[发明专利]基于短柱谐振对信号完整性影响研究的Rack服务器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于短柱谐振对信号完整性影响研究的Rack 服务器设计方法，属于云服务器电路板设计技术领域。

背景技术

随着云计算的应用范围不断的扩大，网上购物、网上审批、网银支付的出现，人们工作生活上的许多业务都呈现信息化的发展趋势。对网络服务器的计算性能要求越来越大，云计算的概念也因此产生，并初步形成了政务云、卫生云、税务云的新概念。随着云计算技术的兴起和发展，作为传统机房中的单元-机柜系统，要求部署在机柜内部服务器计算节点的数据处理能力越来越强，部署密度越来越高。

RACK机柜服务器产品的出现正好顺应了云计算的发展要求。这种服务器机柜不仅拥有很高的数据处理能力，而且在42U高度的机柜内部能够集成高达80个计算节点。

目前的rack机柜服务器系统采用多个电路板卡共同工作的方式。具体是：以服务器主板为核心，其他子卡为辅助，通过电缆线或者其他类型的电线连接，由于在实际电路板中几乎都会不可避免的遇到via stub的影响，所以通过数学模型的方式分析出短柱对信号完整性影响，确定电路的谐振频率，从而确保每块子卡运行平稳，然后整个系统能够正常的运行。

试板制作流程：开料→烘板→内层干膜→内层蚀刻→内AOI→棕化→层压→铣边→钻孔→去钻污→沉铜→外层电镀→图形电镀2 →控深钻孔→外层蚀刻1→外层干膜→图形电镀→外层蚀刻→外 AOI→阻焊→沉金→铣板……

虽然在电路板过孔设计中采用背钻有明显的优点：整机柜信号正确率效率得到大幅提升，传导损耗降低。但是也有着不可回避的缺点：生产成本大幅度提升，背钻准确率的影响；例如背钻不准确的话，整个电路板可能出现短路，就会导致烧板现象。最终，会导致整机柜烧掉，使得机柜内的其他节点运行的业务受到影响。

随着数字电路速率以及时钟频率的不断提高，在高速系统中，高速信号经过互连线会产生诸如延迟、反射、衰减、串扰等信号完整性问题。信号完整性问题已经成为高速数字电路设计是否成功的关键问题之一。

影响高速数字PCB信号完整性的主要因素除PCB设计和PCB板材选择外，导通孔对信号完整性有较大影响。在高速多层PCB中，当信号从顶层传输到内部某层时，用通孔连接就会产生多余的导通孔短柱，短柱在极大程度上影响着信号的传输质量。

当信号在通过过孔传输到阻抗匹配的另一层线路时，会有一部分能量被传递到过孔的短柱上，而这一部分由于没有任何的阻抗终结，所以可以被看作是全开路状态，因此这个分支便会造成剩余能量的全反射，这大大地削弱了信号质量，损坏了原始信号的完整性。

为克服上述技术问题，本发明提出了一种基于短柱谐振对信号完整性影响研究的Rack服务器设计方法。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供了一种基于短柱谐振对信号完整性影响研究的Rack服务器设计方法，其能够根据无短柱和有短柱时的过孔等效电路模型得到短柱谐振对整个系统电路板的影响，能够极大地促进Rack服务器系统的整体运转的可靠性。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：基于短柱谐振对信号完整性影响研究的Rack服务器设计方法，其特征是，首先对比在有无短柱的情况下过孔孔径对信号的影响，然后根据在PCB走线需要换层时需要考虑的via stub的影响情况进行搭建Rack服务器。

进一步地，所述的方法包括以下具体步骤：

步骤S1，根据单个过孔的叠层结构确定过孔的具体信息以及有短柱的情况下短柱的一些数据；

步骤S2，根据无短柱时过孔的等效模型结构的等效电阻、电感、电容的情况获取整个via的情况；

步骤S3，根据有短柱时过孔的等效模型结构获取via stub的具体情况；

步骤S4，根据谐振频率计算公式得到在具体过孔处的谐振情况，其中，f_res为多余短柱端产生的谐振频率，L为多余短柱的寄生电感，C为多余短柱的寄生电容；

步骤S5，根据有无短柱时过孔的等效电路进行仿真；

步骤S6，经过仿真验证确定过孔孔径对信号的影响；

步骤S7，汇总在PCB走线需要换层时需要考虑的via stub的影响情况；

步骤S8，按照设计好辅助小卡、选好的电源池和备份电池模组、设计好的主板、风扇板进行搭建Rack服务器系统。

进一步地，所述对比在有无短柱的情况下过孔孔径对信号的影响的过程为：通过比较过孔无短柱和有短柱时的等效电路模型，通过对等效电路模型的分析，从数学的角度定量定性的得到有无短柱对信号完整性的影响。