个所述过孔区域的S参数矩阵后,将所有所述过孔区域的S参数矩阵整合成一个总的S参数矩阵。可选的,所述步骤S4包括:所述平行板区域的S参数矩阵与总的S参数矩阵通过所述交界面的水平端口级联起来。与现有技术相比,本专利技术实施例具有以下有益效果:本实施例提供的差分过孔分析方法采用边界积分法提取不规则形状平行板上不同过孔区域之间的耦合特性时,不需要对整个二维计算区域进行网格划分,而只用考虑一维边界,能进一步提升紧凑型过孔结构的设计效率。附图说明为了更清楚地说明本专利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专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的差分过孔分析方法的流程图。图2为本专利技术实施例提供的含有三个过孔区域的不规则形状平行板的结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的用三维FEM求解过孔区域的俯视示意图。图4为本专利技术实施例提供的用三维FEM求解过孔区域的侧视示意图。图5为本专利技术实施例提供的沿着过孔区域与平行板区域的交界面定义水平方向端口的示意图。图6为本专利技术实施例提供的平行板区域与过孔区域的S参数级联的示意图。图7为本专利技术实施例提供的将过孔区域和平行板区域分为源、接收器和耦合路径的示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,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它实施例,都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。请参阅图1所示,本实施例提供了一种差分过孔分析方法,应用于含有差分走线的多层高速PCB,包括以下步骤:S1:对差分过孔结构进行区域分解,分解形成有平行板区域和若干个过孔区域,若干个所述过孔区域与平行板区域之间形成有若干个交界面,所述平行板还包括外部边界;S2:利用三维有限单元法求解若干个所述过孔区域;S3:利用边界积分方法求解所述平行板区域;S4:所述过孔区域与平行板区域S参数级联。具体的,在步骤S1中,过孔区域与平行板区域形成有若干个交界面,平行板还包括其外部边界。请参阅图2所示,为了更好的说明本专利技术的技术方案,本实施例在平行板区域中分解有三个过孔区域,分别表示为A、B和C,该三个过孔区域与平行板区域的交界面分别为ΓA、ΓB和ΓC,平行板的外部边界用Γout表示。本专利技术的技术方案关键在于,在每个交界面的内部是过孔区域,这些过孔区域可以用三维FEM来求解。同时,交界面的外部是平行板区域,可以用边界积分方法来求解出不同的过孔区域间的耦合。请参阅图3和图4所示,过孔区域中的反焊盘是矩形,反焊盘的两边各有一个短路过孔。其中,位于中间的两个孔为信号孔,位于两侧的两个孔为短路孔。W、L、a、b、d、r均为过孔区域的各项尺寸。平行板之间介质材料的介电常数为εr,损耗角正切为tanδ。更进一步的,在步骤S2中,在解过孔区域时,其磁场强度H需要满足如下方程:这里的V是指平行板之间的介质和上下的过孔柱,而S=St+Sb+Sh,St、Sb和Sh分别指过孔上端和下端的反焊盘面以及平行板与过孔区域的交界面。在本例中,St和Sb可分别定义为两个TEM端口。同时,Sh被划分为许多线性的片段。由于平行板之间的间距h为电小尺寸,并且Sh与过孔结构有一定距离,因此Sh上每个片段的场分布为平行板模式,水平方向的磁场与垂直方向的电场近似为常数。因此,在方程(1)中,n×H=Jzez(2)Ez=Ezez(3)请参阅图5所示,对于一个水平方向的端口i,其端口电压和电流可定义为:这里的wi是指端口的长度。假设在St、Sb和Sh上分别有Nt,Nb和Nh个端口。采用全波电磁仿真软件来计算这个多模式网络的S参数,可写成如下形式:这里的v指代过孔区域A、B或C。和是指顶部端口、底部端口和水平端口的出射波的系数矢量。和是指顶本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种差分过孔分析方法,应用于含有差分走线的多层高速PCB,其特征在于,包括以下步骤:S1:对差分过孔结构进行区域分解,分解形成有平行板区域和若干个过孔区域,若干个所述过孔区域与平行板区域之间形成有若干个交界面,所述平行板还包括外部边界;S2:利用三维有限单元法求解若干个所述过孔区域;S3:利用边界积分方法求解所述平行板区域;S4:所述过孔区域与平行板区域S参数级联。

【技术特征摘要】
1.一种差分过孔分析方法,应用于含有差分走线的多层高速PCB,其特征在于,包括以下步骤:S1:对差分过孔结构进行区域分解,分解形成有平行板区域和若干个过孔区域,若干个所述过孔区域与平行板区域之间形成有若干个交界面,所述平行板还包括外部边界;S2:利用三维有限单元法求解若干个所述过孔区域;S3:利用边界积分方法求解所述平行板区域;S4:所述过孔区域与平行板区域S参数级联。2.根据权利要求1所述的差分过孔分析方法,其特征在于,所述步骤S3包括:通过边界积分方法求解不同所述过孔区域的端口之间的耦合,...

【专利技术属性】
技术研发人员:田欣欣李健凤吴艳杰吴多龙
申请(专利权)人:广东工业大学
类型:发明
国别省市:广东,44

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1