EP3132660A1 - Device and method for transmitting differential data signals - Google Patents

Device and method for transmitting differential data signals

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Publication number
EP3132660A1
EP3132660A1 EP15722085.6A EP15722085A EP3132660A1 EP 3132660 A1 EP3132660 A1 EP 3132660A1 EP 15722085 A EP15722085 A EP 15722085A EP 3132660 A1 EP3132660 A1 EP 3132660A1
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EP
European Patent Office
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signal
conductor
conductors
signal conductors
circuit board
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15722085.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Janssen
Christoph UNTIEDT
Hergen BLESSEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leoni Kabel GmbH
Original Assignee
Leoni Kabel Holding GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Leoni Kabel Holding GmbH filed Critical Leoni Kabel Holding GmbH
Publication of EP3132660A1 publication Critical patent/EP3132660A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01P3/026Coplanar striplines [CPS]
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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    • H03H1/0007Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network of radio frequency interference filters
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    • H05K2201/10015Non-printed capacitor

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for signal transmission of differential data signals in a high-speed data connection and in particular for reducing a common-mode signal component.
  • the device comprises a printed circuit board with a pair of conductors with a first signal conductor and a second signal conductor for transmitting the differential data signal.
  • data cables are used for data transmission, in which typically several data lines are combined in a common cable sheath.
  • shielded wire pairs are used as data lines, with the two wires in particular running parallel to one another or, alternatively, being twisted together.
  • a respective core here consists of the actual conductor, such as a solid conductor wire or a stranded wire, which is surrounded in each case by an insulation.
  • the wire pair of a respective data line is surrounded by a (pair-) shielding.
  • the data cables typically have a plurality of such screened wire pairs, which are surrounded by a common cable sheath.
  • Such data cables are used for high-speed data connections and are designed for data rates of greater than 5 Gbit / s.
  • Such data cables are pre-assembled to plug.
  • the connectors are often designed as so-called Small Form Pluggable connector, short SFP connector.
  • SFP Small Form Pluggable connector
  • SFP + SFP +
  • QSFP QSFP or CXP connectors.
  • These plugs have special plug housings, as can be seen, for example, from WO 201 1 072 869 A1 or WO 201 1 089 003 A1.
  • the respective data cable In the interior, such connector housing on a printed circuit board or board partially with integrated electronics.
  • the respective data cable must be connected to a connector back.
  • the individual wires of the data cable are soldered or welded to the board. At the opposite end of the board, this typically forms a tongue with connection contacts, which is plugged into a mating connector.
  • Such boards are also referred to as paddle cards.
  • the pair shielding of a respective pair of wires is - as can be seen for example from EP 2,112,669 A2 - designed as a longitudinally folded Folienschir- tion.
  • the shield is therefore folded in a longitudinal direction of the cable extending around the pair of wires, wherein the two ends overlap in a longitudinally extending overlap region.
  • the shielding foil used for the shielding is a multi-layered shield comprising at least one conductive (metal) layer and one insulating layer.
  • the conductive layer is usually an aluminum layer and the insulating layer is a PET film.
  • the PET film is designed as a carrier, on which a metallic coating is applied to form the conductive layer.
  • common mode signal also referred to as a common-mode signal
  • a common-mode signal is no longer adequately attenuated in the case of longitudinally folded shields, as is the case with a braiding with a shielding foil.
  • Such data cables are typically so-called symmetrical data lines, which are designed for a differential data transmission.
  • the same signal is transmitted inverted via the two wires. Evaluates the differential signal component between these two signals, so that external effects that affect both signals are eliminated.
  • the object of the invention is to enable an improved data transmission with high signal frequencies of greater than 10 GHz in such a high-speed data connection and to achieve a high attenuation of a common-mode signal.
  • the device is designed in particular for transmitting data signals in a high-speed data connection with a transmission rate typically greater than 10 Gbit per second. It has a printed circuit board with a conductor pair mounted thereon with a first signal conductor and a second signal conductor, via which a differential data signal is transmitted during operation. Furthermore, the pair of conductors is associated with a decoupling line, which runs symmetrically and without interruption to the signal conductors and are coupled out in the operation of common-mode signal components. Furthermore, the decoupling line is connected via at least one damping element to a ground conductor, that is to ground or ground potential.
  • the mode of operation of the decoupling line is based on the fact that the differential components in total do not decouple power into the decoupling line, since - due to the symmetrical arrangement of the decoupling line - their signal components each subtract from each other. Conversely, just in the case of the common-mode signals, the proportions on the two signal conductors are added, so that they are coupled via coupling mechanisms in the decoupling line.
  • the operation of the device is therefore designed in the manner of a directional coupler, in which therefore certain signal components, in this case the common-mode signal components, are coupled out of the transmission path within a specific frequency band.
  • the decoupling line extends over a coupling path interruption-free and symmetrical to the signal conductors. Uninterruptible is understood to mean that the decoupling line forms a continuous conductive path, in particular a continuous conductor track.
  • the two signal conductors in particular exactly one output coupling is assigned, which runs symmetrically to the signal conductors.
  • the signal conductors themselves run parallel to each other at least over long distances.
  • a symmetrical arrangement of the coupling-out line is understood here to mean that the coupling-out line has the same identical distance to each of the signal conductors, at least over a majority of its length-in a transverse plane perpendicular to the propagation direction of the signal conductors.
  • the signal conductors lie within a common conductor plane. you are with respect to a center plane which is oriented perpendicular to the conductor plane, (mirror) arranged symmetrically.
  • the decoupling line with respect to this center plane (mirror) is symmetrical. This symmetrical arrangement basically ensures that only the common-mode signal components and not also differential signal components are coupled out.
  • This symmetrical arrangement preferably extends over the entire coupling-out line, so that the coupling-out line to the two signal conductors has the same spacing at each longitudinal position.
  • the decoupling line therefore forms in some way an axis of symmetry of the entire coupling-out structure.
  • this is arranged in a useful embodiment - at least in a projection or in a plan view - symmetrically between the signal conductors. Due to the required installation space for the electronic component for the damping element and the usually comparatively narrow parallel course of the signal conductors is further provided in a preferred embodiment that a distance of the signal conductors to one another in the region of the damping element is increased.
  • the two signal conductors expand in a funnel-shaped manner in a transition region and then extend parallel to one another at an increased distance in the region of the damping element. In this space with the increased distance then the damping element is arranged symmetrically between the signal conductors.
  • an electronic component in particular a so-called separation capacitor (DC separation capacitor) is often connected in the respective signal conductor.
  • DC separation capacitor a so-called separation capacitor
  • the spacing of the signal conductors relative to one another in the region of such components is increased.
  • the decoupling line in the region of such components on a taper in the manner of a constriction is combined with a taper of the coupling-out line.
  • the circuit board comprises a plurality of layers, of which at least one is formed as a grounding position with the ground conductor.
  • the damping element is expediently connected to this ground layer, that is to say to the ground conductor, via a so-called through-connection through a plurality of layers to the ground conductor.
  • a respective position of the printed circuit board is formed by an insulating carrier layer of substrate material with electrical layers or electrical conductor tracks attached thereto.
  • the substrate material is conventional substrate material for printed circuit boards. Therefore, electrically conductive connections between the damping element and the ground conductor are formed via the plated-through holes.
  • Vias are also known in printed circuit board technology in principle.
  • the substrate material penetrating holes are introduced, the inner wall is conductive, so that a conductive connection is formed by the substrate material.
  • mass areas are formed at the edges in a respective position, so that therefore the signal conductors and / or the coupling-out line between ground potentials are arranged within a respective plane.
  • the peripheral mass areas are in turn formed by preferably large-area conductor track areas. These are with the ground plane through preferably a plurality extending along the tracks
  • the damping element is connected to an outer region of the coupling line with this.
  • the electrically conductive connection with the ground conductor takes place here inwardly spaced, that is spaced from the outermost region of the coupling line.
  • an opening is formed in the decoupling line, wherein the through-connection is arranged in this opening. This measure maximizes the length of the coupling line for a given velvet length of the circuit board allows.
  • the breakthrough in the decoupling line will continue to maintain the desired symmetry.
  • the breakthrough is therefore a symmetrical recess in the decoupling line, which has the same distance to the two signal conductors.
  • the recess is in particular circular.
  • a respective damping element is expediently arranged on both ends of the coupling-out line and connected to the grounding conductor.
  • the damping element is furthermore preferably an ohmic resistance.
  • the resistance value is in the range of a few ohms, for example in the range of 5 to 50 ohms and in particular approximately in the range of 20 ohms per damping element.
  • the decoupling line and the signal conductors are arranged in different positions.
  • the signal conductors are arranged within a layer.
  • the decoupling line is formed by substrate material of the printed circuit board separately in a position, in particular below the two signal conductors.
  • the plane of Auskopppeltechnisch is preferably arranged at a distance of 80 ⁇ to 200 ⁇ and in particular at a distance of about 100 ⁇ to the level of the signal conductor. That the thickness of the substrate between the signal conductors and the coupling line corresponds to this distance.
  • a substrate thickness of another printed circuit board would preferably be different between the coupling line and ground conductor, in particular greater and is in particular in the range between 200 ⁇ and 400 ⁇ and in particular in the range of about 300 ⁇ .
  • the individual substrate or carrier layers of the multilayer printed circuit board are selected according to the respective electrical and / or mechanical requirements. By choosing a comparatively thin substrate layer between the signal conductors and the coupling line, efficient decoupling of the unwanted common-mode signal components is achieved.
  • the substrate material between the signal conductors and the coupling-out line furthermore preferably has a dielectric constant of about 3.4. Overall, a good decoupling is achieved by this structure.
  • the decoupling line extends transversely across the two signal conductors, so that the decoupling line is much more ready compared to the signal conductors.
  • the signal conductors as well as the decoupling line are formed as flat conductor tracks of the board. The production of such printed conductors is carried out in a conventional manner.
  • the output coupling line terminates laterally with the outer edge of the two signal conductors, i. the width of the coupling line corresponds to a distance of the outer edges of the signal conductor.
  • the signal conductors do not extend in a straight line, so they run at least in some areas also obliquely to a circuit board longitudinal direction.
  • an adjustment and in particular enlargement of the conductor length is achieved on the circuit board.
  • the length at the same time also the setting of a length of the coupling line and thus the coupling path is achieved.
  • the length of the coupling path affects the frequency band of the common-mode signal component, which is coupled out and attenuated.
  • the length of the coupling line is selected as a function of a predetermined frequency band, within which the unwanted common-mode signals are coupled out.
  • the length is in particular chosen such that in the range between 1 to 5 GHz and in particular at about 3 GHz, an at least local Attenuation maximum for the common-mode signal is present.
  • the length of the coupling line is, for example, in the range between 10 and 18, and in particular in the range between 12 and 15 mm, for the purpose of use for high-speed data transmissions considered here for data rates> 5 Gbit / sec.
  • the length of the coupling line depends on the frequency band for which the decoupling is to take place in the manner of a filter (frequency band within which there is an absorption maximum). The larger the frequency, the lower the coupling length is chosen (inversely proportional).
  • the printed circuit board usually has a rear connection region for a data cable with at least one signal pair, preferably with a plurality of signal pairs. In the front region, it is preferably designed as a tongue of the plug and has contact strips.
  • the coupling-out structure and the coupling-out line extend, with the exception of these edge-side connection or contact regions, preferably over the entire available length of the printed circuit board, that is to say over a central region between the edge-side connection and contact regions.
  • These connection and contact areas are formed in particular by contact pads, usually widened end-side conductor track areas.
  • special coatings may be provided.
  • the damping element For contacting the damping element on the coupling line, this has a connection pad.
  • the damping element is arranged on an upper side of the printed circuit board on which the signal conductors are preferably also formed.
  • two plated-through holes For contacting the two terminals of the damping element on the one hand with the coupling line and on the other hand with the ground conductor therefore two plated-through holes, once for the coupling line and once to the ground line, are formed.
  • the printed circuit board preferably has a multi-layer structure and in particular has the following layer structure: first substrate layer with ground layer - second substrate layer with decoupled line - third substrate layer with signal conductor and preferably with damping elements.
  • an insulating layer is additionally provided on the signal conductor, in particular special applied a solder mask. This insulation layer expediently forms an uppermost layer.
  • a double-sided structure in which therefore on both sides of a central plane, for example, a central carrier layer or a central ground layer, followed by a multilayer layer structure.
  • the circuit board is arranged in a plug housing of a plug.
  • the printed circuit board is further designed as a plug-in board, one end of which forms a free plug-in contact tongue with contact surfaces or strips. With this extension contact tongue, the circuit board is inserted into a corresponding receptacle of a mating connector, so that the data signals are transmitted via this plug contact tongue during operation.
  • the plug is in particular a plug of the type Small Form Pluggable (SFP), which basically can be provided in different design variants (SFP, SFP +, CXP, QSFP).
  • the circuit board Opposite the end, which forms the free plug-in contact tongue, the circuit board has the connection area to which the data cable is connected. Overall, therefore, the device is a prefabricated data cable with a special plug.
  • the data cable has a plurality of, usually twisted, wire pairs, wherein in operation via a respective
  • Wire pair the differential data signal is transmitted.
  • Each pair of wires is preferably surrounded by a (foil) shielding.
  • a respective conductor of a wire pair is in each case electrically contacted with a signal conductor of the printed circuit board, for example by soldering, welding, etc.
  • the shield is contacted with a ground contact of the conductor track.
  • FIGS. show in partially simplified representations:
  • Fig. 1 is a greatly simplified schematic sectional view through a
  • Plug with printed circuit board and data cable connected 2 is a fragmentary sectional view of the circuit board
  • FIG. 3A is a fragmentary plan view of a first layer of the printed circuit board
  • FIG. 3B is a fragmentary plan view of a second layer of the printed circuit board
  • FIG. 3C is a fragmentary plan view of a third layer of the printed circuit board, the individual FIGS. 3A, 3B, 3C showing identical cutouts, and FIG
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a detail of a prefabricated cable with a (QSFP) connector 2, to which a data cable 4 is connected.
  • the plug 2 has a plug housing 6, in which a printed circuit board 8 is arranged.
  • the data cable 4 comprises a jacket 10 which surrounds a plurality of pairs of conductors 12 provided with a pair shielding 1 6.
  • a respective pair of wires 12 each have two conductors which are electrically contacted in a rear connection region of the printed circuit board 8 with a printed conductor attached thereto.
  • the respective conductor track is referred to below as signal conductor 14 (see FIG. 2).
  • a pair shielding 1 6 is still contacted in the connection area with a ground contact of the printed circuit board 8.
  • the circuit board 8 is formed as a tongue. This free end is inserted in a mating connector not shown here with mating contacts.
  • the printed circuit board 8 extends in a longitudinal direction L from the connection region to the tongue.
  • FIG. 2 The particular structure of the printed circuit board 8 is shown in particular in FIG. 2. This shows a detail of only an upper half of the total multilayer printed circuit board 8.
  • the construction shown in FIG. 1 mirror image down the identical structure again, so that with respect to a center plane on both sides of an identical layer structure is formed. This allows the electrical contacting of
  • the circuit board 8 has a structure with three layers 18A, B, C.
  • a respective layer 18A, B, C is formed by a carrier or substrate layer 20A, B, C, on which respective conductor track regions are formed.
  • the signal conductors 14 are formed, as well as peripheral mass regions 22.
  • the first layer 18A may therefore also be referred to as a signal conductor layer.
  • a conductor track is applied in the middle, which forms a coupling-out line 24. Laterally, in turn, ground regions 22 are formed.
  • the middle layer 18B may therefore also be referred to as a coupling-out position.
  • a preferably full-surface conductive coating is applied, which forms a ground layer and thus a ground conductor 26.
  • the ground conductor 26 is connected to ground or ground potential.
  • the lowermost layer 18C may therefore also be referred to as a ground layer.
  • the individual substrate layers 20A, B, C have different layer thicknesses d, the layer thickness d of the substrate layer 20A, which is arranged between the signal conductors 14 and the coupling line 24, being smaller than the thickness d of the subsequent middle substrate layer 20B.
  • the decoupling line 24 is therefore insulated via the substrate layer 20A to the signal conductors 14, there is no galvanic connection.
  • the first substrate layer 20A has a thickness d in the range of about 100 ⁇ and the second substrate layer 20B has a thickness d in the range of for example 300 ⁇ on.
  • ground regions 22 of the different layers 18A, 18B are electrically contacted to the ground conductor 26 through a plurality of vias 28.
  • a plurality of such plated-through holes 28 are formed along the entire mass regions 22 in the longitudinal direction of the printed circuit board.
  • Through holes 28 have a distance of only a few mm or less.
  • the two signal conductors 14 are spaced apart from each other by a distance a. They each have a track width of typically 100 to 200 ⁇ , and preferably of about 1 75 ⁇ . The distance a between the two signal conductors is slightly larger and is typically 250 ⁇ .
  • Auskoppelleiter 24 extends in the transverse direction Q via the two signal conductors 14, wherein the edges of the Auskoppelleiters 24 are preferably aligned with the outermost edges of the two signal conductors 14.
  • the Auskoppelleiter 24 therefore has a total width, which corresponds to the width of the two signal conductors plus the distance a between them.
  • the width of Auskoppelleiters 24 is in the range between 500 and 750 ⁇ , in particular at 600 ⁇ .
  • the uppermost layer 18A is still covered by an insulating layer 30, which is preferably formed by a solder resist.
  • FIGS. 3A, 3B, 3C each show the same detail.
  • the sectional representations of FIGS. 3A, 3B, 3C show only a partial area of the printed circuit board 8, namely only the partial area of the receiver paths which are provided with the coupling-out line 24. This is usually followed by a circuit board area with the transmitter paths.
  • FIG. 3A shows a partial plan view of the first layer 18A.
  • Fig. 2 shows only a sectional view in the region of a pair of conductors with two signal conductors 14.
  • Fig. 3A shows a plan view of two such pairs of conductors with a total of four signal conductors 14.
  • a respective pair of conductors is designed to transmit a differential signal.
  • adjacent signal conductors 14 forming a conductor pair are separated by a ground region 22, so that a respective conductor pair is enclosed on both sides by ground regions 22.
  • a respective conductor track of the signal conductor 14 extends from an end-side terminal pad 32 to an opposite terminal pad 32.
  • the terminal pads 32 are formed, for example, by widened, possibly additionally coated, conductor track areas.
  • the individual signal conductors 14 are not exactly rectilinear but also have oblique conductor sections 33, whereby the total length of the signal conductor 14 is increased at a predetermined length of the printed circuit board 8 with respect to a rectilinear course.
  • the overall length of the circuit board is typically in the range of about 20 mm.
  • DC isolation capacitors 34 are integrated in a respective signal conductor 14 as the first components.
  • corresponding contact feet of the isolating capacitors 34 are connected to corresponding terminal pads of the signal conductor 14. Due to the size of these components, it is provided that the distance a between the two signal conductors 14 in the region of these separating capacitors 34 is increased. In this area, the distance a widened a Y-shaped or funnel-shaped widening of the signal conductor 14. Immediately following the separating capacitors 34, a symmetrical taper occurs to the original distance a.
  • damping elements 36 are arranged in the form of ohmic resistors.
  • Each decoupling line 24 are assigned at the opposite ends in each case such a damping element 36.
  • the damping elements 36 are thus each end electrically contacted at opposite ends of the coupling line 24 with this.
  • the damping element 36 in each case has two connection regions, which are spaced apart in the longitudinal direction.
  • the respective outer terminal region of the damping element 36 is electrically contacted with the coupling line 24.
  • an opening or through-connection 28 is formed in the uppermost substrate layer 20A in order to contact the damping element 36 with the underlying coupling-out line 24.
  • connection area directed inwards toward the center of the printed circuit board is connected to the ground conductor 26 of the lowermost layer 18C by means of a
  • an opening 38 for this purpose is formed in the decoupling line 24, through which the plated-through hole 28 is passed.
  • the decoupling line has a widened conductor track width, so that sufficient space is available for the electrical contacting and for the configuration of the aperture 38.
  • the respective output coupling line 24 in the region of the isolating capacitors 34 has a narrowing 40 formed in the manner of a constriction. In the region of this taper 40, the track width is reduced.
  • the electronic components 34, 36 are shown again for better clarity. However, their physical arrangement is only on the uppermost substrate layer 20A.
  • the profile of the coupling-out line 24 follows exactly the profile of the signal conductors 14.
  • the coupling-out line 24 therefore runs parallel to the signal conductors and follows their course. Only in the transition areas, where the distance a of the two signal conductors 8 varies due to the arrangement of the components, in particular in the isolating capacitors 34, deviates from the strictly parallel course.
  • the decoupling line 24 is strictly symmetrical and that is formed at each length position to the two signal conductors 14. Therefore, viewed in a cross-sectional plane, the decoupling line 24 to the two signal conductors 14 each have the same distance.
  • the ground regions 22 also follow the course of the signal conductors 14, so that overall a highly symmetrical configuration of the printed conductor layout is achieved.
  • the ground conductor 26 is formed as a large-scale ground plane which covers at least a large part of the printed circuit board surface.
  • a differential data signal SD is transmitted via each pair of conductors.
  • common-mode signals Sc are included, which are undesirable for the actual signal transmission.
  • These signal components are likewise coupled into the signal conductors 14. Due to the special structure and the specific structure described here, the coupling out of at least one subarea of the equalization takes place selectively, in the manner of a directional coupler. Clock signal components Sc in the decoupling line 24. The energy of these decoupled signal components is consumed in the damping elements 36.
  • the decoupling structure with the decoupling line 24 and the damping elements 36 therefore forms quasi a swamp for the unwanted signal components and thereby leads to an overall improved signal transmission.
  • the graph according to FIG. 4 shows by way of example a modeled course of different sizes.
  • the results are based on the following measurement setup:
  • the thickness d of the uppermost substrate layer 20 A is 100 ⁇ , the thickness d of the central substrate layer 20B at 300 ⁇ .
  • the uppermost substrate layer 20A has a relative permittivity ⁇ ⁇ of about 3.4.
  • Ohmic resistors with a resistance of 22 ohms were used as damping elements.
  • the separation capacitors 34 have a nominal capacity of 100 nF.
  • the attenuation values in the dB for the differential signal component SD and the common-mode signal components Sc are shown on the left y-axis. On the right y-axis, on the other hand, the attenuation values dB are shown for mode conversion.
  • the common mode signal component Sc shows several maxima.
  • a local attenuation maximum of approximately -3.2 dB is achieved at approximately 3 GHz.
  • the common-mode signal component S c has further local attenuation maxima at approximately 6 GHz and 10 GHz.
  • an effective damping of the unwanted common-mode signal component Sc is therefore achieved by the printed circuit board construction described here with the coupling-out structure.
  • the decisive factor here is that the incoming common-mode components are not reflected but are also absorbed by the coupling-out structure. Further studies have also shown that this structure is also characterized by a very good adaptation ratio, ie only a small reflection of the common-mode signal components Sc back into the connected data cable 4. It is crucial that the signal components S c are absorbed. In the present case, this is achieved particularly effectively for frequency ranges between 1 and 5 GHz, in particular in the range of approximately 3 GHz.
  • the printed circuit board 8 described here is installed in particular in a so-called QSFP plug as a so-called QSFP paddle card.

Abstract

The invention relates to a device, in particular a pre-assembled transmission cable, which is used to transmit differential data signals (SD) in a high-speed data connection. The device comprises a circuit board (8) with a conductor pair with two signal conductors (14) for transmitting the differential data signal (SD). An output line (24) which is insulated from the conductor pair is paired with the conductor pair, said output line running parallel to the signal conductors (14) in a non-interrupted manner and additionally being connected to a measuring conductor (26) via at least one damping element (36). By virtue of said design, an undesired common-mode signal component is at least partly coupled into the output line (24), where the signal component is absorbed during operation.

Description

Beschreibung  description
Vorrichtung und Verfahren zur Signalübertragung von differentiellen Datensignalen  Device and method for signal transmission of differential data signals
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Signalübertragung von differentiellen Datensignalen bei einer High Speed Datenverbindung und insbesondere zur Reduzierung eines Gleichtakt-Signalanteils. Die Vorrichtung um- fasst eine Leiterplatte mit einem Leiterpaar mit einem ersten Signalleiter und einen zweiten Signalleiter zur Übertragung des differentiellen Datensignals. The invention relates to a device and a method for signal transmission of differential data signals in a high-speed data connection and in particular for reducing a common-mode signal component. The device comprises a printed circuit board with a pair of conductors with a first signal conductor and a second signal conductor for transmitting the differential data signal.
Im Bereich der Datenübertragung, beispielsweise in Computer-Netzwerken, werden zur Datenübertragung Datenkabel eingesetzt, bei denen typischerweise mehrere Datenleitungen in einem gemeinsamen Kabelmantel zusammengefasst sind. Bei High-Speed-Datenübertragungen werden als Datenleitungen jeweils geschirmte Adernpaare verwendet, wobei die beiden Adern insbesondere parallel zueinander verlaufen oder alternativ miteinander verdrillt sind. Eine jeweilige Ader besteht hierbei aus dem eigentlichen Leiter, beispielsweise ein massiver Leiterdraht oder auch ein Litzendraht, welcher jeweils von einer Isolierung umgeben ist. Das Adernpaar einer jeweiligen Datenleitung ist von einer (Paar-)Abschirmung umgeben. Die Datenkabel weisen typischerweise eine Vielzahl derartig geschirmte Adernpaare auf, die von einem gemeinsamen Kabelmantel umgeben sind. Derartige Datenkabel werden für High Speed-Datenverbindungen eingesetzt und sind für Datenraten von größer 5 Gbit/s ausgebildet. In the field of data transmission, for example in computer networks, data cables are used for data transmission, in which typically several data lines are combined in a common cable sheath. In high-speed data transmissions, shielded wire pairs are used as data lines, with the two wires in particular running parallel to one another or, alternatively, being twisted together. A respective core here consists of the actual conductor, such as a solid conductor wire or a stranded wire, which is surrounded in each case by an insulation. The wire pair of a respective data line is surrounded by a (pair-) shielding. The data cables typically have a plurality of such screened wire pairs, which are surrounded by a common cable sheath. Such data cables are used for high-speed data connections and are designed for data rates of greater than 5 Gbit / s.
Derartige Datenkabel werden vorkonfektioniert an Stecker angeschlossen. Bei Anwendungen für Hochgeschwindigkeitsübertragungen sind die Stecker dabei häufig als sogenannte Small Form Pluggable-Stecker, kurz SFP-Stecker ausgebildet. Hierbei gibt es unterschiedliche Ausführungsvarianten beispielsweise sogenannte SFP-, SFP+, QSFP- oder CXP- -Stecker. Diese Stecker weisen spezielle Steckergehäuse auf, wie sie beispielsweise aus der WO 201 1 072 869 A1 oder der WO 201 1 089 003 A1 zu entnehmen sind. Im Inneren weisen derartige Steckergehäuse eine Leiterplatte oder Platine teilweise mit integrierter Elektronik auf. An dieser Platine ist das jeweilige Datenkabel an einer Steckerrückseite anzuschließen. Hierbei werden die einzelnen Adern des Datenkabels an die Platine angelötet oder angeschweißt. Am gegenüberliegenden Ende der Platine bildet diese typischerweise eine Steckzunge mit Anschlusskontakten aus, welche in einen Gegenstecker eingesteckt wird. Derartige Platinen werden auch als paddle cards bezeichnet. Such data cables are pre-assembled to plug. In applications for high-speed transmissions, the connectors are often designed as so-called Small Form Pluggable connector, short SFP connector. There are different variants, for example, so-called SFP, SFP +, QSFP or CXP connectors. These plugs have special plug housings, as can be seen, for example, from WO 201 1 072 869 A1 or WO 201 1 089 003 A1. In the interior, such connector housing on a printed circuit board or board partially with integrated electronics. On this board, the respective data cable must be connected to a connector back. Here, the individual wires of the data cable are soldered or welded to the board. At the opposite end of the board, this typically forms a tongue with connection contacts, which is plugged into a mating connector. Such boards are also referred to as paddle cards.
Die Paarschirmung eines jeweiligen Adernpaares ist dabei - wie beispielsweise aus der EP 2 1 12 669 A2 zu entnehmen - als eine längs gefaltete Folienschir- mung ausgebildet. Die Abschirmung ist daher in einer Längsrichtung des Kabels verlaufend um das Adernpaar gefaltet, wobei die beiden Enden in einem sich in Längsrichtung verlaufenden Überlappbereich überlappen. Bei der für die Abschi rmung verwendeten Schirmfolie handelt es sich um eine mehrschichtige Abschirmung aus zumindest einer leitfähigen (Metall)-Schicht und einer isolierenden Schicht. Als leitfähige Schicht wird üblicherweise eine Aluminiumschicht und als isolierende Schicht eine PET-Folie verwendet. Die PET-Folie ist als ein Träger ausgebildet ist, auf dem zur Ausbildung der leitfähigen Schicht eine metallische Beschichtung aufgebracht ist. The pair shielding of a respective pair of wires is - as can be seen for example from EP 2,112,669 A2 - designed as a longitudinally folded Folienschir- tion. The shield is therefore folded in a longitudinal direction of the cable extending around the pair of wires, wherein the two ends overlap in a longitudinally extending overlap region. The shielding foil used for the shielding is a multi-layered shield comprising at least one conductive (metal) layer and one insulating layer. The conductive layer is usually an aluminum layer and the insulating layer is a PET film. The PET film is designed as a carrier, on which a metallic coating is applied to form the conductive layer.
Neben der längs gefalteten Schirmung bei parallel geführten Paaren gibt es grundsätzlich auch die Möglichkeit, eine derartige Schirmfolie helixförmig um das Adernpaar zu wickeln. Allerdings ist bei höheren Signalfrequenzen ab etwa 15 GHz eine solche Umspinnung des Adernpaars mit einer Schirmfolie aufgrund von Resonanzeffekten nicht ohne Weiteres möglich. Bei diesen hohen Frequenzen wird daher die Schirmfolie als längs gefaltete Folie angebracht. In addition to the longitudinally folded shielding in pairs guided in parallel, there is also in principle the possibility to wind such a shielding foil helically around the pair of wires. However, at higher signal frequencies above about 15 GHz, such a braiding of the wire pair with a screen foil is not readily possible due to resonance effects. At these high frequencies, therefore, the screen foil is attached as a longitudinally folded film.
Mit einer derartigen längs gefalteten Folie geht jedoch ein unerwünschter, negativer Nebeneffekt einher. Das so genannte Common Mode-Signal, auch als Gleichtaktsignal bezeichnet, wird bei längs gefalteten Abschirmungen nicht mehr in ausreichendem Maße gedämpft, wie dies bei einer Umspinnung mit einer Schirmfolie der Fall ist. Bei derartigen Datenkabeln handelt es sich typischerweise um so genannte symmetrische Datenleitungen, die für eine differentielle Datenübertragung ausgebildet sind. Hierbei wird über die beiden Adern das gleiche Signal invertiert übermittelt. Ausgewertet wird der differentielle Signalanteil zwischen diesen beiden Signalen, so dass äußere Effekte, die sich auf beide Signale auswirken, eliminiert sind. With such a longitudinally folded film, however, an undesirable, negative side effect is associated. The so-called common mode signal, also referred to as a common-mode signal, is no longer adequately attenuated in the case of longitudinally folded shields, as is the case with a braiding with a shielding foil. Such data cables are typically so-called symmetrical data lines, which are designed for a differential data transmission. Here, the same signal is transmitted inverted via the two wires. Evaluates the differential signal component between these two signals, so that external effects that affect both signals are eliminated.
Die Entstehung des Common Mode-Signals oder auch Gleichtaktsignals bei derartigen symmetrischen Leitungen mit parallelen Paaren ist grundsätzlich bekannt. Eine Dämpfung dieses unerwünschten Common Mode-Signals wird zudem dadurch erschwert, dass dieser Common Mode-Signalanteil schneller propagiert wie der eigentlich interessierende differentielle Signalanteil. Die im Vergleich zu umsponnenen Aderpaaren fehlende oder stark verringerte Dämpfung dieses Common Mode-Signals führt daher zu einer Verschlechterung des so genannten Skew bzw. der so genannten Mode Conversion Performance. The formation of the common mode signal or common-mode signal in such symmetrical lines with parallel pairs is basically known. An attenuation of this unwanted common mode signal is also made more difficult by the fact that this common mode signal component propagates faster than the actually interest differential signal component. The lack of or greatly reduced attenuation of this common mode signal compared to braided wire pairs therefore leads to a deterioration of the so-called skew or the so-called mode conversion performance.
Bei derartigen High Speed-Datenverbindungen wird generell eine Steigerung der Übertragungsleistung angestrebt. Die Übertragungsraten und damit der Frequenzbereich solcher Datenkabel steigen daher immer mehr an und damit auch die Probleme im Zusammenhang mit den Common-Mode-Signalanteilen. In such high-speed data connections, an increase in the transmission power is generally sought. The transmission rates and thus the frequency range of such data cables therefore increase more and more and thus also the problems associated with the common-mode signal components.
Um Common-Mode-Signalanteile herauszufiltern, ist es beispielsweise aus der US 201 1 /0273245 A1 bekannt, in einer Masseebene einer mehrschichtigen Leiterplatte eine mäanderförmige Struktur einzubringen. In order to filter out common-mode signal components, it is known, for example, from US 201 1/0273245 A1 to introduce a meander-shaped structure in a ground plane of a multilayer printed circuit board.
In dem Artikel„Miniaturization of Common Mode Filter based on EBG Patch Resonance", Francesco De Paulis et al, DesignCon 2012 "Where Chipheads Connect", Santa Clara, California, USA, 30 January - 02 February 2012, In the article "Miniaturization of Common Mode Filters Based on EBG Patch Resonance", Francesco De Paulis et al, DesignCon 2012 "Where Chipheads Connect", Santa Clara, California, USA, 30 January - 02 February 2012,
Proceedings Seiten 2320 - 2338, wird ein Common-Mode-Filter beschrieben, bei dem bei einer mehrlagigen Leiterplatte unterhalb einer Leiterbahn eine matrixför- mige leitende Struktur, die so genannte EBG-Ebene, zwischen der Leiterbahn und einer Masseebene angeordnet ist. Schließlich ist aus der US 2004/01 19553 A1 bekannt, zur Vermeidung von Störsignalen bedingt durch ein Common-Mode-Signal die beiden Signalleiter über eine Widerstand und eine Kapazität mit Masse elektrisch zu verbinden. Proceedings pages 2320 - 2338, a common-mode filter is described in which a matrix-like conductive structure, the so-called EBG level, is arranged between the conductor track and a ground plane in a multilayer printed circuit board below a conductor track. Finally, it is known from US 2004/01 19553 A1 to electrically connect the two signal conductors via a resistor and a capacitance to avoid interference signals due to a common-mode signal.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen High Speed-Datenverbindung eine verbesserte Datenübertragung mit hohen Signalfrequenzen von größer 10 GHz zu ermöglichen und eine hohe Dämpfung eines Common Mode-Signals zu erreichen. Proceeding from this, the object of the invention is to enable an improved data transmission with high signal frequencies of greater than 10 GHz in such a high-speed data connection and to achieve a high attenuation of a common-mode signal.
Die Aufgabe wird gemäß Erfindung gelöst auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 6. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die im Hinblick auf die Vorrichtung angeführten bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen. The object is achieved according to the invention to a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 1 6. Preferred developments are contained in the subclaims. The preferred embodiments set forth with regard to the device are also to be transferred analogously to the method.
Die Vorrichtung ist insbesondere zur Übertragung von Datensignalen in einer High-Speed Datenverbindung mit einer Übertragungsrate typischerweise größer 10 Gbit pro Sekunde ausgebildet. Sie weist eine Leiterplatte auf mit einem darauf angebrachten Leiterpaar mit einem ersten Signalleiter und einem zweiten Signalleiter, über die im Betrieb ein differenzielles Datensignal übertragen wird. Weiterhin ist dem Leiterpaar eine Auskoppelleitung zugeordnet, welche symmetrisch und unterbrechungsfrei zu den Signalleitern verläuft und in die beim Betrieb Gleichtaktsignalanteile ausgekoppelt werden. Weiterhin ist die Auskoppelleitung über zumindest ein Dämpfungselement mit einem Masseleiter, also mit Masse- oder Grundpotential verbunden. The device is designed in particular for transmitting data signals in a high-speed data connection with a transmission rate typically greater than 10 Gbit per second. It has a printed circuit board with a conductor pair mounted thereon with a first signal conductor and a second signal conductor, via which a differential data signal is transmitted during operation. Furthermore, the pair of conductors is associated with a decoupling line, which runs symmetrically and without interruption to the signal conductors and are coupled out in the operation of common-mode signal components. Furthermore, the decoupling line is connected via at least one damping element to a ground conductor, that is to ground or ground potential.
Mit dieser Ausgestaltung werden selektiv nur die Gleichtakt-Signalanteile aus den Signalleitern in die Auskopppelleitung ausgekoppelt und dort durch das Dämpfungselement gedämpft. Im Dämpfungselement wird daher die Energie des Gleichtakt-Signalanteils verbraucht und die unerwünschten Gleichtakt- Signalanteile werden zumindest teilweise absorbiert. Diese Ausgestaltung setzt auf der Überlegung an, dass eine selektive Auskopplung der Gleichtakt-Signalanteile bei einer differenziellen Signalübertragung möglich ist. Durch die Auskopplung der störenden Gleichtakt-Signalanteile (Common- Mode-Signalanteile) können diese daher effektiv reduziert, insbesondere gedämpft werden. Der störende Signalanteil wird daher durch Auskopplung aus der Übertragungsstrecke zumindest reduziert. With this embodiment, only the common-mode signal components are selectively coupled out of the signal conductors into the output coupling line and attenuated there by the damping element. In the damping element, therefore, the energy of the common mode signal component is consumed and the unwanted common mode signal components are at least partially absorbed. This embodiment is based on the consideration that a selective decoupling of the common-mode signal components in a differential signal transmission is possible. By decoupling the interfering common-mode signal components (common-mode signal components), these can therefore be effectively reduced, in particular attenuated. The disturbing signal component is therefore at least reduced by decoupling from the transmission path.
Die Funktionsweise der Auskoppelleitung beruht darauf, dass die differenziellen Anteile in Summe keine Leistung in die Auskoppelleitung auskoppeln, da sich - aufgrund der symmetrischen Anordnung der Auskoppelleitung - ihre Signalanteile jeweils voneinander subtrahieren. Umgekehrt werden gerade bei den Gleichtaktsignalen die Anteile auf den beiden Signalleitern addiert, so dass sie also über Koppelmechanismen in die Auskoppelleitung eingekoppelt werden. The mode of operation of the decoupling line is based on the fact that the differential components in total do not decouple power into the decoupling line, since - due to the symmetrical arrangement of the decoupling line - their signal components each subtract from each other. Conversely, just in the case of the common-mode signals, the proportions on the two signal conductors are added, so that they are coupled via coupling mechanisms in the decoupling line.
Die Funktionsweise der Vorrichtung ist daher nach Art eines Richtkopplers ausgebildet, bei dem also bestimmte Signalanteile, hier die Gleichtakt-Signalanteile, innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes aus der Übertragungsstrecke ausgekoppelt werden. The operation of the device is therefore designed in the manner of a directional coupler, in which therefore certain signal components, in this case the common-mode signal components, are coupled out of the transmission path within a specific frequency band.
Die Auskoppelleitung erstreckt sich dabei über eine Koppelstrecke unterbrechungsfrei und symmetrisch zu den Signalleitern. Unter unterbrechungsfrei wird dabei verstanden, dass die Auskoppelleitung ein durchgehende leitende Strecke, insbesondere eine durchgehende Leiterbahn bildet. Den beiden Signalleiteren ist dabei insbesondere genau eine Auskoppelleitung zugeordnet, die symmetrisch zu den Signalleitern verläuft. Die Signalleiter selbst verlaufen zueinander zumindest über weite Strecken parallel zueinander. The decoupling line extends over a coupling path interruption-free and symmetrical to the signal conductors. Uninterruptible is understood to mean that the decoupling line forms a continuous conductive path, in particular a continuous conductor track. The two signal conductors in particular exactly one output coupling is assigned, which runs symmetrically to the signal conductors. The signal conductors themselves run parallel to each other at least over long distances.
Unter symmetrischer Anordnung der Auskoppelleitung wird hierbei verstanden, dass die Auskoppelleitung zumindest über einen Großteil ihrer Länge - in einer Querebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Signalleiter - zu jedem der Signalleiter jeweils den identischen gleichen Abstand aufweist. In anderen Worten: Die Signalleiter liegen innerhalb einer gemeinsamen Leiterebene. Sie sind bezüglich einer Mittenebene, die senkrecht zur Leiterebene orientiert ist, (spiegel) symmetrisch angeordnet. Ergänzend ist die Auskoppelleitung bezüglich dieser Mittenebene (spiegel-) symmetrisch ausgebildet. Durch diese symmetrische Anordnung ist grundsätzlich gewährleistet, dass lediglich die Gleichtakt-Signalanteile und nicht etwa auch differenzielle Signalanteile ausgekoppelt werden. Diese symmetrische Anordnung erstreckt sich dabei vorzugsweise über die gesamte Auskoppelleitung, so dass an jeder Längenposition die Auskoppelleitung zu den beiden Signalleitern den gleichen Abstand aufweist. Die Auskoppelleitung bildet daher in gewisser Weise eine Symmetrieachse der gesamten Auskoppelstruktur. A symmetrical arrangement of the coupling-out line is understood here to mean that the coupling-out line has the same identical distance to each of the signal conductors, at least over a majority of its length-in a transverse plane perpendicular to the propagation direction of the signal conductors. In other words, the signal conductors lie within a common conductor plane. you are with respect to a center plane which is oriented perpendicular to the conductor plane, (mirror) arranged symmetrically. In addition, the decoupling line with respect to this center plane (mirror) is symmetrical. This symmetrical arrangement basically ensures that only the common-mode signal components and not also differential signal components are coupled out. This symmetrical arrangement preferably extends over the entire coupling-out line, so that the coupling-out line to the two signal conductors has the same spacing at each longitudinal position. The decoupling line therefore forms in some way an axis of symmetry of the entire coupling-out structure.
Um die Symmetrie auch im Bereich des Dämpfungselements aufrechtzuerhalten, ist dieses in zweckdienlicher Ausgestaltung - zumindest in einer Projektion oder in Aufsicht betrachtet - symmetrisch zwischen den Signalleitern angeordnet. Aufgrund des erforderlichen Bauraums für das elektronische Bauteil für das Dämpfungselement und den üblicherweise vergleichsweise engen parallelen Verlauf der Signalleiter ist weiterhin in bevorzugter Weiterbildung vorgesehen, dass ein Abstand der Signalleiter zueinander im Bereich des Dämpfungselements vergrößert ist. Die beiden Signalleiter weiten sich hierzu in einem Übergangsbereich in etwa trichterförmig auf und verlaufen anschließend mit vergrößertem Abstand im Bereich des Dämpfungselements parallel zueinander. In diesen Zwischenraum mit dem vergrößerten Abstand ist dann das Dämpfungselement symmetrisch zwischen den Signalleitern angeordnet. In order to maintain the symmetry also in the region of the damping element, this is arranged in a useful embodiment - at least in a projection or in a plan view - symmetrically between the signal conductors. Due to the required installation space for the electronic component for the damping element and the usually comparatively narrow parallel course of the signal conductors is further provided in a preferred embodiment that a distance of the signal conductors to one another in the region of the damping element is increased. For this purpose, the two signal conductors expand in a funnel-shaped manner in a transition region and then extend parallel to one another at an increased distance in the region of the damping element. In this space with the increased distance then the damping element is arranged symmetrically between the signal conductors.
Bei derartigen differenziellen Signalleitungen ist häufig in den jeweiligen Signalleiter ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein sogenannter Trennkondensator (DC-Trennkondensator) geschalten. Auch hier ist wiederum im Hinblick auf die gewünschte Symmetrie gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Abstand der Signalleiter zueinander im Bereich solcher Bauelemente vergrößert ist. Gleichzeitig oder alternativ weist die Auskoppelleitung im Bereich solcher Bauelemente eine Verjüngung nach Art einer Einschnürung auf. Insbesondere ist eine Vergrößerung des Abstands zwischen den Signalleitern mit einer Verjüngung der Auskoppelleitung kombiniert. Insgesamt ist durch diese Maßnah- me eine kompakte, platzsparende Anordnung derartiger Bauelemente auf der Leiterplatte bei Aufrechterhaltung der gewünschten Symmetrie ermöglicht. In such differential signal lines, an electronic component, in particular a so-called separation capacitor (DC separation capacitor), is often connected in the respective signal conductor. Again, with regard to the desired symmetry according to a preferred embodiment, it is again provided that the spacing of the signal conductors relative to one another in the region of such components is increased. Simultaneously or alternatively, the decoupling line in the region of such components on a taper in the manner of a constriction. In particular, an increase in the distance between the signal conductors is combined with a taper of the coupling-out line. Overall, this measure me a compact, space-saving arrangement of such devices on the circuit board while maintaining the desired symmetry allows.
Zweckdienlicherweise umfasst die Leiterplatte mehrere Lagen, von denen zumindest eine als eine Masselage mit dem Masseleiter ausgebildet ist. Das Dämpfungselement ist zweckdienlicherweise mit dieser Masselage, also mit dem Masseleiter, über eine so genannte Durchkontaktierung durch mehrere Lagen mit dem Masseleiter verbunden. Eine jeweilige Lage der Leiterplatte wird dabei durch eine isolierende Trägerschicht aus Substratmaterial mit darauf angebrachten elektrischen Schichten oder elektrischen Leiterbahnen gebildet. Bei dem Substratmaterial handelt es sich um übliches Substratmaterial für Leiterplatten. Über die Durchkontaktierungen sind daher elektrisch leitende Verbindungen zwischen dem Dämpfungselement und dem Masseleiter ausgebildet. Derartige Conveniently, the circuit board comprises a plurality of layers, of which at least one is formed as a grounding position with the ground conductor. The damping element is expediently connected to this ground layer, that is to say to the ground conductor, via a so-called through-connection through a plurality of layers to the ground conductor. A respective position of the printed circuit board is formed by an insulating carrier layer of substrate material with electrical layers or electrical conductor tracks attached thereto. The substrate material is conventional substrate material for printed circuit boards. Therefore, electrically conductive connections between the damping element and the ground conductor are formed via the plated-through holes. such
Durchkontaktierungen sind ebenfalls in der Leiterplattentechnologie grundsätzlich bekannt. Hierzu werden beispielsweise senkrechte, das Substratmaterial durchdringende Löcher eingebracht, deren Innenwandung leitend ist, sodass eine leitende Verbindung durch das Substratmaterial gebildet ist. Vias are also known in printed circuit board technology in principle. For this purpose, for example, vertical, the substrate material penetrating holes are introduced, the inner wall is conductive, so that a conductive connection is formed by the substrate material.
In zweckdienlicher Ausbildung sind randseitig in einer jeweiligen Lage Massebereiche ausgebildet, sodass also die Signalleiter und/oder die Auskoppelleitung zwischen Massepotentialen innerhalb einer jeweiligen Ebene angeordnet sind. Die randseitigen Massebereiche sind dabei wiederum durch vorzugsweise großflächige Leiterbahnbereiche gebildet. Diese sind mit der Masseebene durch vorzugsweise eine Vielzahl sich entlang der Leiterbahnen erstreckenden In an expedient embodiment, mass areas are formed at the edges in a respective position, so that therefore the signal conductors and / or the coupling-out line between ground potentials are arranged within a respective plane. The peripheral mass areas are in turn formed by preferably large-area conductor track areas. These are with the ground plane through preferably a plurality extending along the tracks
Durchkontaktierungen verbunden. Connected vias.
In bevorzugter Weiterbildung ist das Dämpfungselement an einem äußeren Bereich der Auskoppelleitung mit dieser verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung mit dem Masseleiter erfolgt hierbei nach innen beabstandet, also beabstandet von dem äußersten Bereich der Auskoppelleitung. Für die Verbindung mit dem Masseleiter ist in der Auskoppelleitung ein Durchbruch ausgebildet, wobei in diesem Durchbruch die Durchkontaktierung angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird eine Maximierung der Länge der Auskoppelleitung bei einer gegebenen Ge- samtlänge der Leiterplatte ermöglicht. Gleichzeitig wird durch den Durchbruch in der Auskoppelleitung die gewünschte Symmetrie weiterhin aufrechterhalten. Bei dem Durchbruch handelt es sich daher um eine symmetrische Ausnehmung in der Auskoppelleitung, welche zu den beiden Signalleitern den gleichen Abstand aufweist. Die Ausnehmung ist dabei insbesondere kreisförmig. In a preferred embodiment, the damping element is connected to an outer region of the coupling line with this. The electrically conductive connection with the ground conductor takes place here inwardly spaced, that is spaced from the outermost region of the coupling line. For the connection to the ground conductor, an opening is formed in the decoupling line, wherein the through-connection is arranged in this opening. This measure maximizes the length of the coupling line for a given velvet length of the circuit board allows. At the same time, the breakthrough in the decoupling line will continue to maintain the desired symmetry. The breakthrough is therefore a symmetrical recess in the decoupling line, which has the same distance to the two signal conductors. The recess is in particular circular.
In zweckdienlicher Ausgestaltung sind dabei zweckdienlicherweise beidendseitig an der Auskoppelleitung jeweils ein Dämpfungselement angeordnet und mit dem Masseleiter verbunden. Hierdurch ist eine effektive Dämpfung des Gleichtakt- Signalanteils erzielt. In an expedient embodiment, a respective damping element is expediently arranged on both ends of the coupling-out line and connected to the grounding conductor. As a result, an effective damping of the common mode signal component is achieved.
Bei dem Dämpfungselement handelt es sich weiterhin vorzugsweise um einen Ohmschen Widerstand. Bei einer typischen Anwendung liegt der Widerstandswert dabei im Bereich von einigen Ohm, beispielsweise im Bereich von 5 bis 50 Ohm und insbesondere etwa im Bereich von 20 Ohm pro Dämpfungselement. The damping element is furthermore preferably an ohmic resistance. In a typical application, the resistance value is in the range of a few ohms, for example in the range of 5 to 50 ohms and in particular approximately in the range of 20 ohms per damping element.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Auskoppelleitung sowie die Signalleiter innerhalb einer Lage nebeneinander anzuordnen. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass hierbei nur eine begrenzte Dämpfung der Gleichtakt-Signalanteile erreicht wird. In principle, it is possible to arrange the decoupling line and the signal conductors next to one another within one layer. Investigations have shown, however, that in this case only a limited attenuation of the common-mode signal components is achieved.
In zweckdienlicher Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass die Auskoppelleitung sowie die Signalleiter in unterschiedlichen Lagen angeordnet sind. Bevorzugt sind dabei die Signalleiter innerhalb einer Lage angeordnet. Die Auskoppelleitung ist durch Substratmaterial der Leiterplatte getrennt in einer Lage insbesondere unterhalb zu den beiden Signalleitern ausgebildet. Die Ebene der Auskopppelleitung ist dabei vorzugsweise in einem Abstand von 80μηι bis 200μηι und insbesondere in einem Abstand von etwa 100μηι zu der Ebene der Signalleiter angeordnet. D.h. die Dicke des Substrats zwischen den Signalleitern und der Auskoppelleitung entspricht diesem Abstand. In an expedient development is therefore provided that the decoupling line and the signal conductors are arranged in different positions. Preferably, the signal conductors are arranged within a layer. The decoupling line is formed by substrate material of the printed circuit board separately in a position, in particular below the two signal conductors. The plane of Auskopppelleitung is preferably arranged at a distance of 80μηι to 200μηι and in particular at a distance of about 100μηι to the level of the signal conductor. That the thickness of the substrate between the signal conductors and the coupling line corresponds to this distance.
Gleichzeitig ist eine Substratdicke einer weiteren Leiterplatten läge zwischen Auskoppelleitung und Masseleiter vorzugsweise verschieden hiervon, insbesondere größer und liegt insbesondere im Bereich zwischen 200μηι und 400μηι und insbesondere im Bereich von etwa 300μηι. Die einzelnen Substrat- oder Trägerschichten der mehrschichtigen Leiterplatte sind entsprechend den jeweiligen elektrischen und / oder mechanischen Anforderungen gewählt. Durch die Wahl einer vergleichsweise dünnen Substratschicht zwischen den Signalleitern und der Auskoppelleitung ist eine effiziente Auskopplung der unerwünschten Gleichtakt- Signalanteile erreicht. Das Substratmaterial zwischen den Signalleitern und der Auskoppelleitung weist weiterhin vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3,4 auf. Insgesamt ist durch diesen Aufbau eine gute Auskopplung erreicht. At the same time, a substrate thickness of another printed circuit board would preferably be different between the coupling line and ground conductor, in particular greater and is in particular in the range between 200μηι and 400μηι and in particular in the range of about 300μηι. The individual substrate or carrier layers of the multilayer printed circuit board are selected according to the respective electrical and / or mechanical requirements. By choosing a comparatively thin substrate layer between the signal conductors and the coupling line, efficient decoupling of the unwanted common-mode signal components is achieved. The substrate material between the signal conductors and the coupling-out line furthermore preferably has a dielectric constant of about 3.4. Overall, a good decoupling is achieved by this structure.
Zweckdienlicherweise erstreckt sich die Auskoppelleitung in Querrichtung über die beiden Signalleiter, so dass die Auskoppelleitung im Vergleich zu den Signalleitern deutlich bereiter ist. Generell sind die Signalleiter sowie auch die Auskoppelleitung als flache Leiterbahnen der Platine ausgebildet. Die Herstellung derartiger Leiterbahnen erfolgt in an sich bekannter Weise. Bevorzugt schließt - in einer Projektion betrachtet - die Auskoppelleitung seitlich mit den äußeren Rand der beiden Signalleiter ab, d.h. die Breite der Auskoppelleitung entspricht einem Abstand der äußeren Ränder der Signalleiter. Conveniently, the decoupling line extends transversely across the two signal conductors, so that the decoupling line is much more ready compared to the signal conductors. In general, the signal conductors as well as the decoupling line are formed as flat conductor tracks of the board. The production of such printed conductors is carried out in a conventional manner. Preferably, as viewed in a projection, the output coupling line terminates laterally with the outer edge of the two signal conductors, i. the width of the coupling line corresponds to a distance of the outer edges of the signal conductor.
Vorzugsweise erstrecken sich die Signalleiter nicht geradlinig, sie laufen daher zumindest in Teilbereichen auch schräg zu einer Leiterplattenlängsrichtung. Durch diese Maßnahme wird insbesondere eine Einstellung und insbesondere Vergrößerung der Leiterlänge auf der Leiterplatte erreicht. Durch die Einstellung der Länge wird zugleich auch die Einstellung einer Länge der Koppelleitung und damit der Koppelstrecke erreicht. Die Länge der Koppellstrecke wirkt sich auf das Frequenzband des Gleichtakt-Signalanteils aus, welches ausgekoppelt und gedämpft wird. Preferably, the signal conductors do not extend in a straight line, so they run at least in some areas also obliquely to a circuit board longitudinal direction. By this measure, in particular an adjustment and in particular enlargement of the conductor length is achieved on the circuit board. By adjusting the length at the same time also the setting of a length of the coupling line and thus the coupling path is achieved. The length of the coupling path affects the frequency band of the common-mode signal component, which is coupled out and attenuated.
In zweckdienlicher Ausgestaltung ist daher auch vorgesehen, dass die Länge der Koppelleitung in Abhängigkeit eines vorgegebenen Frequenzbands gewählt wird, innerhalb dessen die unerwünschten Gleichtaktsignale ausgekoppelt werden. Bevorzugt ist dabei die Länge insbesondere derart gewählt, dass im Bereich zwischen 1 bis 5 GHz und insbesondere bei etwa 3 GHz ein zumindest lokales Dämpfungsmaximum für das Gleichtaktsignal vorliegt. Die Länge der Koppelleitung liegt bei dem hier betrachteten Einsatzzweck für Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen für Datenraten > 5 Gbit/sek beispielsweise im Bereich zwischen 10 bis 18 und insbesondere im Bereich zwischen 12 und 15 mm. Insgesamt richtet sich also die Länge der Koppelleitung nach dem Frequenzband, für das die Auskopplung nach Art eines Filters erfolgen soll (Frequenzband, innerhalb dessen ein Absorptionsmaximum liegt). Je größer die Frequenz, desto geringer ist die Koppelllänge gewählt (umgekehrt proportional). In an expedient embodiment, it is therefore also provided that the length of the coupling line is selected as a function of a predetermined frequency band, within which the unwanted common-mode signals are coupled out. In this case, the length is in particular chosen such that in the range between 1 to 5 GHz and in particular at about 3 GHz, an at least local Attenuation maximum for the common-mode signal is present. The length of the coupling line is, for example, in the range between 10 and 18, and in particular in the range between 12 and 15 mm, for the purpose of use for high-speed data transmissions considered here for data rates> 5 Gbit / sec. Overall, therefore, the length of the coupling line depends on the frequency band for which the decoupling is to take place in the manner of a filter (frequency band within which there is an absorption maximum). The larger the frequency, the lower the coupling length is chosen (inversely proportional).
Die Leiterplatte weist üblicherweise einen rückwärtigen Anschlussbereich für ein Datenkabel mit zumindest einem Signalpaar, vorzugsweise mit mehreren Signalpaaren auf. Im vorderen Bereich ist sie bevorzugt als Steckzunge des Steckers ausgebildet und weist Kontaktstreifen auf. Die Auskoppelstruktur und die Auskoppelleitung erstrecken sich - bis auf diese randseitigen Anschluss- oder Kontaktbereiche vorzugsweise über die gesamte verfügbare Länge der Leiterplatte, also über einen Mittelbereich zwischen den randseitigen Anschluss- und Kontaktbereichen. Diese Anschluss- und Kontaktbereiche sind dabei insbesondere durch Kontaktpads, üblicherweise verbreiterte endseitige Leiterbahnbereiche, gebildet. Ergänzend können spezielle Beschichtungen vorgesehen sein. The printed circuit board usually has a rear connection region for a data cable with at least one signal pair, preferably with a plurality of signal pairs. In the front region, it is preferably designed as a tongue of the plug and has contact strips. The coupling-out structure and the coupling-out line extend, with the exception of these edge-side connection or contact regions, preferably over the entire available length of the printed circuit board, that is to say over a central region between the edge-side connection and contact regions. These connection and contact areas are formed in particular by contact pads, usually widened end-side conductor track areas. In addition, special coatings may be provided.
Zur Kontaktierung des Dämpfungselements an der Auskoppelleitung weist diese ein Anschlusspad auf. Üblicherweise ist das Dämpfungselement auf einer Oberseite der Leiterplatte angeordnet, auf der bevorzugt auch die Signalleiter ausgebildet sind. Zur Kontaktierung der beiden Anschlüsse des Dämpfungselements einerseits mit der Auskoppelleitung und andererseits mit dem Masseleiter sind daher zwei Durchkontaktierungen, einmal zur Auskoppelleitung und einmal zur Masseleitung, ausgebildet. For contacting the damping element on the coupling line, this has a connection pad. Usually, the damping element is arranged on an upper side of the printed circuit board on which the signal conductors are preferably also formed. For contacting the two terminals of the damping element on the one hand with the coupling line and on the other hand with the ground conductor therefore two plated-through holes, once for the coupling line and once to the ground line, are formed.
Die Leiterplatte weist vorzugsweise einen mehrlagigen Aufbau auf und zeigt insbesondere folgenden Schichtaufbau: erste Substratschicht mit Masseschicht - zweite Substratschicht mit Auskoppelleitung - dritte Substratschicht mit Signalleiter und vorzugsweise mit Dämpfungselementen. Weiterhin ist in zweckdienlicher Ausgestaltung ergänzend auf dem Signalleiter noch eine Isolationsschicht, insbe- sondere ein Lötstopplack aufgebracht. Diese Isolationsschicht bildet dabei zweckdienlicherweise eine oberste Schicht. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit eines doppelseitigen Aufbaus, bei dem also beidseitig einer Mittenebene, beispielsweise einer zentralen Trägerlage oder auch einer zentralen Masselage, sich ein mehrlagiger Schichtaufbau anschließt. The printed circuit board preferably has a multi-layer structure and in particular has the following layer structure: first substrate layer with ground layer - second substrate layer with decoupled line - third substrate layer with signal conductor and preferably with damping elements. Furthermore, in an expedient refinement, an insulating layer is additionally provided on the signal conductor, in particular special applied a solder mask. This insulation layer expediently forms an uppermost layer. Furthermore, there is also the possibility of a double-sided structure, in which therefore on both sides of a central plane, for example, a central carrier layer or a central ground layer, followed by a multilayer layer structure.
Bevorzugt ist die Leiterplatte in einem Steckergehäuse eines Steckers angeordnet. Insbesondere ist die Leiterplatte weiterhin als eine Steckplatine ausgebildet, deren eines Ende eine freie Steckkontaktzunge mit Kontaktflächen oder -streifen ausbildet. Mit dieser Streckkontaktzunge wird die Leiterplatte in eine entsprechende Aufnahme eines Gegensteckers eingesteckt, sodass über diese Steckkontaktzunge im Betrieb die Datensignale übertragen werden. Bei dem Stecker handelt es sich insbesondere um einen Stecker des Typs Small Form Pluggable (SFP), welcher grundsätzlich in unterschiedlichen Ausführungsvarianten bereitgestellt werden kann (SFP, SFP+, CXP, QSFP). Preferably, the circuit board is arranged in a plug housing of a plug. In particular, the printed circuit board is further designed as a plug-in board, one end of which forms a free plug-in contact tongue with contact surfaces or strips. With this extension contact tongue, the circuit board is inserted into a corresponding receptacle of a mating connector, so that the data signals are transmitted via this plug contact tongue during operation. The plug is in particular a plug of the type Small Form Pluggable (SFP), which basically can be provided in different design variants (SFP, SFP +, CXP, QSFP).
Gegenüberliegend dem Ende, welches die freie Steckkontaktzunge ausbildet, weist die Leiterplatte den Anschlussbereich auf, an dem das Datenkabel angeschlossen ist. Insgesamt handelt es sich daher bei der Vorrichtung um ein vorkonfektioniertes Datenkabel mit speziellem Stecker. Das Datenkabel weist mehrere, üblicherweise verdrillte, Adernpaare auf, wobei im Betrieb über jeweils ein Opposite the end, which forms the free plug-in contact tongue, the circuit board has the connection area to which the data cable is connected. Overall, therefore, the device is a prefabricated data cable with a special plug. The data cable has a plurality of, usually twisted, wire pairs, wherein in operation via a respective
Adernpaar das differenzielle Datensignal übermittelt wird. Ein jedes Adernpaar ist dabei vorzugsweise von einer (Folien)Schirmung umgeben. Ein jeweiliger Leiter eines Adernpaars ist jeweils mit einem Signalleiter der Leiterplatte elektrisch kontaktiert, beispielsweise durch Löten, Schweißen etc. Gleichzeitig ist die Schirmung mit einem Massekontakt der Leiterbahn kontaktiert. Wire pair the differential data signal is transmitted. Each pair of wires is preferably surrounded by a (foil) shielding. A respective conductor of a wire pair is in each case electrically contacted with a signal conductor of the printed circuit board, for example by soldering, welding, etc. At the same time, the shield is contacted with a ground contact of the conductor track.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise vereinfachten Darstellungen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. These show in partially simplified representations:
Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung durch einen Fig. 1 is a greatly simplified schematic sectional view through a
Stecker mit darin angeordneter Leiterplatte und angeschlossenem Datenkabel, Fig 2 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung der Leiterplatte, Plug with printed circuit board and data cable connected, 2 is a fragmentary sectional view of the circuit board,
Fig 3A eine ausschnittsweise Aufsicht auf eine erste Lage der Leiterplatte, Fig 3B eine ausschnittsweise Aufsicht auf eine zweite Lage der Leiterplatte,3A is a fragmentary plan view of a first layer of the printed circuit board, FIG. 3B is a fragmentary plan view of a second layer of the printed circuit board,
Fig 3C eine ausschnittsweise Aufsicht auf eine dritte Lage der Leiterplatte, wobei die einzelnen Figuren 3A, 3B, 3C identische Ausschnitte zeigen, sowie FIG. 3C is a fragmentary plan view of a third layer of the printed circuit board, the individual FIGS. 3A, 3B, 3C showing identical cutouts, and FIG
Fig 4 eine grafische Darstellung eines Gleichtakt-Signals sowie des diffe- renziellen Signals sowie ergänzend der Verlauf einer Modenkonversion, jeweils gegenüber der Signalfrequenz.  4 shows a graphic representation of a common-mode signal and of the differential signal and, in addition, the course of a mode conversion, in each case with respect to the signal frequency.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, like-acting parts are provided with the same reference numerals.
In Fig. 1 ist in einer schematisierten Querschnittsdarstellung ausschnittsweise ein vorkonfektioniertes Kabel dargestellt mit einem (QSFP-) Stecker 2, an dem ein Datenkabel 4 angeschlossen ist. Der Stecker 2 weist ein Steckergehäuse 6 auf, in dem eine Leiterplatte 8 angeordnet ist. Das Datenkabel 4 umfasst einen Mantel 10, welcher mehrere mit einer Paarschirmung 1 6 versehene Adernpaare 12 umgibt. Ein jeweiliges Adernpaar 12 weist jeweils zwei Leiter auf, die in einem rückwärtigen Anschlussbereich der Leiterplatte 8 mit einer auf dieser angebrachten Leiterbahn elektrisch kontaktiert sind. Die jeweilige Leiterbahn wird nachfolgend als Signalleiter 14 bezeichnet (vgl. hierzu Fig. 2). Eine Paarschirmung 1 6 ist im Anschlussbereich weiterhin mit einem Massekontakt der Leiterplatte 8 kontaktiert. In Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a detail of a prefabricated cable with a (QSFP) connector 2, to which a data cable 4 is connected. The plug 2 has a plug housing 6, in which a printed circuit board 8 is arranged. The data cable 4 comprises a jacket 10 which surrounds a plurality of pairs of conductors 12 provided with a pair shielding 1 6. A respective pair of wires 12 each have two conductors which are electrically contacted in a rear connection region of the printed circuit board 8 with a printed conductor attached thereto. The respective conductor track is referred to below as signal conductor 14 (see FIG. 2). A pair shielding 1 6 is still contacted in the connection area with a ground contact of the printed circuit board 8.
An dem Anschlussbereich gegenüberliegenden Ende ist die Leiterplatte 8 als Steckzunge ausgebildet. Dieses freie Ende wird in einem hier nicht näher dargestellten Gegenstecker mit Gegenkontakten eingesteckt. Die Leiterplatte 8 erstreckt sich dabei in einer Längsrichtung L vom Anschlussbereich bis zur Steckzunge. At the opposite end of the connection area, the circuit board 8 is formed as a tongue. This free end is inserted in a mating connector not shown here with mating contacts. The printed circuit board 8 extends in a longitudinal direction L from the connection region to the tongue.
Der spezielle Aufbau der Leiterplatte 8 ergibt sich insbesondere aus der Fig. 2. Diese zeigt ausschnittsweise lediglich eine obere Hälfte der insgesamt mehrlagigen Leiterplatte 8. An den in Fig. 2 dargestellten Aufbau schließt sich im Ausfüh- rungsbeispiel der Fig. 1 spiegelbildlich nach unten der identische Aufbau nochmals an, sodass bezüglich einer Mittenebene beidseitig ein identischer Schichtaufbau ausgebildet ist. Dies ermöglicht die elektrische Kontaktierung von The particular structure of the printed circuit board 8 is shown in particular in FIG. 2. This shows a detail of only an upper half of the total multilayer printed circuit board 8. The construction shown in FIG. 1 mirror image down the identical structure again, so that with respect to a center plane on both sides of an identical layer structure is formed. This allows the electrical contacting of
Adernpaaren 12 sowohl an einer Oberseite als auch einer Unterseite der Leiterplatte 8. Üblicherweise sind acht Adernpaare kontaktiert, vier an der Oberseite und vier an der Unterseite. Ein jeweiliges Adernpaar 12 definiert dabei einen Signalpfad für die Übermittlung eines differenziellen Datensignals. Vier Adernpaare bilden dabei einen Transmitterpfad und vier Adernpaare einen Empfängerpfad aus. Über den Empfängerpfad werden aus dem Datenkabel 4 kommende Datensignale in die Leiterbahnstruktur der Leiterplatte 8 eingekoppelt. Wire pairs 12 on both an upper side and a lower side of the printed circuit board 8. Usually eight wire pairs are contacted, four at the top and four at the bottom. A respective pair of wires 12 defines a signal path for the transmission of a differential data signal. Four wire pairs form a transmitter path and four wire pairs form a receiver path. Via the receiver path, data signals coming from the data cable 4 are coupled into the printed conductor structure of the printed circuit board 8.
Wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist die Leiterplatte 8 einen Aufbau mit drei Lagen 18A, B, C auf. Eine jeweilige Lage 18A, B, C ist dabei gebildet durch eine Träger- oder Substratschicht 20A, B, C, auf der jeweils Leiterbahnbereiche ausgebildet sind. Auf der obersten Lage 18A sind die Signalleiter 14 ausgebildet, sowie randseitig Massebereiche 22. Die erste Lage 18A kann daher auch als Signalleiterlage bezeichnet werden. Auf der mittleren Substratschicht 20B ist in der Mitte eine Leiterbahn aufgebracht, die eine Auskoppelleitung 24 bildet. Seitlich hierzu sind wiederum Massebereiche 22 ausgebildet. Die mittlere Lage 18B kann daher auch als Auskoppellage bezeichnet werden. Auf der untersten Substratschicht 20C ist eine vorzugsweise vollflächige leitende Beschichtung angebracht, welche eine Masseschicht und damit einen Masseleiter 26 ausbildet. Im Betrieb ist der Masseleiter 26 mit Masse- oder Grundpotential verbunden. Die unterste Lage 18C kann daher auch als Masselage bezeichnet werden. As can be seen from Fig. 2, the circuit board 8 has a structure with three layers 18A, B, C. A respective layer 18A, B, C is formed by a carrier or substrate layer 20A, B, C, on which respective conductor track regions are formed. On the uppermost layer 18A, the signal conductors 14 are formed, as well as peripheral mass regions 22. The first layer 18A may therefore also be referred to as a signal conductor layer. On the middle substrate layer 20B, a conductor track is applied in the middle, which forms a coupling-out line 24. Laterally, in turn, ground regions 22 are formed. The middle layer 18B may therefore also be referred to as a coupling-out position. On the lowermost substrate layer 20C, a preferably full-surface conductive coating is applied, which forms a ground layer and thus a ground conductor 26. In operation, the ground conductor 26 is connected to ground or ground potential. The lowermost layer 18C may therefore also be referred to as a ground layer.
Wie sehr gut aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, weisen die einzelnen Substratschichten 20A, B, C, unterschiedliche Schichtdicken d auf, wobei die Schichtdicke d der Substratschicht 20A, welche zwischen den Signalleitern 14 und der Auskoppelleitung 24 angeordnet ist, kleiner ist als die Dicke d der nachfolgenden mittlere Substratschicht 20B. Die Auskoppelleitung 24 ist daher über die Substratschicht 20A zu den Signalleitern 14 isoliert, es erfolgt keine galvanisch leitende Verbindung. Vorzugsweise weist die erste Substratschicht 20A eine Dicke d im Bereich von etwa 100 μηπ und die zweite Substratschicht 20B eine Dicke d im Bereich von beispielsweise 300 μηι auf. As can be seen very well from FIG. 2, the individual substrate layers 20A, B, C have different layer thicknesses d, the layer thickness d of the substrate layer 20A, which is arranged between the signal conductors 14 and the coupling line 24, being smaller than the thickness d of the subsequent middle substrate layer 20B. The decoupling line 24 is therefore insulated via the substrate layer 20A to the signal conductors 14, there is no galvanic connection. Preferably, the first substrate layer 20A has a thickness d in the range of about 100 μηπ and the second substrate layer 20B has a thickness d in the range of for example 300 μηι on.
Die Massebereiche 22 der unterschiedlichen Lagen 18A, 18B sind mit dem Masseleiter 26 durch eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 28 elektrisch kontaktiert. Wie insbesondere aus den Aufsichten der Fig. 3A, 3B, 3C hervorgeht, sind dabei entlang der gesamten Massebereiche 22 in Längsrichtung der Leiterplatte eine Vielzahl derartiger Durchkontaktierungen 28 ausgebildet. Die einzelnen The ground regions 22 of the different layers 18A, 18B are electrically contacted to the ground conductor 26 through a plurality of vias 28. As can be seen in particular from the plan views of FIGS. 3A, 3B, 3C, a plurality of such plated-through holes 28 are formed along the entire mass regions 22 in the longitudinal direction of the printed circuit board. The single ones
Durchkontaktierungen 28 weisen zueinander einen Abstand von lediglich wenigen mm oder darunter auf. Through holes 28 have a distance of only a few mm or less.
Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die beiden Signalleiter 14 um einen Abstand a beabstandet voneinander angeordnet. Sie weisen jeweils eine Leiterbahnbreite von typischerweise 100 bis 200 μηι und vorzugsweise von etwa 1 75 μηι auf. Der Abstand a zwischen den beiden Signalleitern ist etwas größer und liegt typischerweise bei 250 μηι. As can be seen from Fig. 2, the two signal conductors 14 are spaced apart from each other by a distance a. They each have a track width of typically 100 to 200 μηι, and preferably of about 1 75 μηι. The distance a between the two signal conductors is slightly larger and is typically 250 μηι.
Der unterhalb der Signalleiter 4 angeordnete Auskoppelleiter 24 erstreckt sich in Querrichtung Q über die beiden Signalleiter 14, wobei die Ränder des Auskoppelleiters 24 vorzugsweise mit den äußersten Rändern der beiden Signalleiter 14 fluchten. Der Auskoppelleiter 24 weist daher insgesamt eine Breite auf, die der Breite der beiden Signalleiter zuzüglich des Abstands a zwischen ihnen entspricht. Vorzugsweise liegt die Breite des Auskoppelleiters 24 im Bereich zwischen 500 und 750 μηπ, insbesondere bei 600 μηι. The arranged below the signal conductor 4 Auskoppelleiter 24 extends in the transverse direction Q via the two signal conductors 14, wherein the edges of the Auskoppelleiters 24 are preferably aligned with the outermost edges of the two signal conductors 14. The Auskoppelleiter 24 therefore has a total width, which corresponds to the width of the two signal conductors plus the distance a between them. Preferably, the width of Auskoppelleiters 24 is in the range between 500 and 750 μηπ, in particular at 600 μηι.
Die oberste Lage 18A ist noch von einer Isolationsschicht 30 überzogen, welche vorzugsweise durch einen Lötstopplack gebildet ist. The uppermost layer 18A is still covered by an insulating layer 30, which is preferably formed by a solder resist.
Die Darstellungen der Fig. 3A, 3B, 3C zeigen jeweils den gleichen Ausschnitt. Durch Übereinanderlegen der jeweiligen Darstellungen ergibt sich daher die relative Ausrichtung der einzelnen Leiterbahnbereiche der einzelnen Lagen 18A, B, C zueinander. Die ausschnittsweise Darstellungen der Fig. 3A, 3B, 3C zeigen hierbei lediglich einen Teilbereich der Leiterplatte 8, und zwar lediglich den Teilbereich der Empfängerpfade, welche mit der Auskoppelleitung 24 versehen sind. Daran schließt sich üblicherweise noch ein Leiterplattenbereich mit den Transmitterpfaden an. The illustrations of FIGS. 3A, 3B, 3C each show the same detail. By superimposing the respective representations, the relative orientation of the individual conductor track areas of the individual layers 18A, B, C relative to one another therefore results. The sectional representations of FIGS. 3A, 3B, 3C show only a partial area of the printed circuit board 8, namely only the partial area of the receiver paths which are provided with the coupling-out line 24. This is usually followed by a circuit board area with the transmitter paths.
In Fig. 3A ist eine ausschnittsweise Aufsicht auf die erste Lage 18A dargestellt. Fig. 2 zeigte lediglich eine Schnittdarstellung im Bereich eines Leiterpaars mit zwei Signalleitern 14. Fig. 3A zeigt nunmehr eine Aufsicht auf zwei derartige Leiterpaare mit insgesamt vier Signalleitern 14. Ein jeweiliges Leiterpaar ist dabei zur Übertragung eines differentiellen Signals ausgebildet. Wie gut zu erkennen ist, sind jeweils benachbarte, ein Leiterpaar bildende Signalleiter 14 durch einen Massebereich 22 getrennt, sodass ein jeweiliges Leiterpaar beidseitig von Massebereichen 22 eingeschlossen ist. FIG. 3A shows a partial plan view of the first layer 18A. Fig. 2 shows only a sectional view in the region of a pair of conductors with two signal conductors 14. Fig. 3A shows a plan view of two such pairs of conductors with a total of four signal conductors 14. A respective pair of conductors is designed to transmit a differential signal. As can be clearly seen, adjacent signal conductors 14 forming a conductor pair are separated by a ground region 22, so that a respective conductor pair is enclosed on both sides by ground regions 22.
Eine jeweilige Leiterbahn des Signalleiters 14 erstreckt sich von einem endseiti- gen Anschlusspad 32 bis zu einem gegenüberliegenden Anschlusspad 32. Die Anschlusspads 32 sind beispielsweise jeweils durch verbreiterte, gegebenenfalls zusätzlich beschichtete Leiterbahnbereiche ausgebildet. Die einzelnen Signalleiter 14 verlaufen dabei nicht exakt geradlinig sondern weisen auch schräge Leiterabschnitte 33 auf, wodurch die Gesamtlänge der Signalleiter 14 bei vorgegebener Länge der Leiterplatte 8 gegenüber einem geradlinigen Verlauf vergrößert ist. Die Gesamtlänge der Leiterplatte liegt typischerweise im Bereich von etwa 20 mm. A respective conductor track of the signal conductor 14 extends from an end-side terminal pad 32 to an opposite terminal pad 32. The terminal pads 32 are formed, for example, by widened, possibly additionally coated, conductor track areas. The individual signal conductors 14 are not exactly rectilinear but also have oblique conductor sections 33, whereby the total length of the signal conductor 14 is increased at a predetermined length of the printed circuit board 8 with respect to a rectilinear course. The overall length of the circuit board is typically in the range of about 20 mm.
Auf die oberste Lage 18A sind verschiedene elektronische Bauelemente angebracht, welche einerseits mit den Signalleitern 14 bzw. mit der Auskoppelleitung 24 und dem Masseleiter 26 verbunden sind. On the uppermost layer 18A various electronic components are mounted, which are connected on the one hand with the signal conductors 14 and with the coupling line 24 and the ground conductor 26.
So sind als erste Bauelemente DC-Trennkondensatoren 34 in einem jeweiligen Signalleiter 14 integriert. Hierzu werden entsprechende Kontaktfüße der Trennkondensatoren 34 mit entsprechenden Anschlusspads der Signalleiter 14 verbunden. Aufgrund der Baugröße dieser Bauelemente ist hierbei vorgesehen, dass der Abstand a zwischen den beiden Signalleitern 14 im Bereich dieser Trennkondensatoren 34 vergrößert ist. In diesem Bereich verbreitert sich der Abstand a durch eine Y-förmige oder trichterförmige Aufweitung der Signalleiter 14. Unmittelbar im Anschluss an die Trennkondensatoren 34 erfolgt eine hierzu symmetrische Verjüngung auf den ursprünglichen Abstand a. Thus, DC isolation capacitors 34 are integrated in a respective signal conductor 14 as the first components. For this purpose, corresponding contact feet of the isolating capacitors 34 are connected to corresponding terminal pads of the signal conductor 14. Due to the size of these components, it is provided that the distance a between the two signal conductors 14 in the region of these separating capacitors 34 is increased. In this area, the distance a widened a Y-shaped or funnel-shaped widening of the signal conductor 14. Immediately following the separating capacitors 34, a symmetrical taper occurs to the original distance a.
Weiterhin sind auf der obersten Lage 18A Dämpfungselemente 36 in Form von Ohmschen Widerständen angeordnet. Jeder Auskoppelleitung 24 sind dabei an deren gegenüberliegenden Enden jeweils ein derartiges Dämpfungselement 36 zugeordnet. Die Dämpfungselemente 36 sind also jeweils endseitig an gegenüberliegenden Enden der Auskoppelleitung 24 mit dieser elektrisch kontaktiert. Furthermore, on the uppermost layer 18A damping elements 36 are arranged in the form of ohmic resistors. Each decoupling line 24 are assigned at the opposite ends in each case such a damping element 36. The damping elements 36 are thus each end electrically contacted at opposite ends of the coupling line 24 with this.
Auch bei diesen Bauteilen 36 ist der Abstand a zwischen den Signalleitern 14 verbreitert. Das Dämpfungselement 36 ist dadurch zwischen den Signalleitern 14 eines jeweiligen Leiterpaares symmetrisch aufgenommen. Even with these components 36, the distance a between the signal conductors 14 is widened. The damping element 36 is thereby received symmetrically between the signal conductors 14 of a respective pair of conductors.
Das Dämpfungselement 36 weist jeweils zwei Anschlussbereiche auf, die in Längsrichtung voneinander beabstandet sind. Um nunmehr eine möglichst große Koppelstrecke und damit eine möglichst große Länge der Auskoppelleitung 24 bis zum Anschluss der Dämpfungselemente 36 zu ermöglichen, ist der jeweils außen liegende Anschlussbereich des Dämpfungselements 36 mit der Auskoppelleitung 24 elektrisch kontaktiert. Hierzu ist ein Durchbruch oder eine Durchkontaktierung 28 in der obersten Substratschicht 20A ausgebildet, um das Dämpfungselement 36 mit der darunter liegenden Auskoppelleitung 24 zu kontaktieren. The damping element 36 in each case has two connection regions, which are spaced apart in the longitudinal direction. In order to now allow the largest possible coupling distance and thus the largest possible length of the coupling line 24 to the connection of the damping elements 36, the respective outer terminal region of the damping element 36 is electrically contacted with the coupling line 24. For this purpose, an opening or through-connection 28 is formed in the uppermost substrate layer 20A in order to contact the damping element 36 with the underlying coupling-out line 24.
Der nach innen zur Leiterplattenmitte gerichtete Anschlussbereich ist demgegenüber mit dem Masseleiter 26 der untersten Lage 18C mithilfe einer In contrast, the connection area directed inwards toward the center of the printed circuit board is connected to the ground conductor 26 of the lowermost layer 18C by means of a
Durchkontaktierung 28 kontaktiert. Through contact 28 contacted.
Wie insbesondere aus der Fig. 3B zu entnehmen ist, ist hierzu in der Auskoppelleitung 24 ein Durchbruch 38 ausgebildet, durch den die Durchkontaktierung 28 hindurchgeführt ist. Im Bereich der Dämpfungselemente 36 weist die Auskoppelleitung eine verbreiterte Leiterbahnbreite auf, sodass ausreichend Platz zum einen für die elektrische Kontaktierung und zum anderen auch für die Ausgestaltung des Durchbruchs 38 ist. Wie weiterhin anhand der Aufsicht der Fig. 3B zu erkennen ist, weist die jeweilige Auskoppelleitung 24 im Bereich der Trennkondensatoren 34 eine nach Art einer Einschnürung ausgebildete Verjüngung 40 auf. Im Bereich dieser Verjüngung 40 ist die Leiterbahnbreite reduziert. In den Fig. 3B sowie 3C sind die elektronischen Bauteile 34, 36 zur besseren Übersichtlichkeit nochmals dargestellt. Ihre physikalische Anordnung ist jedoch lediglich auf der obersten Substratschicht 20A. As can be seen in particular from FIG. 3B, an opening 38 for this purpose is formed in the decoupling line 24, through which the plated-through hole 28 is passed. In the region of the damping elements 36, the decoupling line has a widened conductor track width, so that sufficient space is available for the electrical contacting and for the configuration of the aperture 38. As can further be seen from the plan view of FIG. 3B, the respective output coupling line 24 in the region of the isolating capacitors 34 has a narrowing 40 formed in the manner of a constriction. In the region of this taper 40, the track width is reduced. In FIGS. 3B and 3C, the electronic components 34, 36 are shown again for better clarity. However, their physical arrangement is only on the uppermost substrate layer 20A.
Wie hieraus zu entnehmen ist, folgt der Verlauf der Auskoppelleitung 24 exakt dem Verlauf der Signalleiter 14. Die Auskoppelleitung 24 verläuft daher parallel zu den Signalleitern und folgt deren Verlauf. Lediglich in den Übergangsbereichen, wo der Abstand a der beiden Signalleiter 8 aufgrund der Anordnung der Bauelemente variiert, insbesondere bei den Trennkondensatoren 34, wird von dem streng parallelen Verlauf abgewichen. Allerdings ist die Auskoppelleitung 24 streng symmetrisch und zwar an jeder Längenposition zu den beiden Signalleitern 14 ausgebildet. In einer Querschnittsebene betrachtet weist daher die Auskoppelleitung 24 zu den beiden Signalleitern 14 jeweils den gleichen Abstand auf. Wie aus der Fig. 3B weiterhin zu entnehmen ist, folgen auch die Massebereiche 22 dem Verlauf der Signalleiter 14, sodass insgesamt eine hochsymmetrische Ausgestaltung des Leiterbahn-Layouts erreicht ist. As can be seen from this, the profile of the coupling-out line 24 follows exactly the profile of the signal conductors 14. The coupling-out line 24 therefore runs parallel to the signal conductors and follows their course. Only in the transition areas, where the distance a of the two signal conductors 8 varies due to the arrangement of the components, in particular in the isolating capacitors 34, deviates from the strictly parallel course. However, the decoupling line 24 is strictly symmetrical and that is formed at each length position to the two signal conductors 14. Therefore, viewed in a cross-sectional plane, the decoupling line 24 to the two signal conductors 14 each have the same distance. As can also be seen from FIG. 3B, the ground regions 22 also follow the course of the signal conductors 14, so that overall a highly symmetrical configuration of the printed conductor layout is achieved.
Anhand der Fig. 3C ist schließlich gut zu erkennen, dass der Masseleiter 26 als eine großflächige Masseebene ausgebildet ist, die zumindest einen Großteil der Leiterplattenfläche überdeckt. Finally, it can be clearly seen from FIG. 3C that the ground conductor 26 is formed as a large-scale ground plane which covers at least a large part of the printed circuit board surface.
Im Betrieb bei angeschlossenem Datenkabel 4 und einer Highspeed-Datenübertragung wird über jedes Leiterpaar ein differentielles Datensignal SD übertragen. Beispielsweise aufgrund der eingangs beschriebenen, als längsgefaltete Folie ausgebildete Paarschirmung 1 6, sind auch so genannte Gleichtaktsignale Sc enthalten, die für die eigentliche Signalübertragung unerwünscht sind. Diese Signalanteile werden in die Signalleiter 14 ebenfalls mit eingekoppelt. Durch die spezielle Struktur und den speziellen hier beschriebenen Aufbau erfolgt selektiv, nach Art eines Richtkopplers, die Auskopplung zumindest eines Teilbereichs der Gleich- takt-Signalanteile Sc in die Auskoppelleitung 24. Die Energie dieser ausgekoppelten Signalanteile wird in den Dämpfungselementen 36 verbraucht. Die Auskoppelstruktur mit der Auskoppelleitung 24 und den Dämpfungselementen 36 bildet daher quasi einen Sumpf für die unerwünschten Signalanteile und führt dadurch insgesamt zu einer verbesserten Signalübertragung. In operation with connected data cable 4 and a high-speed data transmission, a differential data signal SD is transmitted via each pair of conductors. For example, due to the above-described, as a longitudinally folded film formed pair shielding 1 6, so-called common-mode signals Sc are included, which are undesirable for the actual signal transmission. These signal components are likewise coupled into the signal conductors 14. Due to the special structure and the specific structure described here, the coupling out of at least one subarea of the equalization takes place selectively, in the manner of a directional coupler. Clock signal components Sc in the decoupling line 24. The energy of these decoupled signal components is consumed in the damping elements 36. The decoupling structure with the decoupling line 24 and the damping elements 36 therefore forms quasi a swamp for the unwanted signal components and thereby leads to an overall improved signal transmission.
Der Graph gemäß der Fig. 4 zeigt beispielhaft einen modellierten Verlauf von unterschiedlichen Größen. Die Ergebnisse gehen dabei von folgendem Messaufbau aus: The graph according to FIG. 4 shows by way of example a modeled course of different sizes. The results are based on the following measurement setup:
Die Dicke d der obersten Substratschicht 20 A liegt bei 100 μηπ, die Dicke d der mittleren Substratschicht 20B bei 300 μηι. Die oberste Substratschicht 20A weist eine Dielektrizitätszahl εΓ von etwa 3,4 auf. Als Dämpfungselemente wurden Ohm- sche Widerstände mit einem Widerstandswert von 22 Ohm eingesetzt. Die Trennkondensatoren 34 weisen eine Nennkapazität von 100 nF auf. The thickness d of the uppermost substrate layer 20 A is 100 μηπ, the thickness d of the central substrate layer 20B at 300 μηι. The uppermost substrate layer 20A has a relative permittivity ε Γ of about 3.4. Ohmic resistors with a resistance of 22 ohms were used as damping elements. The separation capacitors 34 have a nominal capacity of 100 nF.
Ermittelt wurde gemäß Fig. 4 jeweils der Verlauf der Dämpfung der differenziellen Signalanteile SD gegenüber der Frequenz, der Verlauf der Gleichtakt-Signalanteile Sc gegenüber der Frequenz sowie die so genannte Modenkonversion M gegenüber der Frequenz. Dabei wurde weiterhin von einem Gleichtakt-Wellenwiderstand von 50 Ohm ausgegangen. Unter Modenkonversion wird allgemein die Umwandlung von differenziellen Signalanteilen SD in Gleichtaktsignalanteile Sc und umgekehrt verstanden. Eine derartige Modenkonversion ist grundsätzlich unerwünscht. In each case, the course of the attenuation of the differential signal components S D with respect to the frequency, the profile of the common-mode signal components Sc with respect to the frequency, and the so-called mode conversion M with respect to the frequency were determined. It was assumed that a common-mode characteristic impedance of 50 ohms. By mode conversion is generally understood the conversion of differential signal components S D into common-mode signal components S c and vice versa. Such a mode conversion is basically undesirable.
Auf der linken y-Achse sind dabei die Dämpfungswerte in die dB für den differenziellen Signalanteil SD sowie der Gleichtakt-Signalanteile Sc dargestellt. Auf der rechten y-Achse sind dagegen die Dämpfungswerte dB für die Modenkonversion dargestellt. The attenuation values in the dB for the differential signal component SD and the common-mode signal components Sc are shown on the left y-axis. On the right y-axis, on the other hand, the attenuation values dB are shown for mode conversion.
Wie gut zu erkennen ist, erfolgt über das gesamte Frequenzspektrum von 0 bis 30 GHz eine nur geringe Dämpfung des eigentlich interessierenden differenziellen Signalanteils SD- Die Dämpfung nimmt mit zunehmender Frequenz zu und erreicht bei etwa 25 GHz etwa -1 dB. As can be clearly seen, over the entire frequency spectrum from 0 to 30 GHz there is only a slight attenuation of the actually interesting differential Signal component SD- The attenuation increases with increasing frequency and reaches about -1 dB at about 25 GHz.
Im Unterschied hierzu ist eine sehr starke Dämpfung des Gleichtakt-Signalanteils Sc erkennbar, welches mehrere Maxima zeigt. Bei dem hier gewählten Aufbau mit einer Länge der Auskoppelleitung 24 von insbesondere etwa 14 mm wird bei etwa 3 GHz ein lokales Dämpfungsmaximum von etwa -3,2 dB erreicht. Der Gleichtakt- Signalanteil Sc weist weitere lokale Dämpfungsmaxima bei etwa 6 GHz und 10 GHz auf. In contrast, a very strong attenuation of the common mode signal component Sc can be seen, which shows several maxima. In the structure chosen here, with a length of the coupling-out line 24 of in particular approximately 14 mm, a local attenuation maximum of approximately -3.2 dB is achieved at approximately 3 GHz. The common-mode signal component S c has further local attenuation maxima at approximately 6 GHz and 10 GHz.
Insgesamt wird daher durch den hier beschriebenen Leiterplattenaufbau mit der Auskoppelstruktur eine effektive Dämpfung des unerwünschten Gleichtakt- Signalanteils Sc erreicht. Entscheidend ist hierbei, dass die ankommenden Gleichtaktanteile nicht reflektiert, sondern durch die Auskoppelstruktur auch absorbiert werden. Weitere Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass sich dieser Aufbau auch durch ein sehr gutes Anpassungsverhältnis auszeichnet, also einer nur geringen Reflektion der Gleichtakt-Signalanteile Sc zurück in das angeschlossene Datenkabel 4. Entscheidend ist, dass die Signalanteile Sc absorbiert werden. Dies ist vorliegend insbesondere für Frequenzbereiche zwischen 1 und 5 GHz, insbesondere im Bereich von etwa 3 GHz, besonders wirksam erzielt. Die hier beschriebene Leiterplatte 8 wird insbesondere in einem so genannten QSFP- Stecker als so genannte QSFP-Paddle-Card eingebaut. Overall, an effective damping of the unwanted common-mode signal component Sc is therefore achieved by the printed circuit board construction described here with the coupling-out structure. The decisive factor here is that the incoming common-mode components are not reflected but are also absorbed by the coupling-out structure. Further studies have also shown that this structure is also characterized by a very good adaptation ratio, ie only a small reflection of the common-mode signal components Sc back into the connected data cable 4. It is crucial that the signal components S c are absorbed. In the present case, this is achieved particularly effectively for frequency ranges between 1 and 5 GHz, in particular in the range of approximately 3 GHz. The printed circuit board 8 described here is installed in particular in a so-called QSFP plug as a so-called QSFP paddle card.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Stecker 2 plugs
Datenkabel  data cable
6 Steckergehäuse  6 connector housing
8 Leiterplatte  8 circuit board
10 Mantel  10 coat
12 Adernpaar  12 pairs of wires
14 Signalleiter  14 signal conductors
1 6 Paarschirmung  1 6 pair shielding
18A, B, C Lage  18A, B, C position
20A, B, C Substratschicht  20A, B, C substrate layer
22 Massebereich  22 mass range
24 Auskoppelleitung  24 output line
26 Masseleiter  26 ground conductors
28 Durchkontaktierung  28 via
30 Isolationsschicht  30 insulation layer
32 Anschlusspad  32 connection pad
33 schräge Leiterabschnitte  33 inclined conductor sections
34 Trennkondensator  34 separating capacitor
36 Dämpfungselement 36 damping element
38 Durchbruch 38 breakthrough
40 Verjüngung d Schichtdicke  40 rejuvenation d layer thickness
a Abstand a distance
SD differenzieller Signalanteil S D differential signal component
Sc Gleichtakt-Signalanteil  Sc common mode signal component
M Modenkonversion  M mode conversion
L Längsrichtung  L longitudinal direction
Q Querrichtung  Q transverse direction

Claims

Ansprüche Vorrichtung zur Signalübertragung von differentiellen Datensignalen umfassend eine Leiterplatte (8) mit einem Leiterpaar mit zwei Signalleiter (14) zur Übertragung des differentiellen Datensignals (SD), dadurch gekennzeichnet, dass dem Leiterpaar eine zum Leiterpaar isolierte Auskoppelleitung (24) zugeordnet ist, welche symmetrisch und unterbrechungsfrei zu den Signalleitern (14) verläuft und welche über zumindest ein Dämpfungselement (36) mit einem Masseleiter (26) verbunden ist, derart, dass im Betrieb ein Gleichtakt- Signalanteil (Sc) zumindest teilweise in die Auskoppelleitung (24) ausgekoppelt und gedämpft wird. Claims Device for signal transmission of differential data signals comprising a circuit board (8) with a pair of conductors with two signal conductors (14) for transmitting the differential data signal (SD), characterized in that the pair of conductors is assigned a decoupling line (24) which is insulated from the conductor pair and which is symmetrical and runs uninterrupted to the signal conductors (14) and which is connected to a ground conductor (26) via at least one damping element (36), such that during operation a common mode signal component (Sc) is at least partially coupled out into the output line (24) and dampened becomes.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, Device according to the preceding claim,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Auskoppelleitung (24) über ihre gesamte Länge an jeder Längenposition symmetrisch zu den Signalleitern (14) angeordnet ist. that the decoupling line (24) is arranged symmetrically to the signal conductors (14) at every length position over its entire length.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Signalleiter (14) zueinander einen Abstand (a) aufweisen, welcher im Bereich des Dämpfungselements (36) vergrößert ist, so dass das Dämpfungselement (36) symmetrisch zwischen den Signalleitern (14) angeordnet ist. that the signal conductors (14) have a distance (a) from one another, which is increased in the area of the damping element (36), so that the damping element (36) is arranged symmetrically between the signal conductors (14).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in die Signalleiter (14) jeweils ein Bauelement geschaltet ist, insbesondere ein Trennkondensator (34) und dass ein Abstand (a) der Signalleiter (14) im Bereich der Bauelemente vergrößert ist und / oder die Auskoppelleitung (24) im Bereich der Bauelemente eine Verjüngung (40) aufweist. that a component is connected in each of the signal conductors (14), in particular an isolating capacitor (34) and that a distance (a) between the signal conductors (14) is enlarged in the area of the components and / or the output line (24) has a taper (40) in the area of the components.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Leiterplatte (8) mehrere Lagen (18A, B, C) aufweist, von denen zumindest eine als eine Masselage (18C) mit dem Masseleiter (26) ausgebildet ist und dass das Dämpfungselement (36) über eine Durchkontaktierung (28) mit dem Masseleiter (26) verbunden ist. that the circuit board (8) has several layers (18A, B, C), at least one of which is designed as a ground layer (18C) with the ground conductor (26) and that the damping element (36) is connected to the via a through-hole (28). Ground conductor (26) is connected.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, Device according to the preceding claim,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Dämpfungselement (36) an einem äußeren Bereich der Auskoppelleitung (24) mit dieser verbunden ist und dass nach innen beabstandet hiervon das Dämpfungselement (36) mit dem Masseleiter (26) verbunden ist und hierzu in der Auskoppelleitung (24) ein Durchbruch (38) für die Verbindung zum Masseleiter (26) ausgebildet ist. that the damping element (36) is connected to an outer region of the decoupling line (24) and that the damping element (36) is connected to the ground conductor (26) spaced inwards therefrom and for this purpose there is an opening (38) in the decoupling line (24). ) is designed for the connection to the ground conductor (26).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das zumindest eine Dämpfungselement (36) endseitig, vorzugsweise beidendseitig an der Auskoppelleitung (24) kontaktiert ist. that the at least one damping element (36) is contacted at the ends, preferably at both ends, of the decoupling line (24).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass es sich bei dem Dämpfungselement (36) um einen ohmschen Widerstand handelt. that the damping element (36) is an ohmic resistance.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Leiterplatte (8) mehrere Lagen (18A, B, C) aufweist und dass die Signalleiter (14) und die Auskoppelleitung (24) in verschiedenen Lagen (18A, 18B) ausgebildet sind. that the circuit board (8) has several layers (18A, B, C) and that the signal conductors (14) and the output line (24) are formed in different layers (18A, 18B).
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 10. Device according to one of the preceding claims, characterized,
dass die Auskoppelleitung (24) in Querrichtung betrachtet sich über beide Signalleiter (14) erstreckt. that the decoupling line (24), viewed in the transverse direction, extends over both signal conductors (14).
1 1 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 1 1 . Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Signalleiter (14) sich nicht geradlinig erstrecken. that the signal conductors (14) do not extend in a straight line.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Länge der Auskoppelleitung (24) in Abhängigkeit eines vorgegebenen Frequenzbandes gewählt wird, innerhalb dessen die unerwünschten Gleichtakt-Signalanteile ausgekoppelt werden sollen, wobei die Länge insbesondere derart gewählt ist, dass im Bereich zwischen 1 bis 5 GHz ein Dämpfungsmaximum liegt. that the length of the decoupling line (24) is selected depending on a predetermined frequency band within which the unwanted common-mode signal components are to be decoupled, the length being selected in particular such that an attenuation maximum lies in the range between 1 to 5 GHz.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass an der Auskoppelleitung (24) ein Anschlusspad (32) ausgebildet ist, über das das Dämpfungselement (36) kontaktiert ist. in that a connection pad (32) is formed on the decoupling line (24), via which the damping element (36) is contacted.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Leiterplatte (8) mehrlagig aufgebaut ist mit folgendem Schichtaufbau: Substratschicht (18C) mit Masseleiter (26) -Substratschicht (18B) mit Auskoppelleitung (24) -Substratschicht (18A) mit Signalleiter (14) und vorzugsweise mit Dämpfungselementen (36) und ggf. mit äußererer Isolationsschicht (30). that the circuit board (8) is constructed in multiple layers with the following layer structure: substrate layer (18C) with ground conductor (26) -substrate layer (18B) with output line (24) -substrate layer (18A) with signal conductor (14) and preferably with damping elements (36) and if necessary with an outer insulation layer (30).
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Device according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Leiterplatte (8) in einem Steckergehäuse (6) eines Steckers (2) angeordnet ist und die Leiterplatte (8) insbesondere als eine Steckplatine ausgebildet ist, deren eines Ende eine freie Steckkontaktzunge ausbildet. that the circuit board (8) is arranged in a plug housing (6) of a plug (2) and the circuit board (8) is designed in particular as a plug-in board, one end of which forms a free plug-in contact tongue.
6. Verfahren zur Signalübertragung von differentiellen Datensignalen (SD) insbesondere mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über einen ersten Signalleiter (14) ein Datensignal und über einen zweiten Signalleiter (14) ein hierzu invertiertes Signal übermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, 6. Method for signal transmission of differential data signals (SD), in particular with the aid of a device according to one of the preceding claims, wherein a data signal is transmitted via a first signal conductor (14) and an inverted signal is transmitted via a second signal conductor (14), characterized in that
dass ergänzend zu den beiden Signalleitern (14) ein zu den Signalleitern (14) isolierter Auskoppelleiter (24) ausgebildet ist, in den unerwünschte Gleichtaktsignale (Sc) ausgekoppelt und gedämpft werden. that in addition to the two signal conductors (14), an outcoupling conductor (24) is formed which is insulated from the signal conductors (14), in which undesirable common mode signals (Sc) are coupled out and attenuated.
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