專利名稱：一種提高高速背板串擾性能的背板及其設計方法
技術領域：
本發明涉及網絡通訊以及高性能計算機技術領域，特別涉及一種提高高速背板串擾性能的背板及其設計方法。
背景技術：
在通信系統、大型數據中心以及高性能計算機系統中，多組相同功能的單板或者不同功能的單板通過背板接入系統，各個單板依靠背板進行通信，背板應用非常普遍，特別是在高性能交換機中，高速背板是非常重要的組件之一。當前，網絡通訊技術發展迅猛，高性能通訊系統廣泛應用，人們對信號的傳輸速率和處理能力都提出了更高的要求，高速串行互連標準的不斷提升，高性能交換機內單通道IOGbps以上的大規模背板系統的應用設計需求越來越多，特別是在大密度超厚度極高速網絡中，對高速背板的性能要求也越來越高，在高速背板設計時必須充分考慮背板上信號傳輸的完整性問題，在這些問題中，串擾是非常重要的一個方面。高速背板通常包括多組背板連接器和多個布線層，每一層布線層包括多個信號孔，連接兩兩信號孔的信號線。在現有技術中，每一層布線層的信號線上傳輸信號的流動方向可能會不一致。此外，現有技術的高速背板中的信號線為差分信號線，如圖1所示，布線層100上包括信號線IOOa和信號線100b，所述信號線IOOa和IOOb構成一對差分信號線，也就是說，所述信號線IOOa和所述信號線IOOb上傳輸兩個等值且反相的信號，例如，所述信號線IOOa上的信號的極性為正時，所述信號線IOOb上為等幅度的負極性信號。需要說明的是，為了便于說明，以下附圖中的差分信號線均簡化為一條信號線。圖2是現有技術中高速背板的其中一層布線層的示意圖，如圖2所示，布線層10包括差分信號線101和差分信號線102，所述差分信號線101連接差分信號孔1011和1012，所述差分信號線102連接差分信號孔1021和1022，所述差分信號線101和所述差分信號線102上傳輸的信號的流動方向不一致。這樣，當高速信號在所述布線層10上傳輸時就會存在很大的串擾，這種同層差分信號線之間的串擾過大就會嚴重影響信號的完整性，從而大大降低背板的傳輸性能。由上述內容可知，現有技術的背板會在高速信號傳輸時存在串擾問題，進而影響高速信號傳輸的完整性。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種提高高速背板串擾性能的背板及其設計方法，以有效地抑制高速信號在背板上傳輸時存在的串擾問題。為解決上述問題，本發明提供一種提高高速背板串擾性能的設計方法，包括提供印制背板，在所述印制背板上形成多個布線層，包括對每一層布線層，依次形成多個信號孔，以及在信號孔間布設信號線；將多組背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上，包括將各背板連接器的針腳通過信號孔與信號孔對應的信號線相連接，將相同端口類型的背板連接器的針腳分配安裝至一層或多層布線層上的信號線同側的信號孔，在各組背板連接器之間進行信號傳輸時，同一布線層上的信號線具有相同的信號流向；所述信號孔為差分信號孔，所述信號線為差分信號線。可選的，在所述印制背板上形成多個布線層之后，對所述差分信號孔進行反鉆工藝處理，所述每一層布線層的差分信號孔的反鉆深度相同。可選的，對所述差分信號孔進行反鉆工藝處理之后，再進行一次或多次反鉆工藝處理。可選的，在形成差分信號孔之后，布設差分信號線之前，形成包圍差分信號孔的隔離盤，所述隔離盤內的差分信號孔對應于同一背板連接器的針腳；在差分信號孔間布設差分信號線包括在各隔離盤間布設差分信號線，所布設的差分信號線與其兩側的隔離盤的距離相等。本發明還提供一種提高高速背板串擾性能的背板，包括多個布線層，每一層布線層包括多個信號孔，連接兩兩信號孔的信號線，以及通過針腳與一層或多層布線層的信號孔相連的多組背板連接器，每一層布線層上的信號線同側的信號孔對應連接于相同端口類型的背板連接器的針腳，所述信號孔為差分信號孔，所述信號線為差分信號線。可選的，所述差分信號孔的周圍形成有隔離盤，各隔離盤之間形成有差分信號線，所述差分信號線與其兩側的隔離盤的距離相等。與現有技術相比，上述公開的背板及設計方法具有以下優點I)本發明公開的設計方法中，包括將多組背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上的步驟，在此步驟中，具有相同端口類型的背板連接器的針腳被分配安裝至每一層布線層上的差分信號線同側的差分信號孔上，這樣就保證了信號在各組背板連接器之間傳輸時，同一層布線層上的差分信號線具有相同的信號流向。本發明公開的背板中，每一層布線層上的差分信號線同側的差分信號孔對應連接于相同端口類型的背板連接器的針腳，同樣也使得信號在背板的每一層布線層上傳輸時，其流動方向一致。這樣，本發明的背板及其設計方法都能實現背板的每一層布線層的順流布線，從而均有效地避免了高速信號在同層差分信號線之間的串擾，提高了在背板上傳輸的高速信號的完整性，進而滿足了對高速背板的性能要求。2)可選方案中，在所述印制背板上形成多個布線層之后，對所述差分信號孔經過一次或者多次反鉆工藝處理，這樣可以將多余的差分信號孔短分支去除，大大減少了差分信號孔短分支對高速信號的反射作用，從而進一步提高了在背板上傳輸的高速信號的完整性。3)可選方案中，在差分信號孔的隔離盤間布設的差分信號線與其兩側的隔離盤的距離相等，這樣與隔離盤內差分信號孔相連的背板連接器的針腳對布設在隔離盤間的差分信號線的串擾也會大大降低。
圖1是現有技術中高速背板的其中一層布線層上的信號線的示意圖；圖2是現有技術中高速背板的其中一層布線層的示意圖3是本發明背板設計方法的一種實施方式的流程圖；圖4是本發明背板的第一種實施例中其中一層布線層的示意圖；圖5是本發明背板的第二種實施例中其中一層布線層的示意圖；圖6是本發明背板的第三種實施例中其中一層布線層的示意圖；圖7是背板布線層中的信號傳輸示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖3是本發明背板設計方法的一種實施方式的流程圖，如圖3所示，所述的背板設計方法包括步驟S11，提供印制背板，在所述印制背板上形成多個布線層，包括對每一層布線層，依次形成多個信號孔，以及在信號孔間布設信號線；步驟S12，將多組背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上，包括將各背板連接器的針腳通過信號孔與信號孔對應的信號線相連接，將相同端口類型的背板連接器的針腳分配安裝至所述每一層布線層上的信號線同側的信號孔；在各組背板連接器之間進行信號傳輸時，同一布線層上的信號線具有相同的信號流向；所述信號孔為差分信號孔，所述信號線為差分信號線。其中，在印制背板上形成的多層布線層結構可以是如圖4所示的布線層結構，也可以是如圖5所示的布線層結構，還可以是圖4和圖5所示的布線層結構的任意組合結構。當然，背板的每一層布線層上還可以在其他位置形成差分信號孔，并不僅限于圖4和圖5的示意位置。為了使本領域技術人員可以更好的理解本發明具體實施方式
，以下以背板布線層包括圖4和圖5所示布線層為例，詳細說明本發明的背板設計方法。首先，假定背板包括兩個布線層，并且還包括一個背板連接器A，所述背板連接器A有針腳in1、針腳in2、針腳outl、針腳out2，其中ini和in2為兩個端口類型為輸入(Rx)的針腳，outl和out2為兩個端口類型為輸出(Tx)的針腳。本發明第一種實施例的背板設計方法包括提供印制背板，在所述印制背板上形成如圖4所示的布線層20，所述布線層20上形成有差分信號線201和差分信號線202，所述差分信號線201連接差分信號孔2011和差分信號孔2012，所述差分信號線202連接所述差分信號孔2021和差分信號孔2022。再在所述布線層20上形成如圖5所示的布線層30，所述布線層30上形成有差分信號線301和差分信號線302，所述差分信號線301連接差分信號孔3011和差分信號孔3012，所述差分信號線302連接差分信號孔3021和差分信號孔3022，所述差分信號孔3011和3021位于布線層30的一端，所述差分信號孔3021和3022位于布線層30的相對另一端。在形成布線層后，將背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上，具體包括將所述背板連接器的針腳通過差分信號孔與差分信號孔對應的差分信號線相連接；將相同端口類型的背板連接器的針腳分配安裝至所述每一層布線層上的差分信號線同側的差分信號孔上。以背板中如圖4所示的布線層結構為例，在本實施例中，所述將相同端口類型的背板連接器的針腳分配安裝至所述每一層布線層上的差分信號線同側的差分信號孔上包括將端口類型為輸出(Tx)的背板連接器的針腳安裝到差分信號孔2011和差分信號孔2021中；將端口類型為輸入(Rx)的背板連接器的針腳安裝到差分信號孔2012和差分信號孔2022中。以這種方式安裝后，信號在差分信號線上的傳輸方向與圖4中所示的信號的傳輸方向相同。當然，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，并不限于以上所描述的方式。例如，可以將端口類型為輸入(Rx)的背板連接器的針腳安裝到差分信號孔2011和差分信號孔2021中；而將端口類型為輸出(Tx)的背板連接器的針腳安裝到差分信號孔2012和差分信號孔2022中。以這種方式安裝后，信號在差分信號線上的傳輸方向與圖4中所示的信號的傳輸方向相反。具體到背板連接器A的安裝，可以根據背板連接器A的實際功能需求，將其針腳安裝到多層布線層的差分信號孔上，且不同端口類型的針腳安裝到同一層布線層的對應差分信號孔上。在本實施例中，將背板連接器A的針腳ini安裝到布線層20的差分信號孔2022中，將針腳outl安裝到布線層20的差分信號孔2011中，將針腳in2安裝到布線層30的差分信號孔3012中，將針腳out2安裝到布線層30的差分信號孔3021中。與此相類似地，還可以將背板連接器A的針腳ini安裝到布線層20的差分信號孔2012中，將針腳outl安裝到布線層20的差分信號孔2021中，將針腳in2安裝到布線層30的差分信號孔3012中，將針腳out2安裝到布線層30的差分信號孔3021中。本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，并不限于以上所描述的方式。通過發明人進一步分析發現，當布線層上的差分信號線穿越其他組背板連接器針腳區域時，現有技術并未考慮背板連接器的針腳對經過其針腳區域的差分信號線的串擾影響，但是這也會帶來很大的串擾問題。因此，本發明的背板設計方法還可以包括在形成差分信號孔之后，布設差分信號線之前，形成包圍差分信號孔的隔離盤，所述隔離盤內的差分信號孔對應于同一背板連接器的針腳；在差分信號孔間布設差分信號線包括在各隔離盤之間布設差分信號線，所布設的差分信號線與其兩側的隔離盤的距離相等。如圖6所示，在印制背板上形成布線層40，所述布線層40上包括差分信號線401、差分信號線402和差分信號線403 ;所述差分信號線401連接差分信號孔4011和差分信號孔4012，所述差分信號線402連接所述差分信號孔4021和差分信號孔4022，所述差分信號線403連接所述差分信號孔4031和差分信號孔4032 ;所述差分信號孔4011、4012、4021、4022、4031和4032的周圍形成有隔離盤(如圖6所示的方形隔離盤，在實際應用中所述隔離盤應包括一對差分信號孔，此處僅為簡潔圖示和說明)，差分信號線402布設在差分信號孔4011和差分信號孔4031之間，且差分信號線402至差分信號孔4011的隔離盤的距離SI等于差分信號線402至差分信號孔4031的隔離盤的距離S2。這樣布設差分信號線的方法能有效地減少被分配安裝至差分信號孔4011和差分信號孔4031的背板連接器的針腳對差分信號線402的串擾。至此，形成了第一種實施例的背板結構，其中，背板每一層布線層的結構不同，例如，第一層布線層的結構如圖4所示的布線層結構，第二層布線層的結構如圖5所示的布線層結構。此外，每個背板連接器的不同端口類型的針腳與同一層布線層上的差分信號孔相連，并且布設在差分信號孔隔離盤之間的差分信號線與其兩側的隔離盤的距離相等。本發明背板設計方法的第二種實施例中，形成多層布線層結構的過程與上述第一種實施例類似。在對背板連接器A進行安裝時，可以根據背板連接器A的實際功能需求，將其針腳安裝到多層布線層的差分信號孔上，且將其相同端口類型的針腳安裝到同一層布線層的對應差分信號孔上。在本實施例中，將背板連接器A的針腳ini安裝到布線層20的差分信號孔2012中，將針腳in2安裝到布線層20的差分信號孔2022中，將針腳outl安裝到布線層30的差分信號孔3011中，將針腳out2安裝到布線層30的差分信號孔3021中。與此相類似地，還可將背板連接器A的針腳ini安裝到布線層20的差分信號孔2022中，將針腳in2安裝到布線層20的差分信號孔2012中，將針腳outl安裝到布線層30的差分信號孔3021中，將針腳out2安裝到布線層30的差分信號孔3011中。本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，并不限于以上所描述的方式。至此，形成了第二種實施例的背板結構，與第一種實施例的背板結構相比，背板結構的區別在于在本實施例中，背板連接器的相同端口類型的針腳與同一層布線的差分信號孔相連接。本發明背板設計方法的第三種實施例中，提供印制背板，在所述印制背板上形成多個布線層包括在背板上形成的多個布線層的結構相同，例如，可以是如圖4所示的布線層結構，也可以是如圖5所示的布線層結構。對背板連接器進行安裝時，所采用的安裝方式可以與第一種實施例的安裝方式相同，也可以與第二種實施例的安裝方式相同，并且在差分信號孔的隔離盤之間布設差分信號線時采用第一種實施例中相同的方法，在此不再贅述。至此，形成了第三種實施例的背板結構。需要說明的是，本發明的實施例并不僅限于以上描述的三種，本領域技術人員還可以在不違背本發明內涵的情況下，對步驟Sll中形成的布線層的結構以及步驟S12中背板連接器的安裝方式做其他組合。總之，本發明的背板設計方法中，每一層布線層上的差分信號線同側的差分信號孔對應的背板連接器的端口類型相同，這樣就保證了信號在背板的每一層布線層上傳輸時，其流動方向一致，從而實現了每一層布線層上的順流布線。這樣，高速信號在每一層布線層上順序傳輸時，能有效地避免高速信號在同層差分信號線之間的串擾，提高了高速信號的完整性，從而滿足了對高速背板的串擾性能要求。按照本發明實施例而形成的背板，存在著多個差分信號孔短分支，所述差分信號孔短分支指的是未與背板連接器的針腳連接，并且不用于傳輸信號的部分。圖7所示的是背板布線層中的信號傳輸示意圖，如圖7所示，背板包括布線層50、布線層60、布線層70以及差分信號孔80，所述布線層60包括差分信號線601，所述差分信號孔80貫穿布線層50、布線層60以及布線層70，信號經過差分信號孔80傳輸至差分信號線601。所述差分信號孔短分支指是的圖7中所示的布線層60至布線層70之間的部分。
發明人發現，這些差分信號孔短分支的存在影響了背板的傳輸性能，在垂直方向，差分信號孔的短分支之間也存在一定的串擾，特別是背板上傳輸的信號為高速信號時，這種串擾的影響會更加明顯。如圖7所示，信號經過差分信號孔時，會受到差分信號孔短分支的反射，從而削弱了原信號。針對這個問題，本發明的背板設計方法還包括在印制背板上形成多個布線層后，對差分信號孔進行一次或多次反鉆工藝處理，針對同一層布線層上的差分信號孔，在反鉆的方向上做相同深度的工藝處理。結合圖7可知，所述的反鉆工藝處理指的是將布線層60和布線層70之間的多余差分信號孔去除。這樣通過對所述差分信號孔經過一次或者多次反鉆工藝處理后，將多余的差分信號孔短分支進行了去除，從而大大減少了差分信號孔短分支對高速信號的反射作用，進一步地提高了在背板上傳輸的高速信號的完整性。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種提高高速背板串擾性能的設計方法，其特征在于，包括提供印制背板，在所述印制背板上形成多個布線層，包括對每一層布線層，依次形成多個信號孔，以及在信號孔間布設信號線；將多組背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上，包括將各背板連接器的針腳通過信號孔與信號孔對應的信號線相連接，將相同端口類型的背板連接器的針腳分配安裝至一層或多層布線層上的信號線同側的信號孔；在各組背板連接器之間進行信號傳輸時，同一布線層上的信號線具有相同的信號流向；所述信號孔為差分信號孔，所述信號線為差分信號線。
2.根據權利要求1所述的提高高速背板串擾性能的設計方法，其特征在于，所述將多組背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上還包括將各背板連接器上具有不同端口類型的針腳分配安裝至同一層布線層的對應差分信號孔上。
3.根據權利要求1所述的提高高速背板串擾性能的設計方法，其特征在于，所述將多組背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上還包括將各背板連接器上具有相同端口類型的針腳分配安裝至同一層布線層的對應差分信號孔上。
4.根據權利要求1所述的提高高速背板串擾性能的設計方法，其特征在于，所述對每一層布線層，依次形成多個信號孔包括在每一層布線層的相對兩側形成差分信號孔。
5.根據權利要求1 4任一項所述的提高高速背板串擾性能的設計方法，其特征在于， 所述設計方法還包括在所述印制背板上形成多個布線層之后，對所述差分信號孔進行反鉆工藝處理，所述每一層布線層的差分信號孔的反鉆深度相同。
6.根據權利要求5所述的提高高速背板串擾性能的設計方法，其特征在于，所述設計方法還包括對所述差分信號孔進行反鉆工藝處理之后，再進行一次或多次反鉆工藝處理。
7.根據權利要求1所述的提高高速背板串擾性能的設計方法，其特征在于，在形成差分信號孔之后，布設差分信號線之前，形成包圍差分信號孔的隔離盤，所述隔離盤內的差分信號孔對應于同一背板連接器的針腳；在差分信號孔間布設差分信號線包括在各隔離盤間布設差分信號線，所布設的差分信號線與其兩側的隔離盤的距離相等。
8.一種提高高速背板串擾性能的背板，其特征在于，包括多個布線層，每一層布線層包括多個信號孔，連接兩兩信號孔的信號線，以及通過針腳與一層或多層布線層的信號孔相連的多組背板連接器，每一層布線層上的信號線同側的信號孔對應連接于相同端口類型的背板連接器的針腳，所述信號孔為差分信號孔，所述信號線為差分信號線。
9.根據權利要求8所述的提高高速背板串擾性能的背板，其特征在于，各背板連接器上具有不同端口類型的針腳與同一層布線層上的差分信號孔相連。
10.根據權利要求8所述的提高高速背板串擾性能的背板，其特征在于，各背板連接器上具有相同端口類型的針腳與同一層布線層上的差分信號孔相連。
11.根據權利要求8所述的提高高速背板串擾性能的背板，其特征在于，所述差分信號孔分別位于每一層布線層的相對兩側。
12.根據權利要求8所述的提高高速背板串擾性能的背板，其特征在于，所述差分信號孔的周圍形成有隔離盤，各隔離盤之間形成有差分信號線，所述差分信號線與其兩側的隔離盤的距離相等。
全文摘要
一種提高高速背板串擾性能的背板及其設計方法，所述設計方法包括提供印制背板，在所述印制背板上形成多個布線層，對每一層布線層依次形成多個差分信號孔，以及在差分信號孔間布設差分信號線；將多組背板連接器安裝到形成有多個布線層的印制背板上，將各背板連接器的針腳通過差分信號孔與差分信號孔對應的差分信號線相連接，將相同端口類型的背板連接器的針腳分配安裝至一層或多層布線層上的差分信號線同側的差分信號孔。本發明的背板及其設計方法，實現了每一層布線層上的順流布線，保證了每一層布線層上的信號流動方向一致，從而有效地避免了高速信號在同層差分信號線之間的串擾，提高了高速信號的完整性，滿足了對高速背板的串擾性能要求。
文檔編號H01R13/02GK103037614SQ20111030023
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者高劍剛, 鄭浩, 金利峰, 李滔, 胡晉, 王玲秋, 呂春陽 申請人:無錫江南計算技術研究所