JP2004318451A - 方向性結合素子を使用したメモリバスシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】隣り合う2つの方向性結合素子におけるバス配線用の配線間間隔とコネクタにおける信号用端子間間隔を等しくし、かつコネクタの信号用端子間間隔よりも短い信号端子の間隔を持つ方向性結合素子を使用することにより、ビアホールを介さない表面層のみの信号配線が実現される。従って、ノイズを発生させる要因を大幅に減らすことができ、低ノイズの非接触バスシステムを提供できる。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は情報処理装置においてマルチプロセッサやメモリ等の素子間(例えばCMOS等により構成されたデジタル回路間又はその機能ブロック間)での信号伝送のための技術に関し、特に、複数メモリモジュールとメモリコントローラを接続するバスとこれらを用いるシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
高速データ転送のためのバス配線方式、及びMother Boardの層構成として特許文献1があった(以下、非接触バスシステムと呼ぶ)。これの基本方式を図12、図13に示す。図13においてはメモリにデータを転送するための配線である結合器を基板内部で構成しており、図12においてはメモリモジュールの高密度実装のために結合器11−1を用いて信号伝搬させていた。図12に示す方式においては基板12−1の内層部に信号用配線を設けており、結合器11−1とMC2および結合器同士(例えば、結合器11−1と結合器11−2)を内層配線で接続させていた。尚、Memory Module4−1〜4−4内に設けられたメモリまでの配線はコネクタ3−1〜3−4を介してなされる。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−027918号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術の特許文献1では内層部の信号配線を用いているため、信号線はビアホールを介している。ビアホールが多いシステムにおいては、(1)信号線とビアホールが直角に結線されているために発生する電磁ノイズ、(2)基板の層構成(例えば、グランド層、電源層等)が与える、ビアホール内のインピーダンスの不整合、(3)ビアホール自体が持つインダクタンス成分による、信号線とビアホール間のインピーダンスの不整合、(4)近接するビアホールによって生じるSSN(同時切り替えノイズ)等がノイズ発生の大きな要因となる。高速動作するバスシステムにおいて、これらの要因は大きなノイズとなってシステム全体に多大な悪影響を及ぼす。高速動作する方向性結合式メモリシステムを提供するためには、ノイズを低減することが重要である。すなわち、第1の課題はノイズの発生する要因が多い事である。
【0005】
さらに、従来の技術においては、メモリモジュール間隔(図12に於けるW1)が方向性結合素子の幅によって制限されていた。これはメモリモジュールの高密度実装を妨げる要因となる。メモリモジュールの高密度実装を実現するために、第2の課題はメモリモジュールの実装エリアが方向性結合器に制限されることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1の手段として、第1の課題を解決する手段を説明する。
隣り合う2つの方向性結合素子におけるバス配線用の配線間間隔とコネクタにおける信号用端子間間隔を等しくし、かつコネクタの信号用端子間間隔よりも短い信号端子の間隔を持つ方向性結合素子を使用することにより、ビアホールを介さない表面層のみの信号配線が実現される。従って、ノイズを発生させる要因を大幅に減らすことができ、低ノイズの非接触バスシステムを提供できる。
【0007】
また同時に、本解決手段はコネクタと方向性結合素子間を接続するバス配線の直線配線及び等長配線を実現するため、メモリやMemory Controllerなどの各LSIに対する端子間スキューも低減させた非接触バスシステムを提供できる。
【0008】
第2の手段として、第2の課題を解決する手段を説明する。
Mother Boardにおいて、方向性結合素子をメモリモジュールが実装されている部分の裏の面に実装することにより、メモリモジュールの実装エリアが方向性結合素子の幅に制限されない実装方式を可能にする。本解決手段を用いれば、メモリモジュールを実装するための領域に設けられていた制限を緩和できるため、メモリモジュールを高密度実装した非接触バスシステムを提供できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
第1の実施例を図1〜図4を用いて説明する。本実施例は、コネクタの端子間間隔、方向性結合素子の構造、及び配線に対し下記の条件(1)、(2)を満たすシステム構成をすることにより、表面層のみの信号配線、バス配線の直線配線及び等長配線を実現し、ノイズの少ない非接触バスシステムを提供する実施例である。
【0010】
図1にビアホールを介さない表面層のみの信号配線を実現した、システム断面図を示す。
【0011】
図1において2はメモリ制御機構を有するLSI(以下MC:Memory Controller)であり、4−1〜4−4はメモリチップが多数搭載されたメモリモジュールである。1はプリント配線板であり、プリント配線板1は、MC2とメモリモジュール4−1〜4−4、方向性結合素子(以下結合素子)5−1〜5−4が実装されたMother Boardである。MC2とメモリモジュール4−1〜4−4内のメモリチップは、互いに結合素子5−1〜5−4を介してデータ転送を行っている。メモリモジュール4−1〜4−4はコネクタ3−1〜3−4を介してMother Board1に接続されている。
【0012】
図2に、バス配線に対する等長配線と直線配線、及び表面層のみに信号線を集約したシステム構成を実現した配線・実装パターンのシステム構成図を示す。なお、図2は図1におけるMother Board1の配線の上面から見た図を示しており、Mother Board1の表面層にレイアウトされたパターン、パッド外形、及び部品を示している。また、図2は多ビットの配線構造を示したものであるが、ここでの説明は1ビットに対して行う。ただし、実際の非接触バスシステムは多ビットが同じ構造で繰り返されたシステムである。ここに、等長配線とは、MCからクロック信号に同期して出力された複数の信号とメモリモジュールに搭載されたLSIに対して、前記LSIが信号を受信できる時間範囲内に全ての前記信号が到達できるように、各信号到達時間のばらつきを
クロック周期−セットアップ時間−ホールド時間
以内とした配線であり、直線配線とは隣接する2つの結合素子5−1からコネクタ3−1の隣接する信号用端子に接続される隣接する2つの配線に対して、複数または全ての個所で、下記の条件(2)を満たす配線である。ただし、セットアップ時間とホールド時間は、信号を受信するために前記LSIに規定された時間である。
【0013】
図2においてMC2と結合素子5−1は配線6−1を介して1対1で結線され、結合素子5−1と結合素子5−2は配線6−2を介して1対1で結線されている。破線で囲んでいるコネクタ3−1、3−2はMother Board1に搭載されたときの外形を表わしている。図示されていないコネクタ3−1、3−2内のメモリチップからの信号線は、Mother Board1に設けられたパッドを介してMother Board1上の信号線に配線される。破線で囲んでいるメモリモジュール4−1、4−2はコネクタ3−1、3−2に搭載されたときの外形を表わしており、メモリモジュール4−1、4−2を搭載するコネクタ3−1、3−2の端子は、配線7−1、7−2でそれぞれ結合素子5−1、5−2の各信号端子(S1)に接続されている。
【0014】
また、図2において、本実施例の配線パターン、及び使用する方向性結合素子とコネクタに対し、
P1 ≧ P2+実装マージン ・・・(1)
P1 = P3 ・・・(2)
の条件を満たすようにシステム構成を行う。ここに、P1はコネクタ3−1、3−2の信号用端子の間隔、P2は結合素子5−1、5−2の縦幅(図面縦方向)、及びP3は隣り合う方向性結合素子から配線される2つのバス配線の配線間隔であり、実装マージンとは結合素子をMother Board1に実装するために必要な領域である。条件(1)、(2)を満たすようにシステムを構成することによって、コネクタと結合素子間を接続するバス配線7−1、7−2の等長配線と直線配線が可能となる。これにより、各メモリチップにおける端子間スキューやMemory Controllerにおける端子間スキューを低減できる。また、ビアホールを介さない表面層のみの信号配線が可能となるので、第1の課題で述べたノイズを発生させる要因を無くすことができ、低ノイズの非接触バスシステムを実現できる。
【0015】
MC2から結合素子5−1の端子M1を結ぶ配線6−1、及び結合素子5−1の端子M2と結合素子5−2の端子M1を結ぶ配線6−2は、MC2からの信号を各メモリチップに伝送するための配線であり、結合素子の端子M1、M2に接続された配線6−1、6−2を総称してメインラインと呼ぶことにする。
【0016】
メインラインは、図1の結合素子5−1〜5−4を通過した後に抵抗Rttを介し電位Vttで終端されている。図1においてVttに接続されたRttを黒四角(■)で記述した。
【0017】
結合素子5−1、5−2からメモリモジュール搭載用コネクタの端子に接続されている配線7−1、7−2はメインラインからの信号をメモリチップに伝送するための配線であり、結合素子の端子S1に接続されている配線7−1、7−2を総称してサブラインと呼ぶ事にする。
【0018】
従来の技術で説明したように、従来例ではメモリモジュールの搭載密度を上げるためにMother Boardの内層に方向性結合器を2層構造で配線しているために、Mother Boardの層は10層構造以下には出来なかった(図13)。また、同技術において結合素子を採用する方式も考えられているが、内層に信号層を設けており信号線がビアホールを介する配線方式となっていた(図12)。
【0019】
それに対し本実施例では、コネクタの信号用端子の間隔P1と結合素子5−1のサブラインの入出力端子S1の間隔が等しくなるように実装している。この事によって、メモリモジュールに必要なDQ端子と同等の数をMother Board1の表面層に実装し、かつMother Board1の内層を一切利用することなくメインラインからメモリモジュールへのデータ伝送を可能にしている。これは例えば、メモリモジュールからコネクタの各端子に引き出されている信号端子(DQ、DQS、A/C用端子)の数と電源・グランド用端子の数が1:2の割合で配置されているシステムを利用した実装方式である。
【0020】
図3に本実施例のMother Board1の層構造の例を示す。図3はMother Board1のメインライン6−1に対して垂直な方向の断面である。上層から信号層(Sig1)、グランド層(G1)、電源層(V1)、信号層(Sig2)の4層となっている例である。尚、終端電圧Vttは電源層(V1やS1)から配線するか、または電源層(V1)や信号層(Sig2)で配線する。この様にMother Board1を4層構造にすることによって、非接触バスシステムに用いる基板を低価格にする効果が得られる。
【0021】
図4に第1の実施例に用いられた結合素子の構造を示す。図2のシステム構成例に用いた結合素子5−1〜5−2を図4の(a)に示す。結合素子5−1は、メインラインに対する入出力端子(M1、M2)、サブラインに対する入出力端子(S1)、終端用端子(Vtt)及び2つのグランド用端子(VSS)を外部端子として有している。メインラインとサブラインは素子内部で方向性結合器(C1)を構成しており、サブラインは素子内部で終端抵抗Rttを有し、Vtt端子に結線されている。
【0022】
結合素子内部の結合器C1の実効特性インピーダンスは、サブラインの終端抵抗Rttに等しく(50Ωなど)、さらにMother Board1における信号線の特性インピーダンスと等しいインピーダンスを持つように選ぶ。また、結合素子5−1は、グランド層と信号層の2層構造で構成されている。グランド層はVSS端子に接続されており、各M1−M2、S1−Rtt間の各線路に流れる電流のリターン電流をVss端子からMother Board1へ放出する。ここに、素子内にグランド層を構成するのは、プリント基板上に配置された方向性結合器のインピーダンスが、プリント基板の厚みによって変化しないよう配線からの距離を固定することが目的である。また、このように素子内部にグランド層を構成することにより、結合素子内の信号線とMother Board1上の信号線のインピーダンスをシステム全体における各結合素子に対して等しくすることができ、結合素子の信号端子とMother Board1の信号線の間に発生するインピーダンスの不整合による反射ノイズを低減できる。
【0023】
更に結合素子の構造を図4(b)のようにする事もできる。本実施例に結合素子5−1´を用いることで、Mother Board1における直線配線の上に結合素子を実装する事が可能となる。ここで言う直線配線とは、端子M1−M2方向に直線的に伸びるMother Board上の配線パターンの事である。これは、Mother Board1上での配線パターンを拡張する効果がある。
【0024】
また、結合素子5−1´の素子構造では、素子の1側面当たりの端子数が最大2つとなっているため、素子側面の縦幅(図2に於けるP2)を縮めることが出来る。これは、Mother Board1上における素子の実装面積を減少させる効果がある。
【0025】
以上説明したように本実施例は、図4に於ける方向性結合素子5−1を用いて、条件(1)、(2)を満たす図2に示したシステム構成を行っており、図1の構成例に示したビアホールを一切介さない表面層のみの信号配線を実現している。これにより、ビアホールと信号線が直角に結線されることによる電磁ノイズ等の第1の課題に記載したノイズの要因を無くし、かつ結合素子の信号端子とMother Board上の信号線間に生じる反射ノイズを低減しているため、非接触バスシステム全体を低ノイズとする効果が得られる。さらに、表面層のみの信号配線としたことで図3に示した4層の基板構成が実現されるため、基板を低コストで提供し、非接触バスシステムの価格を下げる効果も得られる。
【0026】
第2の実施例として図5、図6を用いて説明する。本実施例は、下記の条件(3)、(4)を満たす4ビット結合素子を非接触バスシステムに実装することにより表面層のみの信号配線を可能とし、かつシステム全体の素子数の削減を実現した、低ノイズかつ低コストな非接触バスシステムを提供する実施例である。なお、4ビット結合素子とは、素子内部に4ビット分の方向性結合器を有し、4ビット分のデータ伝送機能を持つ方向性結合素子である。
【0027】
図5に、4ビット結合素子を用いて、表面層のみの信号配線、及びバス配線の等長配線と直線配線を実現した非接触バスシステムのシステム構成図を示す。
【0028】
図5において各記号は図2のそれと同じ機能を表している。ここで、図2と異なるのは結合素子9−1、9−2と結合素子への配線パターン6−1、6−2である。図5において1つの結合素子9−1、9−2は4ビット分のデータ伝送機能を有している。すなわち、1つの結合素子がメインラインを4本、サブラインを4本有しており、1つの結合素子でデータ伝送に必要なコネクタの端子4つ分の機能を達成できる。
【0029】
配線方式は図2と同様に、MC2から引き出されるメインライン6−1が結合素子9−1の端子MA1に、結合素子9−1の端子MA2から引き出されるメインライン6−2が結合素子9−2の端子MA1に結線され、同様にして、ここには示していない結合素子9−3の端子MA2から次の結合素子へと次々と引き出される。サブラインは、各結合素子9−1、9−2の端子SA1から配線7−1、7−2を介してコネクタ3−1、3−2の信号用端子に接続されている。
【0030】
また、図5において、本実施例に使用するコネクタ3−1、3−2と4ビット結合素子9−1、9−2、及びシステムの配線・実装方式に対し、
4×P1 ≧ P4+実装マージン ・・・(3)
P1 = P5 = P6・・・(4)
を満たすようにシステム構成を行う。ここに、P1はコネクタ3−1、3−2の信号用端子間隔、P4は4ビット結合素子9−1、9−2の縦幅(図面縦方向)、P5とP6はそれぞれ4ビット結合素子の隣り合う2つのメインライン用の端子間隔とサブライン用の端子間隔であり、実装マージンとは結合素子をMother Board1に実装するために必要な領域である。条件(3)、(4)を満たすシステムを構成することによって、サブラインの等長配線と直線配線、及びビアホールを介さない表面層のみの信号配線が可能となり、第1の実施例と同様の効果が得られる。
【0031】
第1の実施例に加え、本実施例では結合素子同士を結線するメインラインに対する配線の引き回しを無くしているため、メインラインに対しても直線配線を可能にしている。そのため、第1の実施例に比べてコネクタ3−1、3−2と方向性結合素子9−1、9−2の間の間隔を狭めることができ、メモリモジュールの実装エリアを高密度にする効果も得られる。さらには4ビット結合素子を非接触バスシステムに用いることにより、第1の実施例に比べシステム全体に必要な結合素子の総数を4分の1に削減することができ、結合素子を実装するために必要な実装プロセスを減らす効果や、結合素子に掛かる総費用を低減させる効果も得られる。
【0032】
図6に本実施例に用いた4ビット結合素子の構造例を示す。結合素子9−1では、メインライン用の入出力端子(MA1・MA2〜MD1・MD2)、サブライン用の入出力端子(SA1〜SD1)、終端用端子4つ(Vtt)、及びグランド用端子8つ(VSS)を外部端子として有している。メインラインとサブラインは素子内で4つの結合器C1〜C4を構成しており、各サブラインは終端抵抗Rttを介してVttに接続されている。
【0033】
また、各サブラインの入出力端子間、すなわちSA1−SB1間、SB1−SC1間、SC1−SD1間の間隔P5はコネクタの信号用端子間の間隔P1に対して、
P1 = P5 ・・・(5)
を満たすように構成されている。各メインラインの入出力端子間(例えばMA1−Mother Board1間、MA2−Mother Board2間)も各々同じ間隔P6で構成されている。
【0034】
尚、図6に於ける4ビット結合素子は、グランド層と信号層の2層構造となっているだけでなく、各結合器の間に干渉防止用セパレータ(図6における十字縞:グランド面)を有している。4ビット結合素子の構造を2層構造にする理由は、第1の実施例に記載した1ビット結合素子(図4)と同様に、プリント基板上に配置された結合素子のインピーダンスが、プリント基板の厚みによって変化しないよう配線とグランド面の距離を固定することが目的である。これにより、結合素子内部の配線のインピーダンスを一定にし、Mother Board1上の配線と結合素子内の配線間のインピーダンス不整合による反射ノイズを低減させる効果がある。また、各結合器の間に干渉防止用セパレータを設ける理由は、結合素子内の各結合器を伝播する信号間の干渉を防ぐことが目的である。これにより、結合素子を4ビットに拡張する際、各結合器を伝播する信号間に生じうる信号間干渉ノイズを低減させる効果がある。
【0035】
以上説明したように本実施例は、図6の条件(5)を満たす4ビット結合素子9−1を用いて、条件(3)、(4)を満たす図5に示したシステム構成を行っている。これにより、ビアホールを一切介さない表面層のみの信号配線を実現し、第1の実施例と同様に信号がビアホールを介する際に生じるノイズを無くす効果が得られる。さらに本実施例は、結合素子を4ビットに拡張したことによる高密度実装化、実装プロセスの容易化、結合素子を用いた非接触バスシステムの低コスト化を実現する効果がある。
【0036】
また、本実施例は、4ビット結合素子を用いて説明しているが、1素子当たりに有するビット数はそれ以上でもそれ以下でも良い。これはMother Boardの配線パターン、実装の容易さ、全素子にかかる総費用により異なる。
【0037】
第3の実施例として図7、図8を用いて説明する。本実施例は、メモリモジュールの両側にメモリチップを実装した大容量メモリモジュール4−11とそれを搭載するコネクタ、及び使用する結合素子に対して、下記の条件(6)〜(8)を満たすシステム構成を行うことにより、大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対する表面層のみの信号配線、及びバス配線の等長配線を実現し、大容量メモリモジュールに対する低ノイズの非接触バスシステムを提供する実施例である。
【0038】
図7に大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対して、ビアホールを介さない表面層のみの信号配線を実現した、システム断面図を示す。ただし、図7は全システムのうち、メモリモジュール1つ分のシステム構成部を抜き出したものであり、実際は図1と同様に、MC2と複数の図7から構成される。
【0039】
図7において方向性結合素子5−11、5−12は、コネクタの両側に実装されている。各結合素子5−11、5−12には、各々異なるメインラインが接続され、従って各々異なるデータ線に対するデータ伝送の役割を担っている。コネクタ3−1の紙面右側の端子に対しては、結合素子5−11のサブライン用の端子S1が接続され、これを用いてデータ伝送を行う。コネクタ3−1に紙面左側の端子に対しては、結合素子5−12のサブライン用の端子S1が接続され、これを用いてデータ伝送を行う。
【0040】
図8に、大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対する表面層のみの信号配線、及びバス配線の等長配線を実現したシステム構成図を示す。尚、図8は図7におけるMother Board1の上面から見た図を示し、Mother Board1の表面層にレイアウトされたパターン、パッド外形、及び部品を示している。
【0041】
図8においてDQ1に対するデータ伝送に用いるメインラインは、配線6−11を介して結合素子5−11の端子M1に接続され、端子M2から次の結合素子に接続される。結合素子5−11の内部の結合器によって生成されたサブラインへの信号は端子S1から出力され配線7−11を介してコネクタ3−1に接続される。一方DQ2に対するデータ伝送に用いるメインラインは、配線6−12を介して結合素子5−12の端子M1に接続され、端子M2から次の結合素子に接続される。結合素子5−12のサブラインは結合素子5−12の端子S1から配線7−12を介してコネクタに接続される。以下DQ3〜DQ6も同様である。
【0042】
また、図8において、本実施例の方向性結合素子とコネクタに対し、
P1 ≧ P7+実装マージン ・・・(6)
を満たすようにシステム構成を行い、各メインライン・サブラインに対し、
P1 = P8 ・・・(7)
L1 = L2+L3−L1 ・・・(8)
を満たす配線を行う。ここに、P7は結合素子5−11、5−12の縦幅(図面縦方向)、P8は隣り合う結合素子から配線される2つのバス配線の配線間隔、L1は結合素子5−12の端子S1からコネクタの端子を繋ぐ配線7−12の配線長、L2は結合素子5−12の端子M1から結合素子5−11の端子M1までの配線長、L3は結合素子5−11の端子S1からコネクタの端子を繋ぐ配線7−11の配線長であり、実装マージンとは結合素子をMother Board1に実装するために必要な領域である。条件(6)〜(8)を満たすようにシステム構成を行うことによって、大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対して、ビアホールを介さない表面層のみの信号配線が実現される。従って、第1の課題で述べたノイズの発生源を無くす事ができ、大容量メモリモジュールを有する非接触バスシステムに対して、ノイズを減少させる効果が得られる。また、条件(7)、(8)を課した理由として、ノイズ低減に加え、MC2からメモリモジュールへ伝わる信号を同着に調整することも目的としており、これにより、各メモリチップにおける端子間スキューを低減させる効果が得られる。
【0043】
以上説明したように本実施例は、図8の条件(6)〜(8)を満たすシステム構成を行うことにより、図7に示した大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対して、ビアホールを一切介さない表面層のみの信号配線を実現している。これにより大容量メモリモジュールを搭載するバスシステムに対しても、ビアホールと信号配線が直角に結線されることによる電磁ノイズ等の第1の課題に記載したノイズの要因を無くしている。従って、大容量メモリモジュールを有する非接触バスシステムに対しても、ノイズを低減させる効果が得られる。
【0044】
第4の実施例として図9〜図11を用いて説明する。本実施例は、下記の条件(9)、(10)を満たす縦続型方向性結合素子を非接触バスシステムに用い、メモリモジュールと同一の面に実装することにより、低ノイズかつ高密度な非接触バスシステム
メモリモジュールの裏面に実装することにより、メモリモジュールの実装エリアが結合素子の幅に制限されない高密度実装を実現した非接触バスシステムを提供する実施例である。なお、縦続型方向性結合素子とは、素子内部で1つのメインラインが2つの方向性結合器を縦列に有する方向性結合素子である。
【0045】
図9において、縦続型の方向性結合素子の構造例を示す。縦続型方向性結合素子10−1は1つのメインラインが2つの結合器C1、C2を縦続的に有する方向性結合素子である。結合素子10−1は、メインライン用の入出力端子(M1、M2)、サブライン用の入出力端子2ビット分(S1、S2)、終端用端子2つ(Vtt)、及びグランド用端子3つ(VSS)を外部端子として有している。端子M1から配線されるメインラインは結合素子10−1内で2つの方向性結合器C1、C2を介して端子M2に繋がっている。各々の方向性結合器C1、C2は異なるサブラインを介して端子S1、S2に結線されている。また、各々のサブラインは終端抵抗Rttを介して端子Vttにも繋がっている。
【0046】
また、図9に於ける縦続型結合素子は、グランド層と信号層の2層で層構成されている。これは、第1の実施例に記載した1ビット結合素子(図4)と同様に、プリント基板上に配置された結合素子のインピーダンスが、プリント基板の厚みによって変化しないよう配線とグランド面の距離を固定することが目的である。これにより、結合素子内部の配線のインピーダンスを一定にし、MotherBoard1上の配線と結合素子内の配線間のインピーダンス不整合による反射ノイズを低減させる効果がある。
【0047】
図10(a)に縦続型結合素子をメモリモジュールと同一の面に実装し、表面層のみの信号配線を実現した非接触バスシステムのシステム断面図を示す。尚、メモリチップはメモリモジュールのどちらの面に搭載してもその働きを変えることがないので、図10に示すようなメモリチップが搭載されたメモリモジュール4−21〜4−24の組を用いても第1の実施例と同様の機能を実現できる。
【0048】
図10(a)において縦続型結合素子はMother Board1の上層に実装される。各結合素子10−1、10−2は同じメインラインを有している。MC2から引き出されるメインラインは配線6−21を介して縦続型結合素子10−1に接続され、縦続型結合素子内の結合器を通過した後、配線6−22に引き出される。配線6−22に引き出されたメインラインは同様にして縦続型結合素子10−2を介して抵抗Rtt、電位Vttで終端される。メモリモジュール4−21、4−22に対しては、縦続型結合素子10−1を用いてデータ伝送を行い、メモリモジュール4−23、4−24に対しては、縦続型結合素子10−2を用いてデータ伝送される。
【0049】
図11に縦続型結合素子をMother Board1の上面に実装し、表面層のみの信号配線、及び高密度実装を実現したシステム構成図を示す。
【0050】
図11において、メインライン6−21は縦続型結合素子10−1の端子M1に接続され、2つの方向性結合器を介して端子M2に引き出される。縦続型結合素子10−1の端子M2から引き出されたメインラインは、配線6−22を介して、図示されていない次の縦続型結合素子の端子M1に接続される。縦続型結合素子10−1の端子S1から引き出されるサブライン7−21は、コネクタ3−1に接続され、端子S2から引き出されるサブライン7−22は、コネクタ3−2に接続される。
【0051】
また、図11において、本実施例に使用する縦続型結合素子10−1、コネクタ3−1、及び実装・配線方式に対し、
P1 ≧ P9+実装マージン ・・・(9)
P1 = P10 ・・・(10)
を満たすようにシステム構成を行う。ここに、P9は縦続型結合素子10−1、10−2の縦幅(図面縦方向)、P10は隣り合う結合素子から配線される2つのバス配線の配線間隔である。条件(9)、(10)を満たすようにシステムを構成することによって、第1の実施例同様にビアホールを介さない表面層のみの信号配線を実現している。さらに、本実施例においては、1つの結合素子が縦列(ここで言う列とは、図11の図面縦方向のことである)に2ビット分の結合器を有しているため、例えば4つのメモリモジュールに対して、2列分の素子実装エリアしか必要としない。従って、非接触バスシステムに対するノイズ低減の効果に加え、メモリモジュールの実装エリアを高密度にする効果も得られる。
【0052】
図10(b)に縦続型結合素子を非接触バスシステムに於けるメモリモジュールの裏の面に実装し、メモリモジュールの実装エリアに対して結合素子の幅により設けられていた制限を緩和し、メモリモジュールの高密度実装を実現したシステム断面図を示す。
【0053】
図10(b)において、縦続型結合素子10−1、10−2はMother Board1の裏面(メモリモジュールが実装されている面と反対の面)に実装されている。MC2から配線されたメインラインはビアホールを介してMother Board1の最下層の配線6−21を通り縦続型結合素子10−1の端子M1に結線される。縦続型結合素子10−1の端子S1、S2から引き出されるサブライン7−21、7−22は、各々ビアホールを介してコネクタの信号用端子に結線される。このとき、縦続型結合素子10−1内の最初の結合器から配線されるサブライン7−21はメモリモジュール4−21に接続され、2番目の結合器から配線されるサブライン7−22はメモリモジュール4−22に接続される。縦続型結合素子10−1の端子M2から引き出されたメインライン6−22は、次の縦続型結合素子10−2の端子M1に結線される。同様にして縦続型結合素子10−2の端子S1、S2から引き出された各サブライン7−23、7−24はビアホール、及びコネクタ3−3、3−4を介してメモリモジュール4−23、4−24に接続され、端子M2から引き出されたメインライン6−23は、抵抗Rtt、電位Vttで終端される。
【0054】
尚、ここには示していないが、図10(b)における結合素子と配線方式に対し、図11における配線方式をMother Board1の裏面(メモリモジュールが実装されている面と反対の面)に対して行う。この場合、図11に於けるサブラインの配線7−21、7−22はビアホールを介してMohter Board1上面に実装されたコネクタ3−1、3−2の端子に接続される。条件(9)、(10)を満たす図11の配線・実装方式を、Mother Board1の裏面(メモリモジュールが実装されている面と反対の面)に対して行うことにより、メモリモジュールの実装間隔(図1のW1)を実装マージン(コネクタをMother Boardに実装するために必要な領域)程度まで縮めることが可能となる。すなわち、結合素子の幅に制限されないメモリモジュールの実装が可能となる。従って、メモリモジュールの実装エリアに設けられていた、第2の課題に記載した制限を無くす事ができ、非接触バスシステムに対しメモリモジュールを高密度実装できる効果が得られる。
【0055】
以上説明したように本実施例は、図9に示す縦続型結合素子10−1を用い、条件(9)、(10)を満たす図11に示したシステム構成を行う事によって、図10(a)に示すシステム構造を実現している。これにより、ビアホールを一切介さない表面層のみの信号配線を実現し、第1の実施例と同様に信号がビアホールを介する際に生じるノイズを無くす効果が得られる。さらに、本実施例では、1つのメインラインが有する結合素子の数を半分に削減しているため、メモリモジュールの実装エリアを高密度にする効果が得られる。
【0056】
また、図9に示す縦続型結合素子10−1を用い、条件(9)、(10)を満たす図11に示したシステムをMother Board1の裏面(メモリモジュールが実装されている面の反対の面)に構成することにより、図10(b)に示すシステム構造を実現している。これにより、メモリモジュールの実装エリアに設けられていた第2の課題に記載した制限が無くなり、メモリモジュールの実装エリアを高密度化する効果が得られる。
【0057】
また、本実施例は、メモリモジュール4−21〜4−24の片側にしかメモリチップを搭載しない例であるが、モジュールの両面にメモリチップを搭載したモジュールを用いてこれを実現しても良い。この場合、縦続型結合素子を図11(a)と(b)の両方の方式を用いて実装する。これは大容量メモリモジュールに対して、高密度実装を可能にする効果が得られる。
【0058】
第5の実施例として図14、図15を用いて説明する。本実施例は、Mother Board1においてメモリモジュールが実装されている部分の真裏の面に結合素子5−31を実装することにより、各メモリモジュールの実装エリアを高密度の実装エリアで実現した、大容量メモリモジュールを有する非接触バスシステムを提供する実施例である。
【0059】
図14に、大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対する高密度実装を実現するシステム断面図を示す。ただし、図14は全システムのうち、メモリモジュール1つ分のシステム構成部を抜き出したものであり、実際は図1と同様に、MC2と複数の図14から構成される。
【0060】
図14において結合素子5−31は、コネクタ3−1の裏側となるMother Board1の裏面に実装されている。メインライン6−31は、ここでは図示されていないMC2からビアホールを介してMother Board1の裏面に配線され、結合素子5−31の端子M1に接続される。結合素子5−31の端子M2から引き出されたメインライン6−33は、ここでは図示されていないが、次のメモリモジュール用の結合素子の端子M1に接続され、最終的に終端電圧Vttで終端される。一方、結合素子5−31、5−32の端子S1から引き出されたサブライン7−31、7−32は、ビアホールを介してコネクタ3−1の各信号用端子に接続される。
【0061】
図15に、大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対する高密度実装を実現するシステム構成図を示す。ただし、図15における裏面、表面は、各々Mother Board1の結合素子を配置する側(裏面)とメモリモジュールを配置する側(表面)を意味する。
図15においてDQ1に対するデータ伝送に用いるメインラインは、配線6−31を介して結合素子5−31の端子M1に結線され、端子M2から次の結合素子に接続される。結合素子5−31の内部の結合器によって生成されたサブラインへの信号は、端子S1からサブライン7−31、ビアホールを介して、再び表面層のサブライン7−31を通ってコネクタの信号用端子に伝搬される。一方DQ2に対するデータ伝送は、メインライン7−32及び結合素子5−32を用いて行われる。DQ1と同様にして結合素子5−32内部の結合器によって生成されたサブラインへの信号は、端子S1からサブライン7−32、ビアホールを介して、再び表面のサブライン7−32を通ってコネクタの信号用端子に伝搬される。ただし、結合素子5−31と5−32によって生成された信号は、各々コネクタの異なる列の端子(図面左側の端子か、または右側の端子)に伝搬されるように構成されている。
【0062】
また、図15において、本実施例の方向性結合素子とコネクタに対し、
P1 ≧ P11+LW+LS+実装マージン ・・・(11)
W4+実装マージン ≧ 2×W2+W3+実装マージン ・・・(12)
を満たすシステム構成を行う。ここに、P11は本実施例に用いる結合素子の縦幅(紙面縦方向)、LWは配線の配線幅、LSは配線の配線間間隔、W4はコネクタの横幅(紙面横方向)、W2は結合素子の横幅(紙面横方向)、W3は(紙面横方向に)隣り合う2つの結合素子の間隔であり、実装マージンとは、コネクタおよび結合素子をMother Board1に実装するために必要な領域である。条件(11)、(12)を満たすようにシステムを構成することによって、メモリモジュール1つ当たりの実装エリアを、“コネクタの横幅(W4)+実装マージン”まで縮小することが可能となる。従って、大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対して、メモリモジュールの高密度実装を実現する効果が得られる。
【0063】
以上説明したように本実施例は、条件(11)、(12)を満たす図15のシステム構成を行い、図14に示すように、方向性結合素子をMother Boardの裏面に実装することによって、大容量メモリモジュールの高密度実装を実現している。これにより、大容量メモリモジュールを搭載する非接触バスシステムに対しても、第2の課題で述べた実装エリアの制限を無くす事ができ、従ってメモリモジュールの高密度実装を実現する効果が得られる。
【0064】
本実施例によれば、結合素子の縦幅をコネクタの信号用端子間隔よりも短くし、かつ結合素子とコネクタを接続する信号配線のうち、隣り合う2つの信号配線の間隔とコネクタの信号用端子間隔が等しくなるようにシステム構成を行うことによって、信号配線をビアホールを介さない表面層のみの配線にすることが可能となり、低ノイズな非接触バスシステムを提供することができた。
【0065】
また、方向性結合素子をMother Boardの裏面に実装する事により、メモリモジュールの実装エリアが結合素子の幅に制限されない実装方式が可能となった。これにより、メモリモジュールを高密度実装した非接触バスシステムが実現される。
【0066】
【発明の効果】
本発明によれば、信号配線をビアホールを介さない表面層のみの配線にすることで、低ノイズな非接触バスシステムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例を説明する図
【図2】第1の実施例のシステム上面図
【図3】基板構成例の図
【図4】1ビット結合素子の素子構造例の図
【図5】第2の実施例のシステム上面図
【図6】他ビット結合素子の素子構造例の図
【図7】第3の実施例を説明する図
【図8】第3の実施例のシステム上面図
【図9】縦続型結合素子の素子構造例を説明する図
【図10】第4の実施例を説明する図
【図11】第4の実施例のシステム上面図
【図12】従来の方式におけるシステム構成図
【図13】従来の方式における基板構成図
【図14】第5の実施例を説明する図
【図15】第5の実施例の配線例を説明する図
【符号の説明】
1…プリント基板(マザーボード)、2…メモリコントローラ(部)、3−1〜3−4…コネクタ(部)、4−1〜4−4、4−21〜4−24…片面実装型メモリモジュール(部)、4−11…両面実装型メモリモジュール、5−1〜5−4、5−11、5−12、5−21〜5−24、5−31、5−32、5−1´…1ビット結合素子、6−1〜6−4、6−9、6−11、6−12、6−21〜6−24、6−31〜6−34…メインラインの配線、7−1〜7−3、7−11、7−12、7−21〜7−24、7−31、7−32…サブラインの配線、9−1、9−2…4ビット結合素子、10−1、10−2…縦続型結合素子、11−1〜11−4…従来の方式の結合素子、12−1、12−2…従来の方式の基板、13−1〜13−6…信号線
Claims (13)
- メモリコントローラと、メモリモジュールを有するコネクタと、前記メモリコントローラと前記コネクタとを接続する半導体装置を有するバスシステムであって、
前記半導体装置は、主結合線路と副結合線路から成る方向性結合器と、前記メモリコントローラから出力される第1の信号を入力する第1の端子と、前記第1の信号を前記方向性結合器により前記主結合線路から前記副結合線路へ伝播された第2の信号を前記メモリモジュールへ出力する第2の端子とを有し、
前記コネクタは、複数の前記半導体装置を接続するための複数の信号端子を有し、
前記コネクタの複数の信号端子のうちの隣り合う2つの信号用端子の間隔は、前記複数の半導体装置のうちの隣り合う2つの半導体装置の第2の端子の間隔と等しいことを特徴とするバスシステム。 - 請求項1記載のバスシステムであって、
前記コネクタと前記第2の端子を接続する信号線は、マザーボードの表面層に配線され、内層にはグランド層と電源層を積層したことを特徴とするバスシステム。 - 請求項1記載のバスシステムであって、
前記半導体装置の前記第2の信号端子が配置される方向と垂直方向の幅は、前記コネクタの複数の信号端子のうちの隣り合う2つの信号用端子の間隔以下であることを特徴とするバスシステム。 - 請求項1記載のバスシステムであって、
前記メモリコントローラと前記複数の半導体装置は、それぞれの半導体装置が接続される複数の経路により接続され、
前記複数の経路のうちの各経路を構成する、前記メモリコントローラと前記第1の信号端子を接続する第1の信号線と前記第2の信号端子と前記コネクタの信号端子を接続する第2の信号線との長さの和は、前記複数の経路においてほぼ同じ長さとし、
前記メモリコントローラから同時に出力された複数の信号が、前記メモリモジュールに搭載された複数の集積回路に同じサイクルで到達するよう配線したことを特徴とするバスシステム。 - 請求項1記載のバスシステムであって、
前記半導体装置は、主結合線路と副結合線路から成る方向性結合器、前記主結合線路が接続され、前記メモリコントローラから出力される信号を入力する第1の端子、前記コネクタを接続する第2の端子の組を複数組有し、
前記複数組のうちの隣り合う組のうちの前記第2の端子の端子間隔と該コネクタの信号用端子の端子間隔が等しくなるように構成されることを特徴とするバスシステム。 - 請求項1記載のバスシステムであって、
前記主結合線路は第3の端子に接続され、前記第1の端子から入力した信号を前記第3の端子を介して他の半導体装置へ転送することを特徴とするバスシステム。 - 請求項1記載のバスシステムであって、
前記半導体装置は、他の副結合線路をさらに有し、前記他の副結合線路は第4の端子に接続され、前記主結合線路から前記他の副結合線路へ伝播された第3の信号を前記4の端子を介して他のメモリモジュールへ転送することを特徴とするバスシステム。 - メモリコントローラと、メモリモジュールを有し、複数の信号端子を有するコネクタと、前記メモリコントローラと前記コネクタとを接続する半導体装置であって、
主結合線路と副結合線路から成る方向性結合器と、前記メモリコントローラから出力される第1の信号を入力する第1の端子と、前記第1の信号を前記方向性結合器により前記主結合線路から前記副結合線路へ伝播された第2の信号を前記メモリモジュールへ出力する第2の端子とを有し、
前記コネクタの複数の信号端子のうちの隣り合う2つの信号用端子の間隔は、前記複数の半導体装置のうちの隣り合う2つの半導体装置の第2の端子の間隔と等しいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置であって、
グランド層と信号層の2層以上の電気伝導素材と、1層以上の絶縁素材を積層したことを特徴とする半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置であって、
前記第2の信号端子が配置される方向と垂直方向の幅は、前記コネクタの複数の信号端子のうちの隣り合う2つの信号用端子の間隔以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置であって、
主結合線路と副結合線路から成る方向性結合器、前記主結合線路が接続され、前記メモリコントローラから出力される信号を入力する第1の端子、前記コネクタを接続する第2の端子の組を複数組有し、
前記複数組のうちの隣り合う組のうちの前記第2の端子の端子間隔と該コネクタの信号用端子の端子間隔が等しくなるように構成されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置であって、
前記主結合線路は第3の端子に接続され、前記第1の端子から入力した信号を前記第3の端子を介して他の半導体装置へ転送することを特徴とする半導体装置。 - 請求項8記載の半導体装置であって、
前記半導体装置は、他の副結合線路をさらに有し、前記他の副結合線路は第4の端子に接続され、前記主結合線路から前記他の副結合線路へ伝播された第3の信号を前記4の端子を介して他のメモリモジュールへ転送することを特徴とする半導体装置。
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