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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von
gedruckten Schaltungsplatinen („PCBs"; PCB = printed circuit board). Genauer
gesagt liefern Aspekte der vorliegenden Erfindung eine auswählbare Übertragungswegimpedanz,
die insbesondere für
Hochfrequenzsignale an einer gedruckten Schaltungsplatine geeignet
ist.
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Typischerweise
wird eine Treiberschaltung verwendet, um ein elektrisches Signal
auf einen Signalleiter, wie beispielsweise eine Leiterbahn, zu treiben,
der mit einer Empfängerschaltung
verbunden ist. Wenn das Signal einmal den Empfänger erreicht, erfordert dasselbe
einen Rückführungsweg
von dem Empfänger
zurück zu
dem Treiber und folgt typischerweise einem Weg, der die geringste
Impedanz aufweist (falls es mehrere Rückführungswege zur Auswahl gibt).
Der Signalweg oder die Schleife, dem/der durch das Signal von dem Treiber
zu dem Empfänger
und von dem Empfänger
zurück
zu dem Treiber gefolgt wird, wird hierin als ein Übertragungsweg
bezeichnet. Ein Übertragungsweg
weist eine charakteristische Impedanz auf, die eine Funktion von
mehreren Variablen ist, wie es unten beschrieben ist.
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Allgemeine
Typen von PCBs sind eine doppelseitige PCB und eine Mehrschicht-PCB.
Eine doppelseitige PCB umfaßt
leitfähige
Ebenen, die an beiden Seiten einer Isolationsschicht gebildet sind.
Eine Mehrschicht-PCB umfaßt
eine Mehrzahl von leitfähigen
Ebenen und Isolationsschichten. Bei einer Mehrschicht-PCB ist eine
Isolationsschicht typischerweise zwischen leitfähigen Ebenen gebildet. Die
Mehrschicht-PCB kann drei oder mehr leitfähige Ebenen aufweisen. Der
Aus druck „leitfähige Ebenen" bezieht sich hierin
auf Leistungsebenen, Referenzebenen und/oder Masseebenen. Ein „Übertragungsweg" umfaßt typischerweise
einen Signalleiter, wie beispielsweise eine Leiterbahn von einem
Treiber zu einem Empfänger
und eine leitfähige
Ebene, die als ein Rückführungssignalweg
wirkt. Eine PCB-Struktur stellt einen Übertragungsweg bereit, der
eine charakteristische Impedanz aufweist, wie beispielsweise 50
Ohm. Es ist oft notwendig, einen Übertragungsweg höherer Impedanz
als die charakteristische Impedanz einer PCB-Struktur bereitzustellen,
um einen Treiber und einen Empfänger
impedanzanzupassen. Impedanzfehlanpassungen erzeugen mehrere schädliche Wirkungen
in Hochfrequenzschaltungen und sind zu vermeiden. Schädliche Wirkungen umfassen
eine Reflexion eines Signals zwischen dem Treiber und dem Empfänger, ein
Nachschwingen (Ringing) an dem Signal und eine elektromagnetische
Störung
(„EMI"; EMI = electromagnetic
interference).
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Ein
Signalleiter kann auf einer Oberfläche einer PCB oder innerhalb
einer Mehrschicht-PCB-Stapelung gebildet sein. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer
Mehrschicht-PCB 10,
die einen vergrabenen Signalleiter, der als eine Signalleiterbahn 20 dargestellt
ist, Isolationsschichten 14, 16 und 18 und
leitfähige
Ebenen 30 und 40 umfaßt. Die Signalleiterbahn 20 kann
auf einer inneren Oberfläche
der PCB 10 oder, wie es dargestellt ist, auf einer Schicht
innerhalb der PCB-Stapelung gebildet sein. Dieser Typ einer PCB-Struktur,
bei der die Signalleiterbahn in der PCB vergraben und benachbart
zu einer ersten und einer zweiten leitfähigen Ebene ist, wird ein „Streifenleitung"-Aufbau genannt.
Der Ausdruck, wenn die Signalleiterbahn auf der Oberfläche ist und
benachbart zu lediglich einer ersten leitfähigen Ebene ist, wird ein „Mikrostreifen"-Aufbau genannt.
Die leitfähigen
Ebenen 30 und 40 von 1 können
für einen
jeglichen Zweck verwendet werden. Die Isolationsschichten 14, 16 und 18 können ein
jeglicher Typ eines isolierenden Materials, das auf dem Gebiet bekannt ist,
zum Bilden einer PCB sein. Zu Klarheitszwecken sind eine obere Schicht 12 und
eine untere Schicht 13 der PCB als weggelassen gezeigt.
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Die
PCB-Stapelung umfaßt
die leitfähige
Ebene 30, die auf der isolierenden Schicht 40 gebildet
ist. Die Isolationsschicht 16 ist auf der leitfähigen Ebene 30 gebildet.
Die vergrabene Signalleiterbahn 20 ist auf der Isolationsschicht 16 gebildet
und weist eine Leiterbahnbreite S auf. Während die Leiterbahnbreite
S ein jeglicher Wert sein kann, werden häufig Leiterbahnbreiten von
0,0127 cm verwendet, was in einer Impedanz von im wesentlichen 50
Ohm für
typische Isolationsschichtmaterialien und typische Beabstandungen
zwischen leitfähigen
Ebenen und Signalleiterbahnen resultiert. Die isolierende Schicht
weist einen Parameter auf, der ein Dielektrikum genannt wird, und
für unterschiedliche
Dielektrika wird eine unterschiedliche Kapazität und somit Zo mit der gleichen
Beabstandung erreicht.
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Es
können
auch andere Leiterbahnen (nicht gezeigt) auf der Isolationsschicht 16 gebildet
sein. Die Isolationsschicht 18 ist auf der Isolationsschicht 16 und
der Signalleiterbahn 20 gebildet. Die leitfähige Ebene 40 ist
auf der Isolation 18 gebildet, die eine Isolation zwischen
der leitfähigen
Ebene 40 und der vergrabenen Signalleiterbahn 20 bereitstellt,
und definiert einen Trennungsabstand D von der nächstgelegenen Oberfläche der
Leiterbahn 20. Die Signalleiterbahn 20 kann verwendet
werden, um ein Signal von einer Treiberschaltung (nicht gezeigt)
zu einer Empfängerschaltung
(nicht gezeigt) zu leiten, und eine Ebene, wie beispielsweise die leitfähige Ebene 40,
kann verwendet werden, um das Rückführungssignal
zu leiten, wobei ein Übertragungsweg
gebildet ist.
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In
den letzten Jahren wurden doppelseitige und Mehrschicht-PCBs zunehmend dünner, um
der Anforderung von Verbrauchern nach kleineren und kompakteren
elektronischen Produkten zu entsprechen. Eine Weise, um eine Dicke
von PCBs zu reduzie ren, besteht in einem Reduzieren der Dicke der
Isolationsschichten zwischen den leitfähigen Ebenen. Ein Reduzieren
der Dicke einer Isolationsschicht zwischen einer Signalleiterbahn
und der leitfähigen
Ebene derselben reduziert jedoch den Trennungsabstand D und somit
die charakteristische Impedanz des Übertragungswegs.
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Die
charakteristische Impedanz eines Signalleiters ist primär durch
eine Induktivität
und eine Kapazität bestimmt,
wie es in Gleichung (1) gezeigt ist:
wobei Zo die charakteristische
Impedanz des Signalleiters ist, L die Induktivität pro Einheitslänge des
Signalleiters ist und C die Kapazität pro Einheitslänge des
Signalleiters ist. Ferner wird die Kapazität pro Einheitslänge C des
Signalleiters allgemein ausgedrückt,
wie es in Gleichung (2) gezeigt ist:
C = KS/D (2)wobei
K die Dielektrizitätskonstante
der Isolationsschicht ist, die einen Leiter und die leitfähige Ebene
desselben trennt, S die Elektrodenplattengröße (primär eine Breite des Signalleiters)
ist und D der Abstand zwischen zwei Elektrodenplatten ist, der in
diesem Fall der Trennungsabstand zwischen dem Signalleiter und der
nächstgelegenen
leitfähigen
Ebene ist.
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Wenn
diese zwei Gleichungen kombiniert werden, ist die resultierende
Gleichung, wie es in Gleichung (3) gezeigt
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Gemäß Gleichung
(3) verringert sich, falls die Induktivität pro Einheitslänge des
Signalleiters (L), die Dielektrizitätskonstante (K) und die Breite
des Signalleiters (S) konstant bleiben, die charakteristische Impedanz
des Signalleiters durch ein Verringern von D, dem Trennungsabstand.
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Eine
Reduzierung der charakteristischen Impedanz bei den dünneren PCBs
ist typischerweise vorteilhaft, weil eine derartige Reduzierung
ein Übersprechen
reduziert und die Wirkungen einer EMI an den Signalleitern vermindert.
Bei bestimmten Anwendungen jedoch ist die Reduzierung nicht vorteilhaft.
Einige Signalleiter, wie beispielsweise Videosignalleiter, erfordern
höhere
Impedanzen, um sich ordnungsgemäß an elektronische
Komponenten, wie beispielsweise Videoanzeigen, anzupassen, die mit
höheren
Impedanzen wirksam sind. Verschiedene Techniken wurden verwendet,
um Übertragungswege
hoher Impedanz zu erzeugen, wo es erforderlich ist. Diese Techniken
umfassen ein Führen
des Signalleiters auf der Oberflächenschicht
der PCB. Nachteile dieser Technik umfassen eine begrenzte verfügbare Menge
an Platine-Oberfläche-Schicht-Raum, Herstellungsschwierigkeiten
bei einem Steuern einer Impedanz einer Leiterbahn auf einer Oberflächenschicht und
eine größere EMI-Erzeugung
durch Signalleiter auf Oberflächenschichten.
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Eine
andere Technik zum Erzeugen von Übertragungswegen
erhöhter
Impedanz umfaßt
ein Führen des
Signals über
Signalleiter auf inneren PCB-Schichten. Gemäß Gleichung (3) kann die charakteristische
Impedanz eines Signalleiters durch ein Konstanthalten der Faktoren
L, K und S und ein Erhöhen
von D erhöht werden,
das der Trennungsabstand zwischen dem Signalleiter und der leitfähigen Ebene
ist. Dies kann durch ein Erhöhen
der Dicke einer Isolationsschicht erzielt werden, wodurch bewirkt
wird, daß die
charakteristische Impedanz aller anderen Signalleiter auf der Isolationsschicht
erhöht
ist. Diese Technik erhöht
jedoch die Dicke der PCB, anstatt dieselbe zu verringern.
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Eine
andere Technik zum Erhöhen
des Trennungsabstands D umfaßt
ein Verwenden einer leitfähigen Ebene,
die mehrere Schichten weg von dem Signalleiter positioniert ist,
und ein Evakuieren von Abschnitten von Zwischenebenen zwischen dem
Signalleiter und der leitfähigen
Ebene, um eine Impedanz zu erhöhen.
Ein Nachteil dieser Technik besteht darin, daß Ströme in den evakuierten Zwischenebenen
um die evakuierten Bereiche fließen müssen. Dies kann ein zusätzliches Übersprechen
und eine EMI bewirken, ein Rauschen hervorrufen und eine Signalintegrität reduzieren.
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Noch
eine andere Weise, um die charakteristische Impedanz eines Signalleiters
zu erhöhen,
besteht gemäß Gleichung
(3) darin, die Breite der Signalleiterbahn S zu verringern. Die
Signalleiterbahn 20 kann z. B. auf eine Breite reduziert
werden, wie beispielsweise 0,00762 cm. Ein Verringern der Breite
erhöht
jedoch die Verluste des Übertragungswegs,
weil die reduzierte Breite den Leiterbahnwiderstandswert erhöht. Zusätzlich kann
ein Verringern der Breite der Signalleiterbahn die Herstellungskosten
einer PCB erheblich erhöhen
und kann gegen Herstellungsstandards verstoßen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsplatine,
ein Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Mehrschicht-Schaltungsplatine,
ein Verfahren zum Leiten eines Hochfrequenzsignals in einer Schaltungsplatine
und ein elektronisches System mit verbesserten Charakteristika zu
schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Schaltungsplatine gemäß Anspruch 1, Anspruch 17 oder
Anspruch 31, ein Verfahren gemäß Anspruch
25, Anspruch 26 oder Anspruch 28 und ein elektronisches System gemäß Anspruch
30 gelöst.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Schaltungsplatine mit einem Signalleiter
und einer leitfähigen
Ebene versehen, die eine Öffnung
aufweist, wobei Abmessungen der Öffnung
und eine Nähe der Öffnung zu
dem Signallei ter ausgewählt
sind, um die Impedanz des Signalleiters zu beeinflussen. Der Signalleiter
und die leitfähige
Ebene bilden einen Übertragungsweg,
wobei die Impedanz des Übertragungswegs eine
Funktion von teilweise der Öffnung
und dem Signalleiter ist. Eine derartige Schaltungsplatine stellt
einen Signalübertragungsweg
bereit, der einen Rückführungssignalweg
mit einer auswählbaren
kontinuierlichen Impedanz aufweist.
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Diese
und verschiedene andere Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus einem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung
und einer Durchsicht der zugeordneten Zeichnungen ersichtlich. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Mehrschicht-PCB, die
eine vergrabene Leiterbahn, eine Mehrzahl von Isolationsschichten
und zwei leitfähige
Ebenen umfaßt;
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2A eine
perspektivische Ansicht einer Mehrschicht-PCB, die eine vergrabene Signalleiterbahn, eine
Mehrzahl von Isolationsschichten, eine leitfähige Ebene, die eine kontinuierliche Öffnung aufweist,
und eine andere leitfähige
Ebene umfaßt,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2B eine
Teilendansicht der Mehrschicht-PCB von 2A; und
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3 eine
perspektivische Ansicht einer Mehrschicht-PCB, die eine vergrabene Signalleiterbahn, eine
Mehrzahl von Isolationsschichten, eine leitfähige Ebene, die zwei kontinuierliche Öffnungen
aufweist, und eine andere leitfähige
Ebene umfaßt,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung von exemplarischen Ausführungsbeispielen
der Erfindung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen,
die einen Teil derselben bilden. Die detaillierte Beschreibung und
die Zeichnungen stellen spezifische exemplarische Ausführungsbeispiele
dar, durch die die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsbeispiele
sind ausreichend detailliert beschrieben, um zu ermöglichen,
daß Fachleute
auf dem Gebiet die Erfindung praktizieren. Es ist klar, daß andere
Ausführungsbeispiele
verwendet werden können
und andere Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne von der Wesensart oder dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht
in einem begrenzenden Sinn aufzufassen.
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2A ist
eine perspektivische Ansicht einer Mehrschicht-PCB 50, die eine vergrabene
Signalleiterbahn 20, Isolationsschichten 14, 16 und 18,
eine leitfähige
Ebene 60, die eine kontinuierliche Öffnung 62 aufweist,
und eine andere leitfähige
Ebene 30 umfaßt,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Zu Klarheitszwecken wurden jegliche obere und untere
Schichten der PCB 50 weggelassen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann die Signalleiterbahn 20 auf einer Oberfläche der
PCB 50 sein und die leitfähige Ebene 60 kann
innerhalb der PCB 50 vergraben sein. Die PCB 50 ist
im wesentlichen ähnlich
der PCB 10 von 1 mit einer Hinzufügung der
kontinuierlichen Öffnung 62,
die im wesentlichen mit der Signalleiterbahn 20 ausgerichtet
ist. Die leitfähige
Ebene 60 kann eine Leistungs-, eine zweckgebundene Referenz-
oder eine Masseebene sein.
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Nachdem
die leitfähige
Ebene 60 auf der Isolationsschicht 18 gebildet
ist, wird die kontinuierliche Öffnung 62,
die eine Breite 66 aufweist, durch eine Räumung der
leitfähigen
Ebene 60 in einer Ausrichtung mit der Route der Signalleiterbahn 20 gebildet.
Die Breite 66 kann geringer als, gleich oder größer als
die Breite S der Signalleiterbahn 20 sein. Ferner kann
eine longitudinale Mittellinie der Öffnung 62 mit einer
longitudinalen Mittellinie der Leiterbahn 20 zusammenfallen
oder nicht. Die Signalleiterbahn 20 kann teilweise oder
vollständig
unterhalb der leitfähigen
Ebene 60 sein. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann eine andere leitfähige
Ebene, wie beispielsweise die Ebene 30, ebenfalls eine
kontinuierliche Öffnung
(nicht gezeigt) aufweisen, die mit der Signalleiterbahn 20 ausgerichtet
ist.
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Durch
ein Erzeugen der kontinuierlichen Öffnung 62 ist der
effektive Abstand zwischen der Signalleiterbahn 20 und
Abschnitten der leitfähigen
Ebene 60, die den Rückführungsabschnitt
des Übertragungswegs bildet,
größer als
der Abstand D der Schaltungsplatine 10 von 1. 2B ist
eine Teilendansicht der Mehrschicht-PCB 50 von 2A.
Ein Teil des Rückführungssignals
wird sich entlang einem Kantenabschnitt der Ebene 60 bewegen,
der von der Leiterbahn 20 durch D1 getrennt ist, und der
Rest des Rückführungssignals wird
sich entlang eines Kantenabschnitts der Ebene 60 bewegen,
der von der Leiterbahn 20 durch einen Abstand D2 getrennt
ist. Der effektive Abstand zwischen der Leiterbahn 20 und
der leitfähigen
Ebene 60 ist eine Funktion der Abstände D1 und D2 und ist größer als
der Abstand D von 1. Wenn sich die Breite 66 der Öffnung 62 relativ
zu der Breite S der Leiterbahn 20 erhöht, werden die Abstände D1 und
D2 relativ zu der Leiterbahn 20 und somit die Impedanz
Zo um so größer.
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Gemäß Gleichung
(3) oben erhöht
ein Erhöhen
des effektiven Abstands (eine Funktion der Abstände D1 und D2) zwischen der
Signalleiterbahn 20 und der leitfähigen Ebene 60 die
Impedanz Zo des Übertragungswegs.
Deshalb kann durch ein Auswählen
der Breite 66 und einer Ausrichtung der kontinuierlichen Öffnung 62 ein
PCB-Entwickler eine Impedanz Zo vorteilhaft auswählen, die relativ unabhängig von
der Dicke der Isolationsschicht 18 ist. Genau gesagt wird
die Impedanz Zo für
eine gegebene Breite 66 der Leiterbahn 20 durch
Auswählen
der Öffnungsbreite 66 und
der Ausrichtung einer longitudinalen Mittellinie der Leiterbahn 20 relativ
zu einer longitudinalen Mittellinie der kontinuierlichen Öffnung 62 ausgewählt. Gemäß Gleichung
(3) senkt ein Breitermachen der Leiterbahn 20 die Übertragungswegimpedanz
und erhöht
ein Breitermachen der Öffnungsbreite 66 die Übertragungswegimpedanz.
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Dies
ermöglicht,
daß der
Entwickler den Widerstandswert der Leiterbahn 20 unabhängig von
der Übertragungswegimpedanz
Zo verändern
kann. Zum Beispiel sollte die Breite S der Leiterbahn 20 über die
typische Leiterbahnbreite der PCB erhöht werden, um einen erhöhten Strom
zu handhaben, Widerstandsverluste zu reduzieren, Skineffekte zu
reduzieren oder aus einem anderen Grund. Normalerweise verringert
ein Erhöhen
der Breite S der Leiterbahn 20 die Übertragungswegimpedanz. Die
Breite 66 der kontinuierlichen Öffnung 62 kann jedoch
relativ zu der erhöhten
Breite S der Leiterbahn 20 ausgewählt sein, um einen Übertragungsweg
bereitzustellen, der eine erwünschte
Impedanz Zo aufweist, die im übrigen
nicht für
die PCB 50 typisch ist.
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Der Übertragungsweg,
der durch die Leiterbahn 20 und die Ebene 60 (mit
der Öffnung 62)
gebildet ist, präsentiert
einen Übertragungsweg,
der eine relativ einheitliche und kontinuierliche Impedanz und einen
kleinen Schleifenbereich aufweist. Hochfrequenzsignale sind oft
durch Impedanzdiskontinuitäten
in dem Übertragungsweg
nachteilig beeinflußt.
Die kontinuierliche Öffnung 62 ermöglicht eine
Auswahl der Impedanz Zo, die dem Signal präsentiert wird, mit einer geringen
oder keiner Verschlechterung der Signalqualität oder einer Erzeugung einer
EMI, was einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik liefert.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung ermöglicht,
daß die
leitfähige
Ebene 60 andere Ströme über die Öffnung 62 trägt, ohne
eine Impedanz zu dem Übertragungsweg
hinzuzufügen
oder eine Diskontinuität
in demselben zu erzeugen, der durch die Leiterbahn 20 und
die Abschnitte der leitfähigen
Ebene 60 benachbart zu der kontinuierlichen Öffnung 62 gebildet
ist. Zumindest ein optionaler Überbrückungsleiter 64 kann
gebil det sein, wenn die leitfähige
Ebene 60 im übrigen
geräumt
wird, um die kontinuierliche Öffnung 62 zu
bilden. Der Überbrückungsleiter 64 ist
allgemein senkrecht zu einer longitudinalen Mittellinie der Öffnung 62 und
dem Rückführungssignalweg
gebildet und koppelt die leitfähige
Ebene 60 elektrisch über
die Öffnung 62.
Während lediglich
ein Überbrückungsleiter 64 über die Öffnung 62 gezeigt
ist, wird allgemein erwartet, daß eine Mehrzahl von Überbrückungsleitern 64 gebildet
sein kann, um Querströme
zu leiten.
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Die
Breite des Überbrückungsleiters 64 ist
ausgewählt,
um eine jegliche Tendenz des Rückführungssignals
zu minimieren, den Überbrückungsleiter
in den Rückführungssignalübertragungsweg
einzuschließen. Weil
ein Signal den Weg niedrigster Impedanz sucht, wird, wenn sich die
Breite des Überbrückungsleiters 64 erhöht, ein
Rückführungssignal,
das sich entlang den Kantenabschnitten der Öffnung 62 bewegt,
beginnen, Abschnitte des Überbrückungsleiters 64 in
den Rückführungsweg
desselben einzuschließen,
und eine niedrigere Wegimpedanz wird resultieren. Ein Einschluß von erheblichen
Abschnitten des Überbrückungsleiters 64 in
den Rückführungssignalweg
wird Impedanzdiskontinuitäten
erzeugen, was in einer EMI und einer Signalverschlechterung resultiert.
Um Impedanzdiskontinuitäten
oder -veränderungen
zu vermeiden, ist die Breite des Überbrückungsleiters 64 ausgewählt, um
einen ausreichenden Querstromübertragungsweg über die Öffnung 62 bereitzustellen,
während
derselbe zu klein ist, um einen erheblichen Rückführungssignalübertragungsweg
für das
Signal bereitzustellen, das an der Leiterbahn 20 getragen
wird. Das heißt,
durch ein Steuern der Breite der Überbrückungsleiter 64 kann
der PCB-Entwickler ausreichende Wege für Querströme mit einer vernachlässigbaren
Wirkung auf den Wert und die Kontinuität von Zo und mit einer vernachlässigbaren
Signalverschlechterung und EMI-Erzeugung
bereitstellen.
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Die
Abmessungen der Elemente der PCB 50 können durch einen Entwickler
verändert
werden, um beabsichtigte Impedanzerfordernisse einzuhalten. Falls
z. B. die PCB 50 typischerweise eine Breite S von 0,0127
cm für
die Leiterbahn 20 verwendet, könnte die Breite 66 der Öffnung 62 in
einem Bereich sein, der auf der Breite S basiert. Zum Beispiel könnte die
Breite 66 zwischen 80 % und 300 % der Breite S liegen,
was für eine
0,0127 cm breite Leiterbahn 20 zwischen 0,01016 cm und
0,0381 cm liegt. Falls die optionalen Überbrückungsleiter 64 verwendet
werden, könnte
die Breite des Überbrückungsleiters 64 näherungsweise
gleich der Breite S sein, wobei bedacht wird, daß, welche Überbrückungsleiterbreite auch ausgewählt wird,
dieselbe keinen erheblichen Rückführungssignalübertragungsweg
bereitstellen sollte, der eine Impedanzdiskontinuität erzeugt.
Die Anzahl von Überbrückungsleitern 64 ist
typischerweise durch einen Entwickler basierend auf der Größe eines
erwarteten Querstroms ausgewählt.
Die Überbrückungsleiter 64 sind
typischerweise entlang einer longitudinalen Länge der Öffnung 62 gleichmäßig beabstandet,
obwohl die Beabstandung ungleichmäßig sein kann. Zum Beispiel
könnte
der Abstand zwischen benachbarten Überbrückungsleitern 64 ein
Mehrfaches der Breite S oder der Öffnungsbreite 66 sein.
Falls z. B. die Öffnungsbreite 66 0,0254
cm ist und das Mehrfache zehnmal die Öffnungsbreite 66 ist,
ist die resultierende Beabstandung 0,254 cm zwischen benachbarten Überbrückungsleitern 64.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Mehrschicht-PCB 100, die eine vergrabene
Signalleiterbahn 20, Isolationsschichten 14, 16 und 18,
eine leitfähige
Ebene 110, die einen Rückführungssignalleiter 120 aufweist,
zwei kontinuierliche Öffnungen 122 und 124 und
eine andere leitfähige
Ebene 40 umfaßt,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die PCB 100 ist der PCB 50 ähnlich,
außer
daß zwei
kontinuierliche Öffnungen 122 und 124,
die Breiten 126 bzw. 128 aufweisen, in der leitfähigen Ebene 110 geräumt sind,
um einen Rückführungssignalleiter 120 zu
bilden, der eine Breite 127 aufweist, in einer Ausrichtung
mit der Leiterbahn 20. Die PCB 50 von 2 erhöht
eine Rückführungssignalübertragungswegimpedanz
durch eine Räumung
eines Abschnitts der leitfähigen
Ebene, um den Abstand D zu erhöhen,
während
die leitfähige
Ebene 60 mit einer infiniten Breite mit Bezug auf die Breite
S der Leiterbahn 20 gelassen wird. Im Gegensatz dazu erhöht die PCB 100 die Übertragungswegimpedanz
durch ein Definieren einer finiten Breite 127 des Rückführungssignalleiters 120.
Die charakteristische Impedanz Zo der Signalleiterbahn, die in Gleichung
(3) ausgedrückt
ist, wird nun ebenfalls eine Funktion der Breite 127 des
Rückführungssignalleiters 120.
Die Breite 127 kann größer, die
gleiche oder kleiner als die Breite S der Leiterbahn 20 sein,
wie es notwendig ist, um eine ausgewählte Impedanz und Stromkapazität zu liefern.
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Die
leitfähige
Ebene 110 kann verwendet werden, um eine Mehrzahl von Übertragungswegen
durch ein Ausrichten einer Mehrzahl von Signalleiterbahnen zu bilden.
Zum Beispiel können
zwei Übertragungswege unter
Verwendung der leitfähigen
Ebene 110 in der PCB 100 durch ein Bilden von
zwei Rückführungssignalleitern
definiert werden, die jeweils in einer Ausrichtung mit einer Leiterbahn
auf eine dem Leiter 120 ähnliche Weise gebildet sind.
Die zwei Rückführungssignalleiter
können
jeweils durch ein Räumen
eines jeweiligen Paars von kontinuierlichen Öffnungen, wie beispielsweise
die Öffnungen 122 und 124,
in einer Ausrichtung mit einer unterschiedlichen Leiterbahn definiert
werden, die auf der Isolationsschicht 16 gebildet ist.
Jede Leiterbahn, die auf der Isolationsschicht 16 gebildet
ist, könnte
eine unterschiedliche Übertragungsschleifenimpedanz
aufweisen, wie es durch eine Kombination der Breiten der kontinuierlichen Öffnungen
und der Breite des Rückführungssignalübertragungswegs
derselben definiert ist, die dadurch definiert ist.
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Wie
bei der PCB 50 von 2 kann
die Breite 127 kleiner, gleich oder größer als die Breite S der Signalleiterbahn 20 sein.
Ferner kann eine longitudinale Mittellinie der Breite 127 mit
einer longitudinalen Mittellinie der Leiterbahnbreite S zusammenfallen
oder nicht zusammenfallen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann eine andere leitfähige
Ebene, wie beispielsweise die Ebene 30, ebenfalls eine
kontinuierliche (nicht gezeigte) Öffnung aufweisen, die mit der
Signalleiterbahn 20 ausgerichtet ist. Ebenso können bei
der PCB 50 optionale Überbrückungsleiter über die Öffnungen 122 und 124 durch
ein Weglassen von Abschnitten der leitfähigen Ebene 110 gebildet
werden, wenn die kontinuierlichen Öffnungen 122 und 124 im übrigen geräumt werden.
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Falls
außerdem
die Öffnungen 122 und 124 schmal
genug sind, dann kann sich das Rückführungssignal
ferner entlang einer oder beider Kanten der Ebene 110 zusätzlich zu
einem Rückkehren
entlang dem Leiter 120 bewegen. Deshalb können die
Breiten 126 und 128 ferner ausgewählt werden,
um Zo bei einem erwünschten
Wert zu setzen.
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Wie
bei der PCB 50 von 2 kann
ferner die PCB 100 einen oder mehrere Überbrückungsleiter über die Öffnungen 122 und 124 umfassen,
um Querströme
zu leiten.
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Eine
gedruckte Schaltungsplatine, die Aspekte der Erfindung verwendet,
kann bei einem jeglichen elektrischen System verwendet werden, um
einen Übertragungsweg
bereitzustellen, der eine auswählbare kontinuierliche
Impedanz aufweist, insbesondere Systeme, die Hochfrequenzsignale
betreffen, wie beispielsweise Computersysteme.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in beträchtlichem Detail mit Bezug
auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, sind andere Ausführungsbeispiele möglich. Daher
sollte die Wesensart oder der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht
auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele
begrenzt sein, die hierin enthalten ist. Die Erfindung soll in den
Ansprüchen
liegen.
