0 引 言

对于高速通信系统而言，更倾向于采用背板的交换架构来提高整体数据的传输与处理能力，同时还增加了系统的可扩展性与可维护性。为了在给定的空间内提供更高的数据量，背板不但要提高走线密度，还必须提高传输速率，从而带来诸如信号完整性[1-2]、电源完整性[3-4]、电磁兼容[5-6]等问题困扰着高速电路的设计。

当前10 Gbps以上高速传输协议如Aurora、JESD204B、PCIE等收发器大部分使用GTH规范。

Ansys HFSS 软件基于模型的物理原型，利用有限元法(FEM)，以变分原理与剖分插值为基础，把连续求解区域分割成一定数目的小单元，对给定边界的泛函求极值而得出麦克斯韦方程组，最终得出整个研究区域的电磁场分布情况。有限元法对涉及材料、边界、激励等求解问题有着广泛的适应性，对处理非线性、多层介质、各向异性介质问题有着独到优势。同时Designer、Siwave与HFSS软件都归属于Ansys公司，并且mentor expedition能够直接导入Ansys中，这为软件之间的协调仿真带来了便利。

信号在网络中传输时，主要有3类因素影响信号质量：

(1) 由于板材等固定性因素产生的介质损耗、导体损耗[7]等引起信号衰减。

(2) 多网络之间的耦合而引起的信号串扰[8]。

对于电压传输压降，公式为:

1 传输线衰减

高速传输线中的信号衰减主要分为两部分：一部分是由于导线损耗而引起的；另一部分是由于介质材料损耗而引起的。具体公式如下：

突变点的反射系数为：

 

(1)

 

(2)

5) 定植密度：株行距3.5 m ×3.5 m；穴植，穴规格1.0 m × 0.8 m × 0.5 m。每穴可植3～5株。

根据上式可知，由介质损耗而引起的衰减会随着传输频率的增加而迅速增加，因此在高频时，介质损耗占主导地位。

同时，对于常规材料FR4，介电常数为4.4，介电损耗正切值为0.02；而高速RO4350B材料，介电常数为3.66，介电损耗正切值为0.003 7。

高频时：Rdb(FR4)≈ 0.088·B·f；Rdb(RO4350B)≈ 0.0135·B·f。

本区表层土壤As含量的变化范围为1.5～6.97 mg/kg，均值为3.65 mg/kg，远远低于广西A层土壤几何平均值(13.4 mg/kg)[20]，As含量值低于农用地土壤污染风险筛选值(40 mg/kg)[4]，土壤环境质量中单指标As处于清洁状态。

其传输系数为：

2 背板结构

根据背板走线密度，需要4层布线层。由于背板表层需加强筋，因而表层无法放置导线。因此背板设计为十二层板。具体层叠结构为：信号层(S1)—电源层(P2)—信号层(S3)—电源层(P4)—信号层(S5)—电源层(P6)—电源层(P7)—信号层(S8)—电源层(P9)—信号层(S10)—电源层(P11)—信号层(S12)。

式中：Rdb、Rline、Rdiel分别为单位长度总衰减、导线引起的衰减、介质材料引起的衰减；RL、LL、CL、GL为导线单位长度电阻、串联回路电感、电容、介质引起的并联电导；A为导线损耗系数；B为介质损耗系数；f为频率；tan(&)为介质损耗正切值；εr为介电常数。

1.6.2 案例描述 张某，男，36岁，因“转移性右下腹痛3小时”为主诉急诊入院。病人7小时前无明显诱因脐周疼痛，未予处理，3小时前出现转移性右下腹疼痛，遂来医院就诊。诊断为急性阑尾炎。体温38℃，脉搏110次/分，呼吸 29次/分，拟定于15：00急诊在全麻下行阑尾切除术。术前医嘱：青霉素皮试、鲁米那0.1 mg和阿托品0.5 mg术前30分钟肌注。

  

图1 背板整体效果图

如图1所示，对于采用通用子板的背板，正常电源区域与布线区域是通过上下区域而分开的。

发射部分中，信号模拟器根据来自控制主机的参数，精确生成包含多普勒信息的微波信号，中心频率为1.772 GHz，频率可变范围是1.75～1.8 GHz。在马赫曾德电光强度调制器（MZM）中，使用生成的微波信号对1 550 nm激光进行强度调制，调制后的激光经光衰减器传输至接收部分，其中光衰减器模拟了光在空间传播中的衰减。

对于标准板卡，供电电压总共有+12 V、+5 V、+3.3 V 3种电压。

(3) 单网络传输线的内部不连续、端接不连续等引起信号反射。

ΔV=I ·R=I·ρ·L/(S·N)

(3)

式中：ΔV为电压压降； I为供电电流； R为传输阻抗；ρ为铜皮电阻率；L为电流传输距离；S为电流传输横截面面积；N为铜皮层数。

“2012中国经济发展论坛”在联合国开发计划署的指导与支持下，由新华社经济参考报社、商务部中国国际经济技术交流中心共同主办，迄今为止已成功举办四届。本届论坛秉承“从战略高度和现实问题出发，研究探索我国经济发展之路”的宗旨，以“寻找中国经济发展新动力”为主题，围绕如何促进我国经济社会又好又快发展进行了深入探讨和交流。国家有关领导、相关部委官员、著名专家学者、城市代表、知名企业家、新闻媒体记者等300多人出席论坛。

根据公式(3)得出，由于电压压降与连接外部电源的接插件到子板电源的长度L成正比，因此将2个接插件放置于布线区域左右，使得2个接插件到子板电源的总长度L最低，从而降低电压压降。

同时，对于常规背板，电源放置于电源层。由于总共有6层电源层，且整板基本都为高速线，因此，电源层不能进行分割以保证高速信号的完整性。由于需3种电压，且电压与地要邻近，因此每种电压能够占用1个电源层。

式中，d50为临界粒度；d为溢流管直径；D为旋流器直径；T为给矿中的固体含量；Dh为沉沙口直径；δ为固体的密度； ρ为水的密度，H为旋流器给矿压力。

然而，此设计中背板将电压走线放置于信号层，由于布线区域左右无信号走线，因此左右区域可以放置供电铜皮。同时内部4层信号层都可以放置供电铜皮，因此+12 V可以放置2层，根据公式(3)可知，增加层数N可以进一步降低电压压降。+5 V与+3.3 V可以各放置一层。同时，其他6层电源层都变为完整地层，此可以保证地的回流，此为后续过孔阻抗匹配设计提供了有利条件。

3 过孔模型

信号在网络中传输时，当某点瞬态阻抗发生改变时(即经过阻抗分界面处)，部分网络可能会被反射，其余部分网络将继续传输。

Rdb=Rline + Rdiel=

ρ反射=Vreflect / Vin=(Z+-Z-)/(Z++Z-)

(4)

根据GTH规范性能要求、材料性能、PCB厂商的制板量，背板选用高频RO4350B材料。

从2017年起，我国临床医学学位硕士研究生入学考试已经转变为各个招生单位自主命题，这种现状无疑对临床医学生的招生进行了有效改善。招生学校可以通过导师科研的要求、研究生培养目标等自行确定考试科目和考试难度，从根本控制学生基础的科研知识水平与能力。另外，可以在复试面试中增加科研能力与科研思路的考察，对跨专业的考生增加临床医学知识的考察，或者可以成立相关专家考察委员会，进一步对学生的专业能力进行全方位的了解。

ρ传输=Vtrans / Vin=(2Z+)/(Z++Z-)

(5)

式中：Vin 为输入电压；Vreflect 为反射电压；Vtrans 为传输电压；Z+为输出点的瞬态阻抗；Z-为输入点的瞬态阻抗。

因此，保存整条链路的阻抗匹配是保证信号质量的基础条件。然而，对于高速背板传输链路而言，过孔与接插件经常是突变点。

工程中使用的是能够传输25 Gbps的高速接插件。根据接插件的要求，背板座子过孔孔径为0.45 mm，孔间距为1.4 mm。

对于寄生电容估算结果为：

柴达木盆地是青藏高原的一部分，具有干燥、多风、寒冷的特点。年平均气温大多数高于2℃；最热的七月份平均温度仅11.5～18.0℃；一月平均温度多在-10～-15℃之间，极端最低温度一般在-30℃以下。以西风为主，最大风速为20～22 m/s。年日照时数可达3200～3600h。盆地东部降水量约160～180mm，中部降至40～50mm，西部的冷湖一带更少，不足20mm，然而，年蒸发量1973.62～3183.04mm[12]。

C_pad=(A εr T D1)/(D2-D1)[9]

(6)

此外，过孔还存在寄生电感，其数值估计为：

L_vialens=Bh[ln(4h/d)+1][9]

(7)

式中：C_pad为过孔寄生电容；A为电容系数；εr为电路板的相对介电常数；T为印制板厚度；D1为焊盘直径；D2为反焊盘直径；L_vialens为过孔寄生电感；B为电感系数；h为过孔长度；d为过孔直径。

图3所示为当使用背钻工艺，只改变残桩长度时，对于过孔的TDR阻抗变化。从图中可以得出，过孔的特性阻抗随着残桩长度的增加(背钻长度的减小)而减小，因此残桩越小越好。同时根据PCB厂商工艺条件，背钻工艺下，至少保留0.203 2 mm的残桩才能保证信号线的可靠性。因此，本工程应用中使用背钻工艺对残桩刻蚀3.403 6 mm。

 

(8)

3.1 焊盘优化

根据公式(6)得出，焊盘的增加能够增加过孔的寄生电容，因此对于焊盘的选择越小越好，同时对于工艺要求，焊盘最小半径必须比过孔半径大0.101 6 mm，因此，对于此工程，选择焊盘半径为0.330 2 mm。同时，非功能焊盘即为不连接信号线的焊盘。图2所示为当增加了非功能焊盘时，过孔的时域反射技术(TDR)阻抗会降低。这是由于非功能焊盘能够增加过孔的容性阻抗，从而降低过孔的特性阻抗。同时，走线层的焊盘能够防止过孔处信号线产生断裂，保证其可靠性。因此为了寻求性能与稳定性，高速走线需去除非功能焊盘，保留功能焊盘。

  

图2 非功能焊盘对过孔阻抗影响

3.2 残桩影响

过孔特性阻抗：

  

图3 残桩对过孔阻抗影响

另外，从图4的残桩对插入损耗影响的示意图可看出，残桩还能引起残桩谐振。由于残桩相当于开路，从而形成了波长谐振器，使得信号在谐振点的衰减急剧增加，严重影响了信号质量。同时对于本工程而言，如果背钻长度在0～0.977 9 mm之间时，谐振频率在7.5～11.5 GHz之间，对此段频率的信号影响最大。残桩越小，谐振频率越大，因此根据背钻工艺的要求，选择残桩为0.203 2 mm，背钻长度为3.403 6 mm的条件。

  

图4 残桩对过孔插入损耗影响

3.3 反焊盘影响

常规差分过孔反焊盘形状为椭圆形，是为了方便于差分对之间进行45°弯曲走线。而对于本工程而言，由于无需在差分对之间进行弯曲走线，因此可以对反焊盘形状进行优化设计。相同长宽条件下，由于矩形反焊盘面积相较于椭圆形反焊盘增加，根据公式(6)得出增加的面积将导致过孔与铜平面的寄生电容减小，从而增大过孔的阻抗，因此将反焊盘形状优化设计成矩形。

同时，由于信号过孔与其旁边的接地孔之间间距为1.1 mm，对于常规反焊盘长度而言，反焊盘边界只能靠近回流孔，无法到达回流孔。

回流孔部分铜皮的过流量：

生物因子 植物的生长发育除与无机的环境有密切关系外，还与动物、微生物，以及植物之间发生着密切的关系。动物可以为植物授粉，传播种子；植物之间的相互竞争、共生、寄生等关系以及土壤微生物的活动与植物根系的吸收都影响到植物的生长发育。

I=A·L·N·H

(9)

式中：I为过流量；L为铜皮宽度；N为铜皮层数；H为铜皮厚度；A为电流系数。

而此工程中电源地层总共有6层，因此，根据公式(9)得出，由于增加了层数N，可以适当降低铜皮的宽度L，而能够取得相同的过流量效果。对于反焊盘而言，根据公式(6)和公式(8)得出过孔阻抗随着反焊盘宽度的增加而增加，因此可以回流孔铜皮宽度L保留0.304 8 mm，保持稳定回流，从而单个过孔的反焊盘长度可以从常规的1.117 6 mm设计成1.930 4 mm，具体效果如图5所示，整个差分过孔反焊盘长度(即单个过孔反焊盘长度加上过孔间距)为3.352 8 mm。因此本工程取反焊盘长度最大值为3.352 8 mm。

3.4 链路性能

常规背板传输链路如图6所示，具体子板传输线1线长50.8 mm，背板传输线线长76.2 mm；子板传输线2线长50.8 mm。传输线与过孔模型是通过HFSS建立的，同时，接插件是厂商提供的模型，最终联合仿真通过designer实现。

  

图5 过孔形成效果图

为了实现优化前与优化后链路传输性能的对比，高速GTH接口标准如表1所示。对2种链路输入同样的理想信号，其中输入信号峰峰值为800 mV，上升和下降时间为40 ps，输入数据码型为PRBS7的8b10b。

  

图6 传输链路图

  

图7 链路优化前信号输出眼图

 

表1 GTH接口标准

  

Symbol数值单位可接收差分电压150mV输出差分电压800mVfrise(上升时间)40psfrise(上升时间)40psVRate(最大传输速率)13.1Gbps

对于优化前链路，信号输出眼图如图7所示，由于过孔没有优化引起的阻抗不匹配与谐振和采用差损较大的FR4材料等原因，引起信号反射、衰减造成眼图难以睁开，从而导致GTH收发器难以正确接收数据。

1）要对现有的计算机软件进行改造，确保原有和单机运行的软件可以在网络环境下顺利运行，并借助网络传输提供必要条件的文件；

软件应用采用结合我们院咨询项目和用户应用相结合的方法，典型工程包括武汉国际博览中心会议中心绿建咨询项目，上海虹桥商务区核心区一期绿建咨询项目，扬中园博园三馆建筑设计和能效评价项目，无锡太湖国际博览中心大酒店能效测评项目，徐州医学院附属医院病房楼能效测评项目，武进影艺宫能效测评项目等。

根据表1的GTH收发器接收标准，信号输入电平峰峰值不低于150 mV才能保证数据正确接收。对于优化后链路，信号输出眼图如图8所示，由于采用阻抗优化技术与使用低差损的材料，有利于提高数据传输质量，满足收发器接收标准。

（1）当前酒店行业的薪酬相对较低。目前武汉的酒店人力市场开出的实习生工资每月1800元，正式员工的工资是每月3000左右（包含奖金），而武汉市市区的最低生活水平是2000元。仅仅从这组数字就可以表明，知识型员工苦读寒窗十几载，最后连自己的最低生活都保障不了。目前酒店行业的利润非常的高，但体现在员工身上的薪酬水平却一直没有得到相应的提高。这在很大程度上会阻滞对高级人才的引进，同时在企业内部也会很大程度的打击知识型员工的积极性。

4 结束语

通过对板材、传输线、电源布局、差分过孔等指标的分析与仿真优化能够减小信号传输过程中的反射、损耗，减小传输误码率，调节谐振点，提高信号质量。根据最终仿真结果，此信号基本能够满足高速GTH收发器进行背板传输的标准。

  

图8 链路优化后信号输出眼图

参考文献

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[2] 杨章平.高速PCB设计中的信号完整性分析研究[D].成都：电子科技大学,2012.

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[4] 申伟,唐万明,王杨.高速PCB的电源完整性分析[J].现代电子技术,2009，32(24)：213-216.

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