^m m m m 2021年第01期(总第217期）
田原
(北京锐安科技有限公司，北京100192)
摘要：很多背板连接器都是采用压接的方式装配到背板上，因此，背板的压接孔会存在大量桩线。在低速信号情况下，桩 线的影响可以忽略。但是随着信号速率的不断提升，桩线的影响越来越严重，尤其是对高速信号的完整性影响。文章针 对背板桩线易发，多发的问题，通过原理设计、P C B Layout和P C B加工工艺三方面对桩线的影响进行改进，并对背板的 发展趋势和架构做出展望。
关键词：信号完整性；桩线；印制板；正交
中图分类号:T N〇5文献标识码:B文章编号:2096-9759(2021)01-0138-04
The influence and improvement of high-speed Backplane Stub on signal quality
Tian Yuan
R U N Technologies Co,Led,Beijing,100192，China)
Abstract:Man y backplane connectors are assembled to the backplane by press f i t.Therefore,there will be a large number of stubs in the pressfit holes of the backplane.In the case of low-speed signals,the influence of stubs can be ignored.However,as the signal speed continues to increase,the impact of stubs i s becoming more and more serious,especially on the integrity of h ighspeed signals.This paper aims at the problem of easy and frequent occurrence of backplane stubs,and improves the impact of stubs through three aspects: S C H design,P C B Layout and P C B processing technology,and makes an outlook on the development trend and structure of backplanes.
Keywords:signal integrity;stub;printed board;orthogonal
〇引言传高速背板是很多电子设备的重要组成部分，用于电子设备
中各个插卡间信号的互联和供电，比如电信设备、雷达设备等。
一般背板都是遵循相应的规范进行设计，比如，V M E规
范，C P C I规范,V P X规范,A T C A规范等等，这些规范对背板 图1传输线分支情况1
采用的连接器、结构尺寸、背板实现的互联架构等等做了明确
说明。这些规范有个共同的特性，就是所采用的连接器都是
通过压接的方式装配到背板上。
这样的背板一般情况下整板都遍布压接连接器用的通孔。
如下图所示，下图为一款遵循V P X规范的背板印制板，它按
照规范的要求放置了很多的压接孔。由于高速背板压接孔数
量巨大，极易产生大量粧线。背板厚度一般较厚，可达5.5m m,
粧线长度一般较长，导致高速背板信号质量受影响非常明显,
也极大地限制了背板信道所能达到的最大速率。背板上过孔自动弹簧机
的桩线与上述类似。
图2传输线分支情况2
然而，随着技术的不断发展进步，设备中各个插卡间互联 速率不断提升，这对高速背板速率提出了更高的要求。因此，
有必要采用必要的措施，有力的提升高速背板信号速率和质 量，有效减少桩线对信号质量的影响。
文章主要针对背板桩线对信号质量带来的影响，从原理 设计、P C B Layout和P C B加工工艺三个方面，提出了切实可 行的方法。
1粧线定义和影响
U桩线的定义
传输线的分支，如果这个分支很短，我们就称之为粧线 (stub)。具体到P C B设计中，有多种情况，如图1、2、3、4所示。图3传输线分支情况3图4传输线分支情况4
收稿日期:2020-11-23
作者简介：田原(1983-)，男，辽宁人，本科，主要研宄方向：网络安全。
球墨铸铁管qiumogg
138
情况1: A和B之间为传输线，A和B之间的传输线多了 联关系，信号定义位置，尽量避免不同高速信号间的交叉，以—个分支，这个分支相对比较短，并且没连接到相应的连接器 减少不必要的髙速信号布线叠层。
或芯片等器件，我们称之为粧线。对于高速信号而言，这种情 比如，我们常用的PCIE信号，布线时一般将发送的lanes
况是设计中的失误导致的，可以通过PCB设计工具中的相应功能，统计粧线并自动删除错误的粧线。
以 Allegro 为例，可以通过Tools----Quick reports----Dangling Lines，and Antenna Report进行检査《检査结束会给出报告，列出所有相关有问题的网表、焊盘、坐标和叠层。通过Route----Gloss----Parameters----Line smoothing 后，点击“gloss”即可自动完成清理工作。
对于低速信号存在一根信号连接多个节点的分支，比如并行总线PCI总线就是多个节点存在分支。因其信号速率很低，不会对信号质量带来影响，不在本文讨论范围
情况2: A和B之间为传输线，在b端(或a端)多出一段走线，这个分支相对比较短，并且没连接到相应的连接器或芯片等器件，我们称之为桩线。与情况1 一样，对于高速信号而言，这种情况是设计中的失
误导致的，可以通过PCB设计工具中的相应功能自动删除错误的粧线
情况3: A和B之间为传输线，包括A到过孔传输线，过孔中的走线，过孔到B端传输线，图中黄部分为设计的传输线未使用的通孔部分，我们也称之为桩线。
情况4：与情况3类似。背板的连接器通过压接的方式，装配到背板上。连接器压接针一般采用鱼眼结构设计，且长度一般情况下要短于背板上的通孔。如下图所示。下图为连接器压接后，连接器压接针和背板压接孔切面效果图。通孔多出的部分，我们也称之为粧线。
1.2桩线对信号质量的彩响
信号离开驱动器后，遇到了分支点。这时信号遇到的是两段传输线的并联阻抗，此阻抗较低，所以负反射将回到源端，另一部分信号将沿着两个分支继续传播。当粧线上的信号到达粧线末端时，他将反射回分支点，再从分支点反射到桩线末端，就这样在粧线中来回振荡111。
当stub长度较短时，主要影响过孔的阻抗，从而对S11参数有影响，当stub长度较长时，过孔阻抗突变明显，且会引入—个谐振。谐振频率点随stub变长而向低频偏移，因此，会影响在工作频率点的信号质量ra。
引入的谐振，以及随着stub变长，谐振频率点向低频偏移的仿真结果，与上述粧线导致反射的原理分
析是一致的。原理分析和仿真结果互相印证。
这里需要明确说明一下，并不是所有桩线都会导致发生严重影响，这里面有个经验性的法则：
LstubCmaxX RT
其中，Lstub(max)表示粧线可以允许的最大长度，单位为in;RT表示信号上升时间，单位为ns。
举例来说，如果上升时间为1ns，就要确保桩线长度小于lin。如果上升时间为0.5ns，粧线长度要小于0.5in[1]。
综上所述，粧线长度小于信号上升边的空间延伸的20%，其影响可以忽略。相反，如果其长度大于信号上升边的空间延伸的20%，则对信号质量就会有很大的影响，这时，就需要采取必要的措施来改进桩线的影响。
2桩线影响的改进
2.1通过原理设计改进
在原理设计阶段，通过合理规划系统中各个插卡间的互作为一组信号，在同一层布线，接收的lanes作
为一组信号，在另一层布线，这样，在背板BOT层和次底层就可以把这些信号布通。BOT层显然基本没有stub，因此BOT层无stub影响。而次底层，通过合理叠层设计，可以使次底层的stub约为0.2mm以下，这样的stub效果与背钻后的残粧长度类似，对高速信号影响可以忽略。对于与这组PCEE交叉的高速信号，就需要走在BOT和次底层之外的布线层，这样导致信号交叉这组信号的stub会很长，如果达到影响信号质量的标准后，就需要从其他方案改进粧线影响了。
2.2通过合理设计•层结构改进
以下面叠层结构为例，如果信号从L1层经过过孔到L2层，那么这个传输线通过过孔引入的桩线为L2到L8的长度，达到了 2.9mm。如果调整布线，信号从L1层经过过孔到L8层，则粧线基本消失，或者从L1层经过过孔到达L7层，桩线长度也可以控制在0.2胃以内，都可以极大地改善粧线的影响。如图5所示：
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
L8水平除雾器
PP TU-87P SLK
Core TU-872SLK
PP TU-S7PSLK
Core TU-S72 SLK
熔断器盒PP TU-87P SLK
Cora TU-87?SLK
PP TU-S7PSLK
0 5_PT_1 OZ
3313 (56%)* 1
10Z
0.drum(不含
102
2116(55%V1
102
0.71m m(不含润)
102
2116(55%n
102
0 8m m(不含锕)
102
3313(5Q%n
0 5一PT_1 02
图5印制板叠层示意图
另外一方面就是叠层结构本身的设计，要注意靠近BOT 层的绝缘介质包括半固化片和芯板都要设计采用薄一些的，这样能够确保靠近BOT层的几层布线层存在的粧线尽量短，使其影响可以忽略，由此改进桩线带来的影响。
2.3采用背钻工艺改进
过孔自身的结构特点使其通常表现为容性特征，即阻抗偏低，在通道中会造成阻抗不连续从而影响信号完整性气对此可以通过优化过孔尺寸改善信号完整性，文章讨论过孔粧线的影响，我们一般采用背钻的方式减小桩线的影响。
背钻技术利用控深钻孔方法，采用二次钻孔方式钻掉背板压接孔或信号过孔的桩线。
在多层印刷电路板设计和生成过程中，尤其是厚度较厚的印刷电路板，比如厚度在3mm及以上的背板设计和生产，通常有信号从TOP层进入通孔，然后从中间某层引出，那么中间层到B0T层的孔径就是我们所说的粧线，对于背板来说桩线长度最大可以达到5mm左右，甚至更髙，这会严重影响背板信道所承载信号的质量和速率上限。
这时，我们一般在通孔成型后，通过从BOT层二次钻孔，钻掉桩线。当然，我们也有从TOP层二次钻孔，钻掉粧线的情况，要根据设计信号叠层和走线确定背钻工艺.
相较于更改印制板结构和使用盲埋孔印制板，背钻工艺可以在基本不増加印制板生产时间及成本的情况下，缓解大多数由于过孔stub对高速信号完整性带来的不良影响[4]。
139
下图为背板压接孔背钻后的效果。从图中可以看出，该 背钻是从B O T层到内层信号的邻近层。背钻后会留下一段 残桩，一般根据厂家不同，会留下0.1-0.2m m左右的残粧。如 图6所示：
图6背钻后压接孔示意图
2.4盲埋孔工艺
盲孔将印刷电路板内层走线与表层走线相连，该孔一端 不穿透印制板，盲孔长度是从表层(T O P层或B O T层)到内层 走线层，如下图所示。
埋孔将印刷电路板内层走线之间相连，该孔两端均不穿 透印制板，埋孔长度是从内层到内层走线层，因此在印制板的 表层(T O P层和B O T层)均看不到埋孔，如图7所示。
盲埋孔能够很好地解决桩线的问题，但目前位置，很少应 用盲埋孔解决信号完整性问题。
盲埋孔其实主要应用于髙密度，髙集成和小面积的印制 板上，主要解决印制板受空间限制，导致的布线空间小，叠层 少，布线密度高的问题，比如手机主板一般都会用到盲埋孔, 这对工厂加工工艺和加工精度提出了更髙的要求，因此成本 也是高出不少》
3背板架构的进化
目前，采用分布式计算的架构如图8所示。
业务板I 交换板1此务板N
图8传统分布式计算架构倍号路径示意图
业务卡1〜N为分布式计算单元，通过交换板对数据进
行交换。以业务板1上的一个信号为例，该信号到交换板1需
经过如下路径和过孔：
⑴芯片fanout过孔1：通过业务板1上的芯片fanout的
过孔1，将信号从芯片上引出到业务板的电路板；
(2) 业务板连接器的过孔2：通过业务板上的连接器压接 过孔2，将信号从业务板电路板引出到背板；
(3) 背板连接器过孔3和4：业务板的信号通过背板连接 器过孔3引入到背板，再通过背板的连接器过孔4，引出到交
换板1;
(4) 交换板连接器的过孔5：通过交换板上的连接器压接 过孔5，将信号从背板电引出到交换板1;
(5) 芯片fanout过孔6：通过交换板1上的芯片fanout过 孔，将信号引入到交换芯片
以上传统分布式运算，信号从业务板到交换板要经过6个
过孔，每个过孔对信号都会造成影响，因此，这种架构对信号
速率影响较大。同时，该架构现行标准的背板带宽也有瓶颈,
限制了系统容量和运算能力的进一步提升。
针对上述问题，为了构建更高速率、更大容量系统，我们
引入了正交架构的概念。如下图所示。与传统分布式运算系
统类似，该系统也是由业务板和交换板组成，只是没有了背板，
同时交换板直接与所有业务板相连。
从信号传输路径上分析，该架构传输路径优于传统分布
式架构，少了两个连接器和过孔对信号的影响，缩短了传输距
离，理论上信号速率会更髙。同时，业务板和交换板的交换板
直接相连，交换容量不再受到背板无源信道带宽的限制，可以
实现更大容量的交换和运算。
目前，采用正交架构的设备广泛应用于电信设备中，为网
络爆发式发展、5G网络提供了有力的保障，取得了良好的应用
效果。如图9所示：
此务钣1此务板M
4结语
综上所述，对于桩线的处理，我们要先从原理图设计的角
度，优化拓扑结构和信号定义；从P C B设计的角度，优化印制
板叠层和走线：以上两点目的是从设计的角度避免和减少桩
线的产生。
对于无法避免的粧线，我们最后从印制板加工工艺的角
度，采用背钻工艺，减少粧线的影响。当然，影响信号完整性
因素还有很多，比如，B G A焊点形态参数对完整传输路径信号
完整性存在一定的影响^，本文只讨论粧线的影响。
一般不采用盲埋孔来减少或消除桩线的影响，因为相对
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2021年第01期
(总第217期）《蓿窟画蓿
孙斌
(沈阳理工大学现代教育与信息技术中心，辽宁沈阳110159)
摘要：随着国家各行各业数字化、智能化改造进程的不断推进，由此对于应用终端桌面系统的兼容性、易用性、实时性和 安全性提出了更高的要求。凭借高效、稳定、灵活、安全、可定制的功能，I D V智能云桌面解决方案可以有效应用于多行 业场景，帮助更多行业“提高质量和效率”，创造更大价值。
关键词:I D V智能云桌面;V D I；分布运算；运维管理；胖终端
中图分类号:TP319 文献标识码:B文章编号:2096-9759(2021)01-0141-03
云桌面包括共享云桌面、虚拟云桌面。后者也就是所谓 的桌面虚拟化，而桌面虚拟化又可分为V D I (Virtual Desktop Infrastructure)虚拟桌面基础架构和 I D V (Intelligent Desktop Virtualization)智能桌面虚拟化两种构架方式。这两种架构都 有可集中管理、系统安全保障、桌面环境部署灵活、I T人员工 作量降低的优点。
但随着推进智能化进程的需求不断提高，云桌面的传统 维护模式、性能低效的缺点逐渐暴露，传统的电子教室、窗口 办公等已经无法应对日益增加的海量数据交换需求和应用计 算需求。在终端爆发的当下,V D I方案同样也并不太适用了。在实际应用中需求支持老版本系统运行，便于设备利旧，同时 客户有按需部署和具备高效性能的需求，由此I D V智能云桌 面的解决方案，就可以借助桌面虚拟化技术帮助行业“减负增 效”，直击数字化转型痛点。
1 I D V智能云桌面运维管理优势
1.1 I D V智能云桌面架构理念优势
以往V D I采用“集中计算，集中管理”构架，所有桌面虚拟 机集中在服务端运行，受到硬件工艺和网络传输的限制，造成 了性能、成本、兼容性等诸多问题。
而I D V智能桌面虚拟化采用“分布运算、集中管理”的构 架，要求每个终端桌面为胖终端(和P C机等同）
，在每个硬件 终端上可以由服务器下发多个操作系统，利用桌面虚拟化技 术将终端桌面控制权和管理权集中化。云桌面采用了最简单 的单一物理服务器，单一操作系统加管理的方式，简单直观, 在实际应用中，无需建多个复杂的虚拟服务器，之后制作多种 系统镜像，作多种配置环境即可。简单直接，一键配置，一键 维护不仅可以实现多场景灵活切换、桌面镜像一键派发，还支 持在云端对多终端进行统一分组管理、远程维护和个性化定 制，大大减轻了 IT运维的成本，为日常软、硬件管理提升效率。
用户可自主选择操作系统，并且保证各个终端的操作系 统相互隔离。I D V智能桌面的系统镜像统一存放在服务器 端，配置并下发到终端机器硬盘上，这将虚拟桌面的运行转回 了终端的本地电脑上运行，不再对网络过度依赖，无需大量的 图像数据传输，同时支持系统离线运行，支持桌面系统集中安 全管理，运算性能有了很大的改善，由于本地显卡的参与，多 媒体、图形类应用效果良好，桌面性能完全保持传统P C的体 验。
V D I架构
&鬌■■虐nn 图1 V D I架构硬件虚拟化层在服务器
I D V架构
个人M
图2 I D V架构硬件虚拟化层在本地
收稿日期=2020-11-30
作者简介：孙斌(1976-)，男，大学本科，工程师，主要研宂方向：计算机科学与技术。
背钻而言，盲埋孔工艺复杂，成本较高，效果却与背钻工艺差 异不大。
而对于背板的未来发展趋势，从目前看，在高速信号、大 容量分布式运算等领域，正交架构大有取代依托背板的传统 分布式架构的趋势。
参考文献：
[1]Eric Bogatin著，李玉山，刘洋，等译.信号完整性与电源完
整性分析(第二版)[M].电子工业出版社.2015.[2]孙岩，艾明哲，黎铁军，胡军，曹跃胜.基于H F S S的高速信
号过孔仿真优化[O L].万方数据,2015.
[3]赵阳，武畅，王璐.一种25G b p s背板和光模块接口的信号
malaki paul
完整性设计[O L].电子科技大学，2018.
[4]耶菲.过孔粧线对信号完整性的影响以及解决[J].航空计潜流湿地
算技术,2018.
[5]黄春跃，黄根信，梁颖，匡兵，殷芮.面向完整传输路径的
B G A焊点信号完整性分析及优化[J].焊接学报,2019.
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