改善平面谐振特性的PCB及其设计方法技术

本发明专利技术涉及PCB电路板技术领域，特别是一种改善平面谐振特性的PCB及其设计方法，通过在PCB设计时，改变电源/地平面尺寸结构、减少PCB层间介质厚度、采用高介电常数的介质材料及增加去耦电容方法进而改变可能存在的谐振频率和降低谐振幅度，提高系统性能。为了达到上述目的，本发明专利技术是通过以下技术方案实现的：本发明专利技术提供一种改善平面谐振特性的PCB设计方法，包括：确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数；布置电源层的信号线布线回路；根据电源层布线回路确定电源层的高频易谐振点；在高频易谐振点与接地层之间设置去耦电容。

【技术实现步骤摘要】
改善平面谐振特性的PCB及其设计方法
本专利技术涉及PCB电路板
，特别是一种改善平面谐振特性的PCB及其设计方法。
技术介绍
在FPGA设计过程中，由于PCB板上电子元器件密度较大，走线较密，信号频率也越来越高，不可避免要出现EMC(电磁兼容)和EMI(电磁干扰)问题。目前，印刷电路板设计中，电源层和地层形成了一个平面谐振腔，在这个平面谐振腔内存在某些区域存在一些高频易谐振点。构成PCB电路设计的元素中，电源分配系统中面积最大的就是电源/地平面，它扮演着高频去耦、为信号线提供回流路径及电磁屏蔽的作用，电源/地平面虽然可以看作一个电容器。但是由于设计的需要，电源/地平面通常会被分割，平面的电容特性会变得非常复杂，而且高频时，受分布寄生电感的影响，电源/地平面相当于一个谐振腔，具有谐振特性。电源/地平面的谐振特性对我们的系统性能带来不利的影响，因此降低电源-地平面谐振特性对PCB设计尤为重要。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种改善平面谐振特性的PCB及其设计方法，通过在PCB设计时，改变电源/地平面尺寸结构、减少PCB层间介质厚度、采用高介电常数的介质材料及增加去耦电容方法进而改变可能存在的谐振频率和降低谐振幅度，提高系统性能。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种改善平面谐振特性的PCB设计方法，包括：确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数；布置电源层的信号线布线回路；根据电源层布线回路确定电源层的高频易谐振点；在高频易谐振点与接地层之间设置去耦电容。进一步地，确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数之前，还包括：根据平行板电容公式：C=ε0*εr*A/h，计算电源层与接地层之间的电容，其中，C表示电容量，ε0表示真空的介电常数，εr表示介质相对介电常数，A表示平行板平面的面积，h表示平行板间的距离。进一步地，确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数，包括：根据平行板电容公式确定PCB板卡介质的相对介电常数，以及电源层与接地层的层间距离。进一步地，根据电源层布线回路确定电源层的高频易谐振点，包括：根据电源层布线回路上回路的分布情况，确定每条回路的高频易谐振点；每条回路确定一个或多个高频易谐振点。进一步地，在高频易谐振点与接地层之间设置去耦电容之前，还包括：确定去耦电容的电容大小。进一步地，确定去耦电容的电容大小，包括：根据所确定的电源层与接地层的叠层参数，再结合平行板电容公式计算电源层与接地层平行板原始电容；根据电源层与接地层平行板原始电容的大小，选取合适的去耦电容。进一步地，在高频易谐振点与接地层之间设置去耦电容，包括：在每个高频易谐振点与接地层之间设置一个或多个去耦电容。本专利技术还提供一种改善平面谐振特性的PCB，包括PCB板卡，所述PCB板卡设置有电源层和接地层，其中，电源层上布置有一条或多条信号线回路，信号线回路上设有多个高频易谐振点，每个高频易谐振点与接地层之间通过一个或多个去耦电容连接。进一步地，所述PCB板卡为多层层叠结构，包含有多组电源层与接地层。进一步地，所述PCB板卡板材的相对介电常数值不小于4，电源层与接地层的层间距离不超过0.1mm。本专利技术提供一种改善平面谐振特性的PCB设计方法，具有如下有益效果：本专利技术方法通过以下三个方面进行改善平面谐振特性：1.改变平面尺寸结构，进而改变可能存在的谐振频率，使相关的谐振频率避开所关注的噪声频带；2.介质厚度与阻抗成正比，减少介质厚度以降低谐振幅度；采用高介电常数的材料也会降低电源地的阻抗，但谐振频率也会随之降低；3.在频率较高时，电源板层的特性开始变得复杂，一对平行板构成了一个平行板传输系统，电源和地之间的噪声，或与之对应的电磁场遵循传输线原理在板之间传播，由于多模电磁波的传输而呈现的强烈的谐振特性并存在多个高频易谐振点，所以需要结合去耦电容来抑制，以大幅提高电源与地平面间的电容，达到电容滤波作用。改善平面谐振特性的PCB的有益效果与改善平面谐振特性的PCB设计方法类似，不再赘述。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的改善平面谐振特性的PCB设计方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例所提供的改善平面谐振特性的PCB的第一种实施方式的结构示意图；图3为本专利技术实施例所提供的改善平面谐振特性的PCB的第二种实施方式的结构示意图；图4为不含去耦电容的PCB板的谐振特性图；图5为含有去耦电容的PCB板的谐振特性图。具体实施方式为了便于理解，对附图中出现的部分英文名词作以下解释说明：EMI即ElectromagneticInterference，有传导干扰和辐射干扰两种：传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络；辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。相对介电常数，即relativepermittivity，表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数，其值等于以预测材料为介质与以真空为介质制成的同尺寸电容器电容量之比，该值也是材料贮电能力的表征。也称为相对电容率。为使本专利技术实施例的目的、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，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合具体情况说明本专利技术的示例性实施例：本专利技术实施例提供一种改善平面谐振特性的PCB设计方法，包括：确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数；布置电源层的信号线布线回路；根据电源层布线回路确定电源层的高频易谐振点；在高频易谐振点与接地层之间设置去耦电容。请参考图1，图1为本专利技术实施例所提供的改善平面谐振特性的PCB设计方法的流程示意图；本实施例提供一种改善平面谐振特性的PCB设计方法，包括：步骤S101、根据平行板电容公式：C=ε0*εr*A/h，计算电源层与接地层之间的电容；其中，C表示电容量，ε0表示真空的介电常数，εr表示介质相对介电常数，A表示平行板平面的面积，h表示平行板间的距离；步骤S102、根据平行板电容公式确定PCB板卡介质的相对介电常数，以及电源层与接地层的层间距离；步骤S103、布置电源层的信号线布线回路；步骤S104、根据电源层布线回路上回路的分布情况，确定每条回路的高频易谐振点；步骤S105、每条回路确定一个或多个高频易谐振点；步骤S106、根据所确定的电源层与接地层的叠层参数，再结合平行板电容公式计算电源层与接地层平行板原始电容；步骤S107、根据电源层与接地层平行板原始电容的大小，选取合适的去耦电容大小；步骤S108、在每个高频易谐振点与接地层之间设置一个或多个去耦电容。在本实施例中，在谐振频率附近，能力会被介质存储或消耗掉，而且只要该电源与地平面的谐振位置有激励源，就很容易起振。如果信号的参考回路刚好经过平面高频易谐振点，则谐振噪声很容易耦合到信号中，使得信号质量变差，而且谐振也会对EMI辐射产生影响。通常需要增加滤波电容或适当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善平面谐振特性的PCB设计方法，其特征在于，包括： 确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数； 布置电源层的信号线布线回路； 根据电源层布线回路确定电源层的高频易谐振点； 在高频易谐振点与接地层之间设置去耦电容。

【技术特征摘要】
1.一种改善平面谐振特性的PCB设计方法，其特征在于，包括：确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数；布置电源层的信号线布线回路；根据电源层布线回路确定电源层的高频易谐振点；在高频易谐振点与接地层之间设置去耦电容。2.根据权利要求1所述的改善平面谐振特性的PCB设计方法，其特征在于，确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数之前，还包括：根据平行板电容公式：C=ε0*εr*A/h，计算电源层与接地层之间的电容，其中，C表示电容量，ε0表示真空的介电常数，εr表示介质相对介电常数，A表示平行板平面的面积，h表示平行板间的距离。3.根据权利要求2所述的改善平面谐振特性的PCB设计方法，其特征在于，确定PCB板卡电源层与接地层的叠层参数，包括：根据平行板电容公式确定PCB板卡介质的相对介电常数，以及电源层与接地层的层间距离。4.根据权利要求1所述的改善平面谐振特性的PCB设计方法，其特征在于，根据电源层布线回路确定电源层的高频易谐振点，包括：根据电源层布线回路上回路的分布情况，确定每条回路的高频易谐振点；每条回路确定一个或多个高频易谐振点。5.根据权利要求1所述的改善平面谐振特性的PCB设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟瑶，
申请(专利权)人：郑州云海信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41