JP2002261420A - 相互接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 差動バスの利用を可能にし、電子装置用のコ
ネクタ及びケーブルを、基板上に都合良くかつ効率良く
配置できるような回路基板構成を提供する。 【解決手段】 上面と底面を備えた回路基板と、上面又
は上面内部及び底面又は底面内部において、コネクタ・
トレース・フィールドに接続されている複数のピンを含
むコネクタと、コネクタ・トレース・フィールドとサイ
ズ及び構成が実質的に同じである上部及び底部バイア・
フィールドを含み、基板面又は基板内部においてコネク
タの間に配置されていて、基板を貫通して上部及び底部
バイア・フィールドを相互接続するバイア・コネクタを
含んでいるバイア・トレース・フィールドと、基板の上
面又は上面内部及び基板の底面又は底面内部にあって、
コネクタ・フィールドとバイア・フィールドとを相互接
続する複数の底部差動バス・トレース対とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概してディスク・
ドライブ及びプロセッサのようなコンピュータ装置等の
周辺装置の支持及び相互接続に役立つ回路基板の改良に
関し、詳細には、電子装置間の高速信号転送を可能にす
るための差動バス及び特殊バイア・フィールドを含む多
層化回路基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のコンピュータ・システムでは、高
速デジタル・バスを利用してディスク・ドライブやプロ
セッサのような高性能コンピュータ装置等の周辺装置を
接続する。一般にこれらのバスには、複数の並列導電性
ワイヤ又はトレースが含まれている。バス・ワイヤはプ
リント回路基板上に配置されているのが典型的だが、こ
のプリント回路基板は、非導電性コア材料によってバス
・ワイヤの内部又は外部トレースを隔離することも可能
である。各ワイヤ又はトレースの終端に設けられている
能動終端負荷が、トレースの特性インピーダンスを整合
させている。これらの負荷には負荷抵抗器が含まれる
が、電圧源又は電流源を含むことも可能である。

【０００３】周辺装置は、ワイヤ・スタブによってバス
の中間部分のトレースに接続される。ワイヤ・スタブ
は、バスを横切って延びており、横方向に配置された装
置を並列に電気接続する。スタブはバスを横断している
ので、コンピュータ・システムのバスを介して伝送され
るデータに、スタブによって信号の摂動及び人為的ノイ
ズが混入する。

【０００４】スタブを用いると、回路基板レイアウトの
設計に他の問題も生じる。周辺装置は、プリント回路基
板に実装されたコネクタ又はソケットにプラグで接続さ
れるのが一般的である。スタブ又は他の接続トレース
は、コネクタのピンからバスまで延びている。コンピュ
ータ・システムの複雑性が増すにつれて、バスに接続し
なければならない装置の数も増大する。しかし、基板に
実装し、バスに相互接続する装置の数が増すと、基板の
回路レイアウトはますます実現が困難になる。装置間の
長い並列トレースは、トレースの固有インピーダンスを
維持し、クロストークを最小限に抑え、回路基板のスペ
ースを最小限にとどめ、トレース長を等しくし、利用す
る基板層を最少にするように経路指定しなければならな
い。結果として、必要な全ての装置を相互接続できるよ
うに、コンピュータ・システムの性能が妥協される。

【０００５】装置の相互接続用のバスは、シングル・エ
ンド設計又は差動設計を用いる。シングル・エンド・バ
スは、全ての導体に共通した接地面から間隔をあけ絶縁
された複数の単一導体から構成される回路に依拠する。
このシングル・エンド・バスは、比較的実現が容易であ
るが、データ転送速度がかなり制限され、隣接チャネル
のノイズ干渉も受けやすい。

【０００６】対照的に、差動バスは、一定の間隔をあけ
て配置され、接地面から絶縁された１対の導体又はトレ
ース対を利用する。絶縁誘電体及び接地面と連係するこ
とで、２つの導体間の所定の間隔は迅速で効率のよいデ
ジタル・データ転送のための制御インピーダンス層とな
る。導体は両方とも常に接地面より電気的に上位にあ
る。トレース対の各端部毎に送信器及び受信器を用い
て、それらの間の所定の信号差の符号化及び復号化が行
われる。従って、差動バスは、シングル・エンド・バス
と比較した場合、データ転送速度が上がり、ノイズに対
するイミュニティ（耐性）が向上する、という利点が得
られる。しかし、差動バスは、２本のトレースを必要と
するので、回路基板レイアウト及び設計に関する自由度
が制約される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題に鑑みて、
本発明は、差動バスの利用を可能にし、電子装置用のコ
ネクタ及びケーブルを基板上に都合良くかつ効率良く配
置できるような回路基板構成を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の相互接続装置で
は、取り付けられた２つ以上の周辺装置を電気的に相互
接続するために、４層プリント回路基板が用いられてい
る。これらの装置には、ディスク・ドライブ、プロセッ
サ及び外部ケーブルなどが含まれる。これらの装置は、
それぞれ４行２０列のＳＣＳＩディスク・ドライブ・コ
ネクタのような一般的な装置コネクタにプラグで接続す
る。コネクタは、必要な場合回路基板のいずれかの側に
配置され、例えば、一方のエッジに沿って一列に配置す
ることや、基板の両エッジに配置することも可能であ
る。

【０００９】各コネクタには、差動バスに接続するため
の少なくとも１つのコネクタ・トレース・フィールドが
含まれている。コネクタから２つのコネクタに接続すべ
き場合には、コネクタに２つのコネクタ・トレース・フ
ィールドが含まれる。コネクタ・トレース・フィールド
によって、コネクタ・ピンとバスとの間で信号伝送が可
能になる。差動バスは、隣接した周辺装置間に延びる複
数の導体トレース対から構成される。第１の長さの差動
バスは、基板の上部側に位置し、第２の長さの差動バス
は、基板の底部側に位置している。

【００１０】第１の長さのバスと第２の長さのバスとを
相互接続するため、バイア・トレース・フィールドが設
けられている。バイア・トレース・フィールドは、上部
バイア・トレース・フィールドと底部バイア・トレース
・フィールドとで構成される。これらのバイア・トレー
ス・フィールドは、構成及びサイズが導体トレース・フ
ィールドとほぼ同じである。回路基板を貫通する経路を
形成するバイアによって、上部バイア・トレース・フィ
ールドと底部バイア・トレース・フィールドとが相互接
続されている。

【００１１】バイア・トレース・フィールドには、各差
動バスにおけるトレース対の全長を等しくするため、若
干の波形を取り入れることも可能である。バイア・トレ
ース・フィールドは、トレース対グループのトレース、
又は導体の配列を反転することでトレース間の誘導電流
が相殺され、それらの間のクロストークが最小限に抑え
られるようにするためにも選択的に利用される。このト
レース配列の反転をコネクタ・トレース・フィールドに
も用いて、クロストークを最小限に抑えることができ
る。

【００１２】バイア・トレース・フィールドは、同一線
上に配置された装置に対して平行になるように又は平行
な装置若しくはコネクタに対して直交するように、設置
できる。側方にオフセットしたピン接続グループをコネ
クタが備えている場合には、バイア・トレース・フィー
ルドにオフセットしたバイア・グループを含めること
で、トレース長が等しくなるようにできる。これらの直
交に設置されたバイア・トレース・フィールドは、バス
の長さを等しくし、バス内のトレースの導体配列を反転
して、周辺装置間の信号転送の完全性を確保する機能も
備えている。

【００１３】理想的なマイクロストリップ構成の場合
は、トレース対は基板の外側層に位置し、トレース対の
各対毎の接地面は基板内に埋め込まれる。対照的に、本
願明細書に開示のストリップ線路構成の場合、トレース
対が基板内に埋め込まれ、外側基板表面が接地面にな
る。

【００１４】本発明の実施の形態について図面を参照し
て説明する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１には、周辺装置１２及び１３
を支持し、相互接続するように設計された装置１１の最
も基本的な形態が示されている。分かりやすくするため
装置１２及び１３は破線で輪郭のみ示されており、それ
ぞれ、第１の装置コネクタ１４及び第２の装置コネクタ
１６に被さり、プラグで接続されている。装置１２及び
１３は、ディスク・ドライブやプロセッサのような任意
の周辺装置である。

【００１６】コネクタ１４及び１６は、用途に適した任
意の形状とすることが可能であるが、この形態の場合、
コネクタは、高さ４行幅２０列のピン接続アレイを有す
る着脱可能なＷＩＤＥ ＳＣＳＩディスク・ドライブ・
コネクタである。細長いコネクタが４層回路基板１７の
一方のエッジに沿って軸を揃えて取り付けられている。
留意すべきは、コネクタは、本明細書でさらに詳述する
ように、並列に構成することも可能であるという点であ
る。さらに、コネクタは、必要に応じて周辺装置又はケ
ーブル接続に利用できる。

【００１７】図５には、当業界においてマイクロストリ
ップ構成として知られる回路基板１７が詳細な断面図で
示されている。基板１７は、熱活性化接着特性を備える
「プリプレグ」すなわち、予備含浸誘電体材料から造ら
れた上部側１８と底部側１９とを備えている。上部差動
トレース対２１には、個別上部トレース２２及び２３が
含まれており、両方とも上部側１８に間隔をあけて配置
されている。上部側１８のすぐ下方には、導電性接地面
２４がある。上部側１８及び接地面２４の上に乗ってい
る間隔をあけた上部トレース２２及び２３の組み合わせ
は、デジタル信号を伝送するための制御インピーダンス
層を構成している。基板１７の中心には同様に誘電体材
料から造られたコア２５が設けられている。この構成要
素の基本的組み合わせは、本発明の装置１１全体を相互
接続するために用いられる差動バスの構造単位である。

【００１８】回路基板のもう一方の側には、別個の底部
トレース２７及び２８を含む底部差動トレース対２６が
設けられている。底部側１９のすぐ上方には、導電性接
地面２９がある。これらの構成によって、回路基板１７
の底部側において差動バスの相互接続を施すために用い
られる制御インピーダンス層が形成される。

【００１９】図１を参照すると、第１のコネクタ・トレ
ース・フィールド３１が、コネクタ１４に相互接続さ
れ、第２のコネクタ・トレース・フィールド３２が、コ
ネクタ１６に相互接続されている。コネクタ・トレース
・フィールド３１には、「負」ピン３３及び「正」ピン
３４に接続される複数の上部トレース対２１が含まれて
いる。図７の左側の負符号及び正符号は特定のピン行の
極性を識別するためのものである。ピンから延びるそれ
ぞれのトレース・ラインに対するピン極性表示を参照す
ることで、後述する導体又はトレース配列の反転に関す
る説明がより明確になる。便宜上、ピン接続配列の表示
「Ａ」は、左側のトレースが「負」ピン接続で、右側の
トレースが「正」ピン接続に相当する。さらに、ピン接
続配列の表示「Ｂ」は、左側のトレースが「正」ピン接
続で、右側のトレースが「負」ピン接続に相当する。従
って、第１のコネクタ・トレース・フィールド３１で
は、ＡＡＢＢの繰り返し導体配列パターンを示す。

【００２０】図８には、第２のコネクタ・トレース・フ
ィールド３２に関する異なる導体配列パターンが示され
ている。コネクタ・トレース・フィールド３２は、回路
基板１７の底部側１９に配置されているので、図１及び
図８では、コネクタ・トレース・フィールド３２のトレ
ース対は破線で示されている。図７に示すように、コネ
クタ・ピン３３及び３４は、それぞれ、負及び正と表示
されている。コネクタ・トレース・フィールド３２の左
上から右に辿ると、ＡＢＢＡパターンの導体配列パター
ンが用いられているのが分かる。

【００２１】第１のコネクタ１４と第２のコネクタ１６
との間には、バイア・トレース・フィールド３６が挿入
されている。バイア・トレース・フィールド３６の主機
能の１つは、２つの長さの差動バスの間で「フォルド・
オーバ（ｆｏｌｄ−ｏｖｅｒ）」を実施することであ
る。「フォルド・オーバ」とは、隣接装置間のピン接続
が適正になり、対称をなすようにバス内のトレース対の
向きを是正することを表している。図１に示す応用例の
場合、バイア・トレース・フィールド３６は、同一線上
に位置するように揃えられたコネクタ１４及び１６の軸
に対して平行に設置される。後述するように、相互接続
すべきコネクタの位置及び配向に従って、バイア・トレ
ース・フィールドを他の向きにして利用することも可能
である。さらに、バイア・トレース・フィールド３６
が、コネクタ１４と１６との中間に正確に位置すること
も望ましい。この配置によって、上部差動トレース対２
１と底部差動トレース対２６とがそれぞれ同じ長さにな
り、本質的にお互いがミラー・イメージ（鏡像）とな
る。

【００２２】図９及び図１０には、バイア・トレース・
フィールド３６がさらに詳細に示されている。バイア・
トレース・フィールド３６には、上部バイア・トレース
・フィールド３７と底部バイア・トレース・フィールド
３８とが含まれている。上部及び底部バイア・トレース
・フィールド３６及び３７のトレース対は、それぞれ一
方の端部がバイア・コネクタ３９に接続されている。上
部バイア・トレース・フィールド３７は、ＡＡＢＢ導体
配列パターンを利用してバイア・コネクタ３９に接続さ
れている。これは、第１のコネクタ・トレース・フィー
ルド３１によって利用されているのと同じ導体配列パタ
ーンである。底部バイア・トレース・フィールド３８
は、ＡＢＢＡ導体配列パターンを利用してバイア・コネ
クタ３９に接続されている。これは、第２のコネクタ・
トレース・フィールド３２によって利用されているのと
同じ導体配列パターンである。２７対のバイア・コネク
タ３９が、回路基板１７を貫通し、上部バイア・トレー
ス・フィールドと底部バイア・トレース・フィールドと
の間に伝送経路を形成している。従って、バイア・トレ
ース・フィールド３６によって、トレース対における異
なる導体配列パターンの実施が可能になり、同時に、差
動バスは「フォルド・オーバ」を施されている。

【００２３】上部及び底部バイア・トレース・フィール
ド３７及び３８は、サイズ及び構成が第１及び第２のコ
ネクタ・トレース・フィールド３１及び３２とほぼ同じ
である。さらに、コネクタ１４及び１６における負ピン
３３及び正ピン３４の構成は、バイア・コネクタ３９の
数及びパターンを厳密に反映している。トレース・フィ
ールド構成並びにピン及びバイア配列がこのようにほぼ
対称をなすことによって、コネクタ間を通る差動バス
に、均一的かつ相補的な変換が施される。しかし、図１
０におけるトレース・フィールドの細部を厳密に検討す
ると、各トレースの全長を調整できるように、トレース
配線に小さな波形を加えることができる点に留意すべき
である。このように、バイア・トレース・フィールドを
通るトレース配線を選択的に指定する第１のメカニズム
によって、バスのトレース配線の全長を等しくできる。

【００２４】第１のバス長４１を構成する複数の上部差
動トレース対２１が、基板１７の上部側１８において、
第１のコネクタ・トレース・フィールド３１と上部バイ
ア・トレース・フィールド３７との間に延びている。コ
ネクタ１４とバイア・トレース・フィールド３６との間
において、第１のバス長４１は、第１の経路で右上方に
曲がり、次に、第２の経路で水平方向の右へと延び、最
後に、第３の経路で再び右上方に曲がる。同様に、第２
のバス長４２を構成する複数の底部差動トレース対２６
が、基板の底部側１９において、第２のコネクタ・トレ
ース・フィールド３２と底部バイア・トレース・フィー
ルド３８との間に延びている。第２のバス長は、第１の
セグメントで左上方に曲がり、次に、第２のセグメント
で水平方向の左へと延び、最後に、第３セグメントで再
び左上方に曲がる。

【００２５】第１と第２の長さのバスが、互いに上方又
は下方で交差する場合、これらは互いに直交している
（図１及び図９を参照）。こうした配向によれば、上部
トレースと底部トレースとにより生じる磁界が互いに直
交するので、本質的にチャネル間のクロストークが低減
する。さらに、この配向によって、トレースに関する近
位クロスオーバ領域が減少し、上部トレースと底部トレ
ースとの間における容量結合が最小限に抑えられる。

【００２６】さらに、どちらか任意の側のバイア・トレ
ース・フィールドにおける導体配列パターンの再構成に
よっても、クロストークが相殺される。上部トレース対
２１は、ＡＡＢＢのトレース対導体配列をなすように構
成される。パターンＡにおいて、「負」のトレースは左
に経路指定され、「正」のトレースは右に経路指定され
る。パターンＢにおいて、配列は反転される。回路基板
１７の上部側では、第１の対をなす正のトレース（パタ
ーンＡ）と、第２の対をなす負のトレース（やはりパタ
ーンＡ）の間における漂遊容量及び磁気結合によってク
ロストークが生じることになる。第１のトレース対が、
正の信号遷移を生じる場合、第１のトレース対の正の導
体（原凶トレース）によって、第２のトレース対の負の
導体（犠牲トレース）に正の摂動が付与される。パター
ンＢＢをなすように構成された、第３と第４対との間に
も同じ影響が生じる。

【００２７】回路基板の底部側では、同じ第１、第２、
第３及び第４対のパターンが、ＡＢＢＡになるように再
構成されている。上述したように、正の信号遷移によっ
て、基板の底部側における第２のトレース対の正の構成
要素に同等かつ同相の摂動が生じることになる。第１対
の正の導体は、やはり原凶トレースであるが、第２対に
隣接している正のトレースは、新たな犠牲トレースであ
る。信号が第１及び第２のバス長にわたって伝送する
と、第２対の両トレースによって同等かつ同相の摂動が
伝搬することになる。しかし、第２対の摂動は同相モー
ドだけである。摂動の差動成分が除去されれば、バスに
結合された差動受信器が摂動の影響を受けなくなる。

【００２８】上述したクロストーク相殺の第１の例にお
いて、原凶トレース対は、回路基板の上部及び底部の両
方ともパターンがＡである。犠牲トレース対は、上部側
（パターンＡ）と底部側（パターンＢ）の間で導体配列
が入れ換わる。原凶トレース対がパターンを変更し、犠
牲トレース対が同じ導体配列を保持する場合には、異な
る摂動中和プロセスが行われる。この環境は、第２のト
レース対と第３のトレース対との間における電磁相互作
用から生じる。

【００２９】第２のトレース対が正の信号遷移を生じる
場合、第２のトレース対の正の導体（原凶トレース）に
よって、第３のトレース対の正の導体（犠牲トレース）
に正の摂動が加えられる。基板の底部側では、第２対の
負の導体が、新たな原凶トレースとなり、第３のトレー
ス対の同じ正の犠牲トレースに負の摂動を誘発する。従
って、第２の長さのバスにおける等しい摂動及び逆の摂
動は、第１の長さのバスに加えられる初期摂動を相殺す
る。この場合、摂動は完全に相殺され、差動モード成分
又は同相モード成分は残らない。これら２つの摂動中和
メカニズムは、バスを横切る隣接トレース対間において
交差する。

【００３０】装置１１において用いられるクロストーク
中和メカニズムは、多導体ケーブル内のツイストペア・
ワイヤによってクロストークを相殺するメカニズムに似
ている。多導体ケーブルの場合、撚り線の隣接がツイス
トペア間にランダムに分配されている。ケーブルが充分
に長ければ、ツイストペアが一方の極性において誘導す
る信号摂動が、もう一方の極性の場合よりも多くなる確
率が許容レベルにまで低下する。換言すれば、向かい合
ったツイストペア構成要素の結合摂動は、ほぼ完全に相
殺される。本発明において用いられる相殺方法はプリン
ト回路基板上のトレースが回路導体であるため、ツイス
トペア・ワイヤの束とは若干異なっている。そして、導
体の配列を選択的に反転して結合される対称的な回路ト
ポロジによって、隣接装置間に延びる差動バスにちょう
ど逆のトレース対への影響が生じることになるので、ツ
イストペアを用いる相殺方法よりは効果的である。

【００３１】対照的に、先行技術による回路基板構成で
は、回路基板における周辺装置の構成に関して、同じ効
率及び汎用性（バーサリティ）を得るためには、クロス
トークに対する回路のイミュニティ（耐性）を損なって
しまう。例えば、図２には先行技術によるバス構成４３
が示されているが、周辺装置のコネクタ４４は、並列バ
ス・トレース４６のすぐ上に取り付けられ接続されてい
る。これによって、バス・トレースに関する極めて単純
な経路指定が可能になるが、周辺装置を垂直に配置する
ことが可能な状況での利用に限定される。

【００３２】周辺装置を水平に配置する場合には、バス
・トレースは、同じピン配列を維持するため、装置コネ
クタ内及び装置コネクタ周りの波状経路を辿らなければ
ならない。図３には、先行技術によるバス構成４７が示
されている。構成４７において、装置コネクタ４８は、
その軸を水平にし、同一線上に配置して取り付けられ
る。しかし、適正なピン接続配列を維持するため、バス
４９は、経路配向を１８０度変えなければならないが、
これによって、コネクタの両側にかなりの量の回路基板
スペースが費やされることになる。さらに、それによっ
て、装置コネクタを回路基板のエッジに沿って取り付け
ることが妨げられる。

【００３３】図４には、さらにもう１つの先行技術のバ
ス構成５１が示されている。構成５１の場合、並列バス
５２は基板（図示せず）の底部側に配置されているの
で、破線で示されている。各装置コネクタ５３は、それ
ぞれのスタブ５４によってバス５２に相互接続されてい
る。構成５１では、回路基板の両側及び回路基板に通る
バイア５６を利用して、スタブ５４の端部とバス５２と
を接続することによって、バスの「フォルド・オーバ」
を実施する。しかし、前述のように、スタブは、適正な
終端負荷が施されておらず、バスに対して横方向に配置
されているので、バス内に信号の反射を生じさせる。

【００３４】以上において、装置１１のその最も基本的
な形態を示し、その動作特徴及び先行技術によるバス構
成に対するその利点を説明してきた。ここで、装置及び
コネクタの取り付け及び相互接続に関して、同じ原理で
他の要件についての適応例について説明する。図１１に
は、並列コネクタ５８及び５９に対して直交して配置さ
れたバイア・トレース・フィールド５７の例が示されて
いる。コネクタ５８及び５９は、２つの周辺装置、周辺
装置とケーブル又は２つのケーブルを接続することが可
能である。図１に示す例とは対照的に、コネクタ５８及
び５９は、その軸が回路基板１７の相対する上方エッジ
及び下方エッジに沿って、平行にオフセットするように
取り付けられている。複数のトレース対を含む差動バス
６１によって、コネクタ５８及び５９が相互接続されて
いる。

【００３５】バイア・トレース・フィールド５７は、構
成が前述のバイア・トレース・フィールド３６と同じで
ある。しかし、コネクタ５８及び５９の軸の向きのた
め、バイア・トレース・フィールド５７は、バス６１内
におけるトレース対のそれぞれの中心にはない。上部ト
レース配線６２は、コネクタ５９から左下方に延び、バ
イア・トレース・フィールド５７に達している。上部ト
レース配線６２は、回路基板１７の上部側１８の上に位
置している。底部トレース配線６３は、バイア・トレー
ス・フィールド５７から右下方に延び、コネクタ５８に
達している。底部トレース配線６３は、回路基板の底部
側１９の上に位置している。留意しておくべきは、トレ
ース対の全長は等しいが、基板の上部側における各トレ
ース対の長さは、基板の底部側におけるそれぞれの長さ
と等しくないという点である。例えば、基板上部の短い
トレース対６４は、バイア・トレース・フィールド５７
を介して、基板底部の長いトレース対６６に相互接続さ
れている。また、基板上部の長いトレース対６７は、バ
イア・トレース・フィールドを介して、基板底部の短い
トレース対６８に相互接続されている。

【００３６】基板の上部側と底部側の間におけるこれら
長さの等しくないトレース対の比率は、コネクタ５８及
び５９に関するピンの配置に従って変動することにな
る。このことは、導体配列の反転によって同等かつ逆相
の摂動が引き起こされるというクロストークの相殺にと
って欠点である。そこで、回路基板の他の場所で同様に
「バランスを取りながら」コンポーネントを相互接続す
ることによって、ある程度補償することが可能である。
例えば、ある相互接続構成の上部における長いトレース
対は、バランス相互接続構成の底部トレース対において
短くなる。この特徴については、回路基板構成の実用例
を参照にして詳細に後述する。

【００３７】コネクタの少なくとも１つにおけるピン
が、互いに水平方向又は側方にずらされた２つ以上のグ
ループに分割される場合、相互接続構成内における影響
をバランス化する必要性はさらに複雑になる。図１２に
は、装置コネクタ７１とケーブル・コネクタ７２との間
における典型的な相互接続構成６９が示されている。装
置コネクタ７１は、ピン接続が従来通りの連続したライ
ンを備えているが、ケーブル・コネクタ７２は、ピン接
続が３つにグループ化されている。グループ化されたコ
ネクタ・ピンがこのようにオフセット又はずらされてい
るので、バス・トレース対の長さを等化するため、特殊
な補償バイア・トレース・フィールド７３が設けられて
いる。

【００３８】差動バス７４には、第１の上部トレース・
グループ７６と第２の上部トレース・グループ７７とが
含まれている。バス７４には、底部トレース・グループ
７８が回路基板の底部側１９に沿って延びるので、図１
２に破線で示されたトレース・グループ７８も含まれて
いる。ケーブル・コネクタ７２には、第１のコネクタ・
フィールド７９、第２のコネクタ・フィールド８１及び
第３のコネクタ・フィールド８２が含まれている。バイ
ア・トレース・フィールド７３には、上方フィールド・
グループ８３、中間フィールド・グループ８４及び下方
フィールド・グループ８６が含まれている。これらのフ
ィールド・グループは、バイア８７によって互いに相互
接続された、回路基板の上部側と底部側との両方に対応
するトレースを備えている。これらの構造は、既に詳細
に記載したものと同じであるため、これ以上の説明を控
える。

【００３９】第１のトレース・グループ７６によって、
第１のコネクタ・フィールド７９と上方フィールド・グ
ループ８３とが相互接続されている。第２のトレース・
グループ７７によって、第２のコネクタ・フィールド８
１と中間フィールド・グループ８４とが相互接続され、
第３のコネクタ・フィールド８２と下方フィールド・グ
ループ８６とが相互接続されている。底部トレース・グ
ループ７８によって、フィールド７３の上方、中間及び
下方フィールド・グループと装置コネクタ・フィールド
８８とが相互接続されている。コネクタ・フィールド７
９、８１及び８２は、互いに側方にずらされているの
で、これに応じてフィールド・グループ８３、８４及び
８６は、バス７４内のトレース対の全長が等しくなるよ
うに水平方向にオフセットしている。留意すべきは、中
間フィールド８４が、コネクタ・フィールド８１及び８
２の間のわずかな側方のズレを補償するため、下方フィ
ールド・グループ８６における隣接トレースに対して上
方へわずかにずらされいるという点である。従って、バ
イア・トレース・フィールド内のトレース対グループの
水平及び垂直にずらすことによるもう１つのメカニズム
によって、バス・トレース対の全長を等しくできる。

【００４０】図１３には、本発明の装置１１の実用的な
応用例が示されている。ＳＣＳＩ背面回路基板８９に
は、その上方コーナーに、第１のＳＣＳＩケーブル・コ
ネクタ９１（図１３Ａ）及び第２のＳＣＳＩケーブル・
コネクタ９２（図１３Ｂ）が含まれている。ディスク・
ドライブ・コネクタ９３、９４、９５及び９６が、基板
８９の下方エッジに沿って取り付けられている。ケーブ
ル・コネクタ９１とディスク・ドライブ・コネクタ９３
との間には、左側バイア・トレース・フィールド９７が
設けられている。ディスク・ドライブ・コネクタ９３と
ディスク・ドライブ・コネクタ９４との間には、中間バ
イア・トレース・フィールド９８が設けられている。デ
ィスク・ドライブ・コネクタ９４とディスク・ドライブ
・コネクタ９５との間には、中間バイア・トレース・フ
ィールド９９が設けられている。ディスク・ドライブ・
コネクタ９５とディスク・ドライブ・コネクタ９６との
間には、中間バイア・トレース・フィールド１０１が設
けられている。さらに、ディスク・ドライブ・コネクタ
９６とケーブル・コネクタ９２との間には、右側バイア
・トレース・フィールド１０２が設けられている。

【００４１】基板８９の上方左側コーナーから説明を始
める。トレース対に関する導体配列パターンが、差動バ
ス１０３のセグメントの各リンク毎に設けられている点
に留意されたい。例えば、バスの第１の上部セグメント
において、ＳＣＳＩケーブル・コネクタ９１から左バイ
ア・トレース・フィールド９７まで、ＡＢＢＡ導体配列
パターンが用いられている。次に、バスの第１の底部セ
グメントにおいて、左バイア・トレース・フィールド９
７からディスク・ドライブ・コネクタ９３まで、ＢＢＡ
Ａの導体配列パターンが用いられている。留意すべき
は、ＳＣＳＩケーブル・コネクタ９２、右バイア・トレ
ース・フィールド１０２及びディスク・ドライブ・コネ
クタ９６を含む「バランス化」相互接続構成では、ＢＡ
ＡＢ及びＡＡＢＢ導体配列パターンが用いられている点
である。この特殊相互接続の場合、各トレース対と隣接
する近傍対との間において、同等かつ逆相の影響を実現
することが所望の目的である。これは、隣接トレース対
間において、「同じ文字対」（すなわち、ＡＡ又はＢ
Ｂ）及び「逆の文字対」（すなわち、ＡＢ又はＢＡ）を
備えるセグメント長の比率が等しくなるように維持する
導体配列パターンを選択することによって実現される。

【００４２】第１及び第２のトレース対は、基板上部側
の対をなすＡＢによって経路指定（ルーティング）され
る。これは、短いセグメントである。対をなすＢＡは、
「バランス化」構成の底部層の２つの対のために選択さ
れる。これは、長いセグメントである。両方の相互接続
構成のトレース対に関するこれら２つのセグメント長の
合計は、全トレース長の１／２に等しい。同等かつ逆相
の摂動が、左側の構成の底部層及び右側の構成の上部層
に生じるが、パターン対はそれぞれＢＢ及びＡＡであ
る。従ってクロストークは、これらの構成のどちらか一
方の側にある装置に関して中和される。これらの相互接
続構成間にある装置の場合、クロストークは低減する
が、完全には中和されない。

【００４３】ディスク・ドライブ・コネクタ９３と９４
との間の相互接続に関する導体配列パターンは、既に解
説した通り、ＡＡＢＢパターンからＡＢＢＡパターンに
変わる。同様に、ディスク・ドライブ・コネクタ９４に
対して施される相互接続に関する導体配列パターンによ
って、導体配列がＡＢＢＡパターンからＢＢＡＡパター
ンに変わる。これは、導体配列パターンを、バイア・ト
レース・フィールドによる同じタスクの実現と全く同じ
やり方で変化させるためのコネクタ・トレース・フィー
ルドの例である。次に、バイア・トレース・フィールド
９９は、ＢＢＡＡパターンからＢＡＡＢパターンに変わ
る。導体配列パターンの変化（ＢＡＡＢからＡＡＢＢ）
は、やはり、ディスク・ドライブ・コネクタ９５のコネ
クタ・フィールドにおいても生じる。この結果、ＡＡＢ
Ｂパターンは、ＳＣＳＩドライブ・コネクタ９５と９６
との間を相互接続するため、ＡＢＢＡパターンに戻され
ることになる。

【００４４】これまでに述べた回路基板構成は、全てマ
イクロストリップ設計であったが、本発明の装置１１
は、ストリップ線路回路基板に関しても有効に利用する
ことが可能である。図６には、こうしたストリップ線路
構成１０４が示されている。マイクロストリップ構成は
固有インピーダンスが高いが、ストリップ線路構成をと
ると、トレース対間に低特性インピーダンスが得られ
る。

【００４５】ストリップ線路構成には、基板に埋め込ま
れたトレース対１０６及び１０７が含まれている。基板
の外側表面には、上部接地面１０８と底部接地面１０９
とが含まれている。トレース対１０６と接地面１０８と
の間には、第１のプリプレグ誘電体層１１１が設けら
れ、トレース対１０７と接地面１０９との間には、第２
のプリプレグ誘電体層１１２が設けられている。マイク
ロストリップ基板と同様、ストリップ線路構成１０４の
中心には、コア１１３が設けられている。

【００４６】トレース対１０６及び１０７は、ストリッ
プ線路が比較的近接しており、その間に接地面がないの
で、応用例によっては、こうした接地面又は誘電体追加
層を加えて、ストリップライン間のクロストークを最小
限に抑えるのが望ましい場合もあり得る。一方、バイア
・トレース・フィールドに隣接したクロスオーバ領域の
トレースが、必ず互いに直交していれば、トレース対の
層間における電磁結合が最小限に抑えられるため、誘電
体層が必要でない場合もあり得る。

【００４７】この発明は、例として次の実施態様を含
む。

【００４８】（実施態様１）電子装置を支持及び相互接
続する装置であって、上面及び底面を備えた回路基板
（１７）と、前記上面又は前記上面内部において、第１
のコネクタ・トレース・フィールド（３１）に接続され
ている第１の複数のピンを含む第１のコネクタ（１４）
と、前記底面又は前記底面内部において、第２のコネク
タ・トレース・フィールド（３２）に接続されている第
２の複数のピンを含む第２のコネクタ（１６）と、前記
第１及び第２のコネクタ・トレース・フィールド（３
１、３２）とサイズ及び構成が実質的に同じである上部
バイア・フィールド（３７）及び底部バイア・フィール
ド（３８）を含み、前記基板面又は基板内部において、
前記第１と第２のコネクタの間に配置されていて、前記
基板を貫通して前記上部バイア・フィールドと底部バイ
ア・フィールドを相互接続するバイア・コネクタを含ん
でいるバイア・トレース・フィールド（３６）と、前記
基板の前記上面又は前記上面内部にあって、前記第１の
コネクタ・フィールドと前記上部バイア・フィールドと
を相互接続する複数の上部差動バス・トレース対（２
１）と、前記基板の前記底面又は前記底面内部にあっ
て、前記第２のコネクタ・フィールドと前記底部バイア
・フィールドとを相互接続する複数の底部差動バス・ト
レース対（２６）と、が含まれている、相互接続装置。

【００４９】（実施態様２）前記上部及び底部バイア・
フィールド（３７、３８）に、トレース対が含まれるこ
とと、前記トレース対のうち１つの全長と他のトレース
対の全長とを等しくするため、前記トレース対の中の少
なくとも一つが不等波形をなしていることと、を特徴と
する、上記実施態様１に記載の相互接続装置。

【００５０】（実施態様３）前記第１及び第２のコネク
タ（１４、１６）が同一線上に長手軸を備えていること
と、前記バイア・フィールド（３６）が、前記コネクタ
の前記縦軸に対して平行であり、間隔のあいた長手軸を
備えていることと、を特徴とする、上記実施態様１に記
載の相互接続装置。

【００５１】（実施態様４）前記バイア・フィールド
（３６）が、前記第１及び第２のコネクタ（１４、１
６）間の途中に配置されることを特徴とする、上記実施
態様３に記載の相互接続装置。

【００５２】（実施態様５）前記第１及び第２のコネク
タ（７１、７２）が、平行であり間隔のあいた長手軸を
備えていることと、前記バイア・フィールド（７３）
が、前記コネクタの前記長手軸に対して直交する長手軸
を備えることと、を特徴とする、上記実施態様１に記載
の相互接続装置。

【００５３】（実施態様６）前記コネクタのうち少なく
とも１つが、互いに関して側方に変位したコネクタ・フ
ィールドのグループ（７９、８１、８２）を備えている
ことと、前記バイア・フィールドが、前記コネクタ・フ
ィールドの前記側方に変位することによってもたらされ
る前記上部トレース対と底部差動トレース対との長さの
差を補償するように、互いに関してオフセットしたバイ
ア・フィールド・グループ（８３、８４、８６）を備え
ていることと、を特徴とする、上記実施態様５に記載の
相互接続装置。

【００５４】（実施態様７）前記上部バイア・フィール
ド（３７）と前記底部バイア・フィールド（３８）に、
前記上部差動トレース対と前記底部差動トレース対との
うち、選択されたトレース対間において導体配列パター
ンの反転が含まれることを特徴とする、上記実施態様１
に記載の相互接続装置。

【００５５】（実施態様８）前記導体配列の反転が、前
記上部トレース対と前記底部トレース対との間のクロス
トークを中和するために、繰り返しパターンで選択的に
行われることを特徴とする、上記実施態様７に記載の相
互接続装置。

【００５６】（実施態様９）電子装置を支持及び相互接
続する装置であって、上面及び底面を備えた回路基板
（１７）と、前記上面又は前記上面内部において、第１
のコネクタ・トレース・フィールド（３１）に接続され
ている第１の複数のピンを含む第１のコネクタ（１４）
と、前記底面又は前記底面内部において、第２のコネク
タ・トレース・フィールド（３２）に接続されている第
２の複数のピンを含む第２のコネクタ（１６）と、前記
第１及び第２のコネクタ・トレース・フィールド（３
１、３２）とサイズ及び構成が実質的に同じである上部
バイア・フィールド（３７）及び底部バイア・フィール
ド（３８）を含み、前記基板（１７）面又は基板（１
７）内部において、前記第１と第２のコネクタの間に配
置されていて、前記基板を貫通して前記上部バイア・フ
ィールドと底部バイア・フィールドを相互接続するバイ
ア・コネクタ（３９）を含んでいるバイア・トレース・
フィールド（３６）が設けられた、前記第１のコネクタ
・トレース・フィールドと、前記第２のコネクタ・トレ
ース・フィールドとを相互接続する差動トレース手段
（２１、２６）と、が含まれている相互接続装置。

【００５７】（実施態様１０）電子装置を支持及び相互
接続する装置であって、上面及び底面を備えた回路基板
（１７）と、前記上面又は前記上面内部において、第１
のコネクタ・トレース・フィールド（３１）に接続され
ている第１の複数のピンを含む第１のコネクタ（１４）
と、前記底面又は前記底面内部において、第２のコネク
タ・トレース・フィールド（３２）に接続されている第
２の複数のピンを含む第２のコネクタ（１６）と、前記
第１及び第２のコネクタ・トレース・フィールド（３
１、３２）とサイズ及び構成が実質的に同じである上部
バイア・フィールド（３７）及び底部バイア・フィール
ド（３８）を含み、前記基板面又は基板内部において、
前記第１と第２のコネクタ（１４、１６）の間に配置さ
れていて、前記基板の少なくとも一部を通って前記上部
バイア・フィールドと底部バイア・フィールドを相互接
続するバイア・コネクタ（３９）を含んでいるバイア・
トレース・フィールド（３６）と、前記基板の前記上面
内部にあって、前記第１のコネクタ・フィールド（３
１）と前記上部バイア・フィールド（３７）とを相互接
続する複数の上部差動バス・トレース対（１０６）と、
前記基板の前記底面内部にあって、前記第２のコネクタ
・フィールド（３２）と前記底部バイア・フィールド
（３８）とを相互接続する複数の底部差動バス・トレー
ス対（１０７）と、が含まれている、相互接続装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】配線バス及びバイア・トレース・フィールドに
よって相互接続された２つの周辺装置を示す、本発明の
相互接続装置の上面図である。

【図２】周辺装置のコネクタがバス・トレースのすぐ上
に取り付けられて、それらに並列に接続されている、先
行技術によるバス構成を示す平面図である。

【図３】周辺装置のコネクタが同一線上に配置され、バ
ス・トレースがコネクタの上方及び下方において交互に
波形をなす、先行技術によるバス構成を示す平面図であ
る。

【図４】周辺装置のコネクタが同一線上において揃えら
れ、スタブによって並列バスに接続されている、先行技
術によるバス構成を示す平面図である。

【図５】上部及び底部層トレース対、埋め込み接地面及
び中心コア、を備えたマイクロストリップ回路基板を、
一定の比率に拡大して描かれた部分断面図である。

【図６】上部及び底部接地面、埋め込みトレース対及び
中心コア、を備えたストリップ線路基板を、一定の比率
に拡大して描かれた部分断面図である。

【図７】ＡＡＢＢ導体配列パターンを示す、コネクタ及
びバイア・トレース・フィールドの平面図である。

【図８】ＡＢＢＡ導体配列パターンを示す、コネクタ及
びバイア・トレース・フィールドの平面図である。

【図９】回路基板の上部及び底部におけるバイア・トレ
ース・フィールド及び直交トレース対の平面図である。

【図１０】バイア・トレース・フィールド内において行
われるトレース対長の調整方法を示す、一定の比率に拡
大して描かれた図９に示したバイア・トレース・フィー
ルドの拡大図である。

【図１１】回路基板の両エッジに位置して、バイア・ト
レース・フィールドに相互接続された２つの装置のコネ
クタに関する平面図である。

【図１２】回路基板の両エッジに位置して、トレース長
の調整を行うためずらされたピン・グループを備えるバ
イア・トレース・フィールドに相互接続されたハード・
ドライブのコネクタ及びケーブル・コネクタに関する平
面図である。

【図１３】本発明の特徴を取り入れ、全て差動バスによ
ってバイア・トレース・フィールドに相互接続された、
４つのドライブ及び２つのケーブル・コネクタを含んだ
回路基板の平面図である。

【符号の説明】

１１ 相互接続装置 １２、１３ 電子装置 １４ 第１のコネクタ １６ 第２のコネクタ １７ 回路基板 ２１ 上部差動バス・トレース対 ２６ 底部差動バス・トレース対 ３１ 第１のコネクタ・フィールド ３２ 第２のコネクタ・フィールド ３６ バイア・トレース・フィールド ３７ 上部バイア・トレース・フィールド ３８ 底部バイア・トレース・フィールド ３９ バイア・コネクタ ７１ 第１のコネクタ ７２ 第２のコネクタ ７３ バイア・トレース・フィールド ７９、８１、８２ コネクタ・フィールド・グループ ８３、８４、８６ バイア・トレース・フィールド・グ
ループ １０６ 上部差動バス・トレース対 １０７ 底部差動バス・トレース対

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド エム ディッキー アメリカ合衆国 カリフォルニア 95678 ローズヴィル バレーウッド ドライブ 172 (72)発明者 ジェームス ジェイ デブラン アメリカ合衆国 カリフォルニア 95678 ローズビル サウス ブラッフ ドライ ブ 1242 Ｆターム(参考） 5E317 AA24 GG11 5E336 AA01 BB02 CC01 CC60 EE01 GG11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子装置（１２、１３）を支持及び相互接
   続する装置（１１）であって、 上面及び底面を備えた回路基板（１７）と、 前記上面又は前記上面内部において、第１のコネクタ・
   トレース・フィールド（３１）に接続されている第１の
   複数のピンを含む第１のコネクタ（１４）と、 前記底面又は前記底面内部において、第２のコネクタ・
   トレース・フィールド（３２）に接続されている第２の
   複数のピンを含む第２のコネクタ（１６）と、 前記第１及び第２のコネクタ・トレース・フィールド
   （３１、３２）とサイズ及び構成が実質的に同じである
   上部バイア・フィールド（３７）及び底部バイア・フィ
   ールド（３８）を含み、 前記基板面又は基板内部において、前記第１と第２のコ
   ネクタの間に配置されていて、 前記基板を貫通して前記上部バイア・フィールドと底部
   バイア・フィールドを相互接続するバイア・コネクタを
   含んでいるバイア・トレース・フィールド（３６）と、 前記基板の前記上面又は前記上面内部にあって、前記第
   １のコネクタ・フィールドと前記上部バイア・フィール
   ドとを相互接続する複数の上部差動バス・トレース対
   （２１）と、 前記基板の前記底面又は前記底面内部にあって、前記第
   ２のコネクタ・フィールドと前記底部バイア・フィール
   ドとを相互接続する複数の底部差動バス・トレース対
   （２６）とが含まれている、 相互接続装置。