專利名稱：一種控制信號傳輸同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及電子技術(shù)中的印刷電路板的多傳輸線同步的延時(shí)控制技術(shù)。

背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備與人們的生活越來越密切，它們幾乎出現(xiàn)在生活的各個(gè)角落。印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱“PCB”)作為重要的部件出現(xiàn)在絕大多數(shù)電子設(shè)備中。除了固定各種電子器件，PCB的主要功能是為它上面的各種電子器件提供相互的電氣連接。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道，PCB的基板是由絕緣隔熱并不易彎曲的材質(zhì)制成，在PCB板的表面通過導(dǎo)線提供電子器件的電路連接。
制造印制電路板的主要材料是敷銅板(又名覆銅板)。覆銅板就是經(jīng)過粘接、熱擠壓工藝，使一定厚度的銅箔牢固地覆著在絕緣基板上。所用覆銅板基板材料及厚度不同，覆銅板所用銅箔與粘接劑也各有差異，制造出來的敷銅板在性能上就有很大差別。銅箔覆在基板的一面，稱作單面敷銅板，覆在基板二面的稱作雙面敷銅板。
1、基板 高分子合成樹脂和增強(qiáng)材料組成的絕緣層壓板可以作為敷銅板的基板。合成樹脂的種類繁多，常用的有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯等。增強(qiáng)材料一般有紙質(zhì)和布質(zhì)兩種，它們決定了基板的機(jī)械性能，如耐浸焊性、抗彎強(qiáng)度等。
2、銅箔 它是制造敷銅板的關(guān)鍵材料，必須有較高的導(dǎo)電率及良好的焊接性。一般技術(shù)要求銅箔表面不得有劃痕、砂眼和皺褶，金屬純度不低于99、8％，厚度誤差不大于±5μm。
3、覆銅板粘合劑 粘合劑是銅箔能否牢固地覆在基板上的重要因素。敷銅板的抗剝強(qiáng)度主要取決于粘合劑的性能。
4、阻焊劑 通常在整個(gè)PCB基板外面還要再包上一層阻焊劑。阻焊劑的作用是防止橋接、短路及虛焊等現(xiàn)象的出現(xiàn)，對高密度印制電路板尤為重要；保護(hù)元器件和集成電路；節(jié)約焊料；還可以使用帶色彩的阻焊劑，以起到美化印制板的作用。
標(biāo)準(zhǔn)的四層PCB板疊層如圖1所示，圖中基板材質(zhì)為FR4(環(huán)氧樹脂玻璃纖維板)，信號層覆銅，此外在PCB板外包有阻焊劑。
在低速電路設(shè)計(jì)中，可以將信號走線看作是集總的電容或是延遲線，而隨著電子設(shè)備的工作頻率的提高，信號走線會(huì)逐漸產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)和完整性的問題。在高速數(shù)字系統(tǒng)中，有必要將PCB上面的連線看做傳輸線。高頻工作時(shí)PCB的導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)或并聯(lián)的電容、電阻和電感效應(yīng)，并且相對工作頻率，導(dǎo)線產(chǎn)生的延時(shí)也不能忽略。
傳輸線上的電信號的傳播速度與周圍媒介有關(guān)。傳播延遲通常用s/m來度量，它是傳播速度的倒數(shù)。傳輸線的傳播延遲與周圍介質(zhì)的介電常數(shù)的平方根成正比。傳輸線的時(shí)間延遲僅是指信號傳播過整個(gè)線長所用的時(shí)間總量。式(1)～(3)表示了有效介電常數(shù)εr、傳播速度v、傳播延遲PD和時(shí)間延遲TD之間的關(guān)系 式中 v——傳播速度，單位m/s； c——光速，c＝3×108m/s； εr——有效介電常數(shù)； PD——傳播延遲，單位為s/m； TD——信號通過一段走線的傳播延時(shí)，單位為s； x——傳輸線長度，單位為m。
需要注意的是，式(1)～(3)是假設(shè)沒有磁性材料存在的，即μr＝1，因?yàn)樵诠街胁豢紤]磁性材料。
微帶線的有效介電常數(shù)計(jì)算公式如下 其中，εri為有效介電常數(shù)，εb是板材的介電常數(shù)，εi是板外阻焊劑或空氣的介電常數(shù)，H是走線到參考平面的高度，W是走線寬度，而T是走線厚度。
由公式(3)可以看出，傳輸線的延遲取決于絕緣材料的介電常數(shù)和線長。在多通道信號傳輸?shù)倪^程中，為了保證通道間傳輸延時(shí)的一致性，往往要求通道間的相位抖動(dòng)誤差在很小的范圍內(nèi)，如圖2中，即要求傳輸線Line1、Line2和Line3之間的傳輸時(shí)間要一致?，F(xiàn)有的技術(shù)方案通過調(diào)整各通道的走線長度來調(diào)整通道間的延遲，在圖2中，如果Line3的傳輸較Line1延遲過大，可將ab兩點(diǎn)短接，來調(diào)整傳輸線的長度，使Line3的傳輸延遲與Line1趨近一致，若仍有很大差別，可繼續(xù)通過此方法對Line3傳輸線進(jìn)行調(diào)整，直至通道間一致性滿足指標(biāo)要求，其它通道也可通過此方法進(jìn)行調(diào)整。
現(xiàn)有的技術(shù)方案是在介電常數(shù)不變的情況下，通過對傳輸線長度的調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)對傳輸線間延遲的控制，但其只能實(shí)現(xiàn)納秒級的延時(shí)調(diào)整，而對于要求通道一致性極高的情況下，例如通道間的相位抖動(dòng)為幾個(gè)至幾十個(gè)皮秒的情況下，就不能通過這種方法來調(diào)整了。
本發(fā)明是在傳輸線長度不變的情況下，通過調(diào)整等效介電常數(shù)來實(shí)現(xiàn)對傳輸線皮秒級的延時(shí)調(diào)整。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決通道間信號傳輸高度一致性的問題，而提供一種控制信號傳輸同步的方法，該方法可以保證相位抖動(dòng)在幾個(gè)至幾十個(gè)皮秒的范圍內(nèi)達(dá)到信號傳輸?shù)耐健?br> 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明提供一種控制信號傳輸同步的方法，該方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下 步驟1依據(jù)(4)、(5)式計(jì)算出具有阻焊情況下的印刷電路板結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)εr1； 步驟2依據(jù)(4)、(5)計(jì)算出去除阻焊情況下的印刷電路板結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)εr2； 步驟3根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求的多通道間傳輸?shù)淖钚鬏斞訒r(shí)調(diào)整要求，設(shè)此調(diào)整最小值要求為ΔD，即根據(jù)下式(6)， 求出計(jì)算調(diào)整延時(shí)所使用的去除阻焊空格的寬度(圖3中的d)，即(7)式 步驟4按s≤d的原則確定s的數(shù)值(圖3中的s)。考慮到實(shí)現(xiàn)工藝的原因，一般取s≥1mm； 步驟5L(圖3中的L)的尺寸按L≥信號走線寬帶W進(jìn)行確定； 步驟6根據(jù)步驟3、4、5確定d、s、L，每隔s設(shè)計(jì)一個(gè)長為L、寬為d的去阻焊格，去阻焊格的數(shù)量可以按照略大于需要調(diào)整的最大總時(shí)延要求確定，去阻焊格設(shè)計(jì)情況如圖3所示； 步驟7在線路板調(diào)試時(shí)，根據(jù)實(shí)際測得的兩條傳輸線的延時(shí)差，確定這兩條傳輸線間需要調(diào)整的延時(shí)tD。
步驟8根據(jù)式(8)計(jì)算出需要填充阻焊劑的去阻焊格的數(shù)目n，對需要增加延時(shí)的信號走線，將走線上的n個(gè)去阻焊空格填充上阻焊劑。
一次調(diào)整完成后，再次對這兩條傳輸線進(jìn)行延時(shí)測試，若仍然不滿足要求，可重復(fù)步驟7和步驟8，直至達(dá)到滿意的結(jié)果。
若需對多條傳輸線進(jìn)行調(diào)整，可通過控制每兩條傳輸線的延時(shí)以達(dá)到控制所有傳輸線傳輸同步的目的。
有益效果 本發(fā)明是在傳輸線長度不變的情況下，通過調(diào)整等效介電常數(shù)來實(shí)現(xiàn)對傳輸線傳輸延時(shí)皮秒級的調(diào)整，以達(dá)到信號傳輸同步的目的。實(shí)際測試的結(jié)果表明，該方法可以實(shí)現(xiàn)很好的信號傳輸?shù)耐?，與通過調(diào)整走線長度來實(shí)現(xiàn)對傳輸線間延遲控制的傳統(tǒng)方法相比，提高了同步精度，達(dá)到了皮秒級的延時(shí)調(diào)整。



圖1為標(biāo)準(zhǔn)的四層pcb板的疊層圖； 圖2為器件A、B間多通道信號利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行傳輸延遲調(diào)整的示意圖； 圖3為本發(fā)明中單根信號線，調(diào)整傳輸延時(shí)的去阻焊格的設(shè)計(jì)示意圖； 圖4為本發(fā)明多傳輸線利用介電系數(shù)進(jìn)行傳輸延時(shí)調(diào)整的原理圖； 圖中，1-阻焊層、2-信號層、3-地層(銅箔)、4-FR4絕源層(基板)、5-直流電源層、6-板厚、7-器件A、8-器件B、9-銅箔傳輸線、10-去阻焊格、11-填充阻焊格、W-走線寬度、H-走線到參考平面的高度、T-走線厚度、L-為去阻焊格的長度、d-去阻焊格的寬度、s-相鄰去阻焊格間的間隔，LineX表示傳輸線。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
假設(shè)有Line1，Line2兩根走線，走線傳輸時(shí)延的調(diào)整精度要求為小于10ps，可調(diào)整的最大總時(shí)延為200ps。εb(板材的介電常數(shù))為4.5，H(走線到參考平面的高度)為0.08mm，W(走線寬度)為0.13mm，T(走線厚度)為0.0254mm。
具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下 步驟1依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值得具有阻焊情況下的印刷電路板結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)εr1＝4.5； 步驟2依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值得去除阻焊情況下的印刷電路板結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)εr2＝3.5； 步驟3系統(tǒng)要求的多通道間傳輸?shù)淖钚鬏斞訒r(shí)調(diào)整ΔD＝10ps，根據(jù)(7)式得去除阻焊空格的寬度d＝11.9mm 步驟4按s≤d的原則取s＝5mm； 步驟5按L≥信號走線寬帶W的原則取L＝0.5mm； 步驟6根據(jù)步驟3、4、5確定d、s、L，每隔s設(shè)計(jì)長為L，寬為d的去阻焊格，如圖3所示。因每個(gè)去阻焊空格可以調(diào)整10ps延時(shí)，而線間可調(diào)整的最大總時(shí)延為200ps，在Line1，Line2兩走線上去阻焊空格的數(shù)量應(yīng)大于20個(gè)，本例中取25個(gè)去阻焊空格； 步驟7調(diào)試線路板，實(shí)際測試結(jié)果線Line2比線Line1延時(shí)多22ps，即tD＝22pS。
步驟8根據(jù)(8)式計(jì)算n＝2，則將Line1線上的兩個(gè)去阻焊格填充阻焊劑，如圖4所示。這樣使得Line1線傳輸時(shí)延多了20ps，Line1、Line2兩走線之間的誤差縮短至2ps，小于10ps的指標(biāo)要求。
權(quán)利要求
1、一種信號傳輸同步控制方法，其特征在于該方法主要包含以下步驟
步驟一.依據(jù)
式計(jì)算出或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值得到具有阻焊情況下的印刷電路板結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)εr1；
其中，εri為有效介電常數(shù)，εb是板材的介電常數(shù)，εi是板外阻焊劑或空氣的介電常數(shù)，H是走線到參考平面的高度，W是走線寬度，而T是走線厚度；
步驟二.依據(jù)(4)、(5)計(jì)算出或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值得到去除阻焊情況下的印刷電路板結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)εr2；
步驟三.根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求的多通道間傳輸?shù)淖钚鬏斞訒r(shí)調(diào)整要求，設(shè)此調(diào)整最小值要求為ΔD，根據(jù)下式
其中，x為傳輸線長度
求出計(jì)算調(diào)整延時(shí)所使用的去除阻焊空格的寬度d
其中，c為光速，c＝3×108m/s；
步驟四.按相鄰去阻焊格間的間隔s≤d的原則確定s的數(shù)值；考慮到實(shí)現(xiàn)工藝的原因，一般取s≥1mm，d為去阻焊格的寬度；
步驟五.去阻焊格長度L的尺寸按L≥信號走線寬帶W進(jìn)行確定；
步驟六.根據(jù)上述步驟三、四、五確定的d、s和L，每隔s設(shè)計(jì)一個(gè)長為L、寬為d的去阻焊格，去阻焊格的數(shù)量可以按照略大于需要調(diào)整的最大總時(shí)延要求確定；
步驟七.在線路板調(diào)試時(shí)，根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果，確定傳輸線間需要調(diào)整的延時(shí)tD；
步驟八.根據(jù)下式計(jì)算出需要填充阻焊劑的去阻焊格的數(shù)目n，對需要增加延時(shí)的信號走線，將走線上的n個(gè)去阻焊空格填充上阻焊劑，
一次調(diào)整完成后，進(jìn)行延時(shí)測試，若仍然不滿足要求，可重復(fù)步驟七和步驟八，直至達(dá)到滿意的結(jié)果；
若需對多條傳輸線進(jìn)行調(diào)整，可通過控制每兩條傳輸線的延時(shí)以達(dá)到控制所有傳輸線傳輸同步的目的。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及印刷電路板的多傳輸線同步的延時(shí)控制技術(shù)，特別涉及一種信號傳輸同步控制方法。現(xiàn)有的技術(shù)方案是在介電常數(shù)不變的情況下，通過對傳輸線長度的調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)對傳輸線間延遲的控制。本發(fā)明是在傳輸線長度不變的情況下，通過調(diào)整相對介電常數(shù)來達(dá)到通道間傳輸一致性的方法，可對皮秒級的延時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)際測試的結(jié)果表明，該方法可以實(shí)現(xiàn)很好的信號傳輸?shù)耐?，與通過調(diào)整走線長度來實(shí)現(xiàn)對傳輸線間延遲控制的傳統(tǒng)方法相比，提高了同步精度，達(dá)到了皮秒級的延時(shí)調(diào)整。
文檔編號G06F17/50GK101604349SQ20091008836
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者磊 孫, 王旭萌 申請人:北京理工大學(xué)