JP2005251965A - 基板の接続構造 - Google Patents

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Yasuhiro Yamanaka
康弘 山中
Toru Tateishi
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Abstract

【課題】送信側のドーターボードからバックボードを経由して受信側のドーターボードへ伝送する複数信号の信号伝送遅延コントロールを簡略な構成で実現する基板の接続構造を得ること。
【解決手段】信号送信側ドーターボードおよび信号受信側ドーターボードを、ピン長に長短があるコネクタを介してバックボードに接続する基板の接続構造であって、前記送信側ドーターボードと前記バックボードとを接続するコネクタのピンと、前記受信側ドーターボードと前記バックボードとを接続するコネクタのピンが逆の配列にアサインされ、前記ドーターボードおよびバックボードにおいて信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線が、前記信号送信側ドーターボード内、信号受信側ドーターボード内および前記バックボード内において等長配線されていることを特徴とする。
【選択図】 図3

Description

本発明は、基板の接続構造に関し、特に回路等が搭載された送信側ドーターボードおよび受信側ドーターボードと、ドーターボード間を信号伝送させるためのバックボードと、をコネクタを用いて接続する接続構造に関する。
従来、通信機器などの電子機器を接続する接続方法としては、たとえば、回路が搭載された基板(ドータボード)とバックプレーンとを接続する接続方法として、バックプレーンに両面コネクタを設け、ドーターボードに設けられたコネクタをバックプレーンの裏面側で一対の変換コネクタを介して両面コネクタに接続するようにしたものがある。ここで一対の変換コネクタは、配線長が等長とされるとともにインピーダンスが整合された配線を備えた可撓性基板が挿入されて接続され、これによりバックプレーンおよびドーターボードとを接続した際に、バックプレーンおよびドーターボードの両サイドの信号ピンの位置が逆に変換される(たとえば特許文献1参照)。この従来技術では、上記の構成により伝送信号の劣化を防ぎ、測定及び保守を行うことのできる基板の接続構造を提供することを目的としている。
特開平02−295197号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、信号の測定と保守を目的として可撓性基板を新たに製作してバックプレーン側の変換コネクタとドーターボード側の変換コネクタとの間に挿入している。そのため、基板の接続構造が複雑になり、製造コストおよび製造工数の増大につながるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信側のドーターボードからバックボードを経由して受信側のドーターボードへ伝送する複数信号の信号伝送遅延コントロールを簡略な構成で実現する基板の接続構造を得ることを目的とする。また、ドーターボードおよびバックボードの設計の簡略化が可能とする基板の接続構造を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる基板の接続構造は、信号送信側ドーターボードおよび信号受信側ドーターボードを、ピン長に長短があるコネクタを介してバックボードに接続する基板の接続構造であって、送信側ドーターボードとバックボードとを接続するコネクタのピンと、受信側ドーターボードとバックボードとを接続するコネクタのピンが逆の配列にアサインされ、ドーターボードおよびバックボードにおいて信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線が、信号送信側ドーターボード内、信号受信側ドーターボード内およびバックボード内において等長配線されていること、を特徴とする。
この発明によれば、送信側ドーターボードとバックボードとを接続するコネクタのピンと、受信側ドーターボードとバックボードとを接続するコネクタのピンが逆の配列にアサインされることにより、各信号が通過するコネクタ長が等しくされる。また、各ボード内の信号配線を等長配線するため、各信号が通過する配線長が等しくされる。
この発明によれば、送信側のドーターボードからバックボードを経由して受信側のドーターボードへ伝送する複数信号の信号伝送遅延をコントロール(一致)させて、信号間の遅延差を効果的に低減することができ、信号を送信側のドーターボードから受信用のドーターボードまで同じ遅延で伝送させることができるという効果を奏する。また、ドーターボードおよびバックボードを設計する際に、他のボードにおけるコネクタピン長に起因した信号間遅延差、すなわち遅延の許容量を考慮することなく設計することができ、各ボードの設計の簡略化を図ることができるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかる基板の接続構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる基板の接続構造の実施の形態1の基板の接続構造の概要を示す斜視図である。図2は、実施の形態1の基板の接続構造概要を示す図であり、図1を上方から見た上面図である。図1において、ドーターボード10は、送信用のLSI(large scale integration)11が搭載された、信号を送信する側(送信側)の回路搭載基板である。また、ドーターボード30は、受信用のLSI31が搭載された、信号を受信する側(受信側)の回路搭載基板である。また、バックボード20は、ドーターボード10とドーターボード30との間を信号伝送させるための配線を搭載した基板である。
このドーターボード10とバックボード20とは、ドーターボード10の外縁部に設けられたコネクタ13と、バックボード20においてドーターボード10側の外縁部に設けられたコネクタ14とが接続することにより、該ドーターボード10とバックボード20とが接続されている。
また、同様にドーターボード30とバックボード20とは、ドーターボード30の外縁部に設けられたコネクタ33と、バックボード20においてドーターボード30側の外縁部に設けられたコネクタ34とが接続することにより、該ドーターボード30とバックボード20とが接続されている。
ここで、送信側のドーターボード10では、送信用のLSI11とコネクタ13とが、略平行に等長配線された信号配線12A1、12A2、12A3、12B1、12B2および12B3により接続されている。同様に受信側のドーターボード30では、受信用のLSI31とコネクタ33とが、信号配線32A1、32A2、32A3、32B1、32B2および32B3により接続されている。
図3は、バックボード20上に信号配線22A1、22A2、22A3、22B1、22B2、22B3を配した状態を模式的に示した図である。ここで、送信側のコネクタ14のコネクタピン21A1と受信側のコネクタ34のコネクタピン23A1とが、等長配線された信号配線22A1により接続されている。送信側のコネクタ14のコネクタピン21A2と受信側のコネクタ34のコネクタピン23A2とが、等長配線された信号配線22A2により接続されている。送信側のコネクタ14のコネクタピン21A3と受信側のコネクタ34のコネクタピン23A3とが、等長配線された信号配線22A3により接続されている。
同様に、送信側のコネクタ14のコネクタピン21B1と受信側のコネクタ34のコネクタピン23B1とが、等長配線された信号配線22B1により接続されている。送信側のコネクタ14のコネクタピン21B2と受信側のコネクタ34のコネクタピン23B2とが、等長配線された信号配線22B2により接続されている。送信側のコネクタ14のコネクタピン21B3と受信側のコネクタ34のコネクタピン23B3とが、等長配線された信号配線22B3により接続されている。また、信号配線22B1、信号配線22B2および信号配線22B3は、図3に示すように配線長調整部24を設けることにより等長配線がなされている。
ドーターボード10の信号配線12A1は、バックボード20に配された信号配線22A1を介してドーターボード30の信号配線32A1に接続されている。ドーターボード10の信号配線12A2、12A3は、それぞれバックボード20の信号配線22A2、22A3を介してドーターボード30の信号配線32A2、32A3に接続されている。また、ドーターボード10の信号配線12B1は、バックボード20の信号配線22B1を介してドーターボード30の信号配線32B1に接続されている。そして、ドーターボード10の信号配線12B2、12B2は、それぞれバックボード20の信号配線22B2、22B3を介してドーターボード30の信号配線32B2、32B3に接続されている。
以上のような構成により、ドーターボード10とバックボード20とドーターボード30とが接続され、ドーターボード10からバックボード20を介してドーターボード30に信号伝送をすることが可能とされている。
また、コネクタピン21およびコネクタピン23の配列は、図3に示すように左右二列の縦列を有する構成とされている。そして、コネクタピン21においては、左側の列のコネクタピンは図2に示すように長いコネクタピン13Lに対応し、右側のコネクタピンは、短いコネクタピン13Sに対応する。また、同様にコネクタピン23においては、左側の列のコネクタピンは図2に示すように長いコネクタピン33Lに対応し、右側のコネクタピンは、短いコネクタピン33Sに対応する。
そして、送信側のコネクタピン21と受信側コネクタピンの23とは所定の規則に基づき、逆の配列にアサインされている。本実施例においては、送信側のコネクタピン21のの左側の縦列をAの列、右側の縦列をBの列とすると、受信側のコネクタピン23では、Aの列とBの列とが逆の配置とされている。すなわち、送信側のコネクタピン21(21A1、21A2、21A3、21B1、21B2、21B3)は、左側の列にコネクタピン21A*(*は1〜3の整数)が配列され、右側の列にコネクタピン21B*(*は1〜3の整数)が配列されている。一方、受信側のコネクタピン23(23A1、23A2、23A3、23B1、23B2、23B3)は、左側の列にコネクタピン23B*(*は1〜3の整数)が配列され、右側の列にコネクタピン23A*(*は1〜3の整数)が配列されている。
このようにアサインすることにより、送信側のLSI11から信号配線12A1を通って伝送される信号は、送信側のコネクタ13では長いコネクタピン13Lを通り、受信側のコネクタ33では短いコネクタピン33Sを通る。同様に、送信側のLSI11から信号配線12A2、12A3を通って伝送される信号は、コネクタ13では長いコネクタピン13Lを通り、受信側のコネクタ33では短いコネクタピン33Sを通る。
一方、送信側のLSI11から信号配線12B1を通って伝送される信号は、送信側のコネクタ13では短いコネクタピン13Sを通り、受信側のコネクタ33では長いコネクタピン33Lを通る。同様に、送信側のLSI11から信号配線12B2、12B3を通って伝送される信号は、コネクタ13では短いコネクタピン13Sを通り、受信側のコネクタ33では長いコネクタピン33Lを通る。
そして、この構成においては、送信側のコネクタピン21と受信側コネクタピンの23と逆の配列にアサインすることにより、送信側のコネクタピン21の各信号が2つのコネクタ13および33内で通過する距離、すなわちコネクタピン長は、全て等しくなる。たとえば、長いコネクタピン13Lのコネクタピン長を2、短いコネクタピン13Sのコネクタピン長を1、長いコネクタピン33Lのコネクタピン長を2、短いコネクタピン33Sのコネクタピン長を1と仮定する。本発明においては、コネクタ13とコネクタ33とで、コネクタピンを逆の配列にアサインするが、コネクタピンの長さの変更を行っていない。したがって、コネクタ13の長いコネクタピン13Lのコネクタピン長と、コネクタ33の長いコネクタピン33Lのコネクタピン長とは、同じ長さである。同様に、コネクタ13の短いコネクタピン13Sのコネクタピン長と、コネクタ33の短いコネクタピン33Sのコネクタピン長とは、同じ長さである。
上述したように、送信側のLSI11から信号配線12A1、12A2、12A3を通って伝送される信号は、送信側のコネクタ13では長いコネクタピン13Lを通り、受信側のコネクタ33では短いコネクタピン33Sを通る。この場合、各信号が2つのコネクタ内で通過するコネクタピン長の合計は、「2(長いコネクタピン13Lのコネクタピン長)+1(短いコネクタピン33Sのコネクタピン長)=3」となる。
一方、送信側のLSI11から信号配線12B1、12B2、12B3を通って伝送される信号は、送信側のコネクタ13では短いコネクタピン13Sを通り、受信側のコネクタ33では長いコネクタピン33Lを通る。この場合、各信号が2つのコネクタ内で通過するコネクタピン長の合計は、「1(短いコネクタピン13Sのコネクタピン長)+2(長いコネクタピン33Lのコネクタピン長)=3」となる。
したがって、上述したような構造によりドーターボード10とドーターボード30とをバックボード20を介して接続することにより、送信側のLSI11から送信され、受信側のLSI31で受信される各信号間の、コネクタ内を通過する際のコネクタピン長に起因した信号遅延差をほぼ0とすることができ、コネクタピン長に起因した各信号間の信号遅延差を効果的に減少することができる。
また、上述した構造では、ドーターボード10、バックボード20およびドーターボード30において、それぞれ信号配線を等長配線(正確には等電気長配線)している。したがって、ドーターボード10からバックボード20、ドーターボード30の信号伝送経路において、各信号が通過する全信号配線長は等しく構成されている。これにより、送信側のLSI11から送信され、受信側のLSI31で受信される各信号間の、信号配線長に起因した信号遅延差はほぼ0とされている。
したがって、本発明においては、上述したように送信側のコネクタピン21と受信側コネクタピンの23とを逆の配列にアサインし、且つドーターボード10、バックボード20およびドーターボード30において、それぞれ信号配線を等長配線(正確には等電気長配線)することにより、複数信号間の遅延差を効果的に低減することができ、信号を送信用LSI11から受信用LSI31に同じ遅延で伝送させることができるという効果を奏する。そして、この発明によれば、簡略な構成で上記の効果を得ることができるため、製造コストおよび製造工数の増大が生じることがない。
また、ドーターボード10、バックボード20およびドーターボード30をそれぞれ設計する際に、他のボードにおけるコネクタピン長に起因した信号間遅延差、すなわち遅延の許容量を考慮することなく、信号配線を等長配線(正確には等電気長配線)すればよいため、ドーターボード10、バックボード20およびドーターボード30の設計を行う際に、各ボードの設計の簡略化を図ることができるという効果を奏する。
なお、上記においては、6信号を例に説明しているが、信号数は限定されるものではない。また、コネクタは2列の例を示しているが、3列(例えばA列、B列、C列)では、2つのコネクタ間のA列とC列のピンアサインを逆にしてB列はそのまま配線する。4列(例えばA列〜D列)では、2つのコネクタ間のA列とD列、B列とC列のピンアサインを逆にする。それ以上の列数においても同様である。
また、上記においては、信号を送信する側(送信側)のドーターボード10の外縁部に設けられたコネクタ13と、バックボード20においてドーターボード10側の外縁部に設けられたコネクタ(図示せず)とを接続することにより、該ドーターボード10とバックボード20とを接続した場合について説明したが、本発明においては、1つのコネクタによりドーターボード10とバックボード20とを接続する形態を取ることも可能である。この場合も、コネクタ内でのコネクタピン長の差を無くし、各ボードにおいて信号配線を等長配線することにより上記と同様の効果を得ることができる。
また、同様に本発明においては、1つのコネクタによりドーターボード30とバックボード20とを接続する形態を取ることも可能である。この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
実施の形態2.
図4は、送信側ドーターボード10、バックボード20および受信側ドーターボード30において使用する層構成の一例を示す要部断面図である。図4は、図1の線分A−Aにおける縦断面図を示している。図4に示す層構成40aは、マイクロストリップライン構成と呼ばれる層構成であり、上層に導体からなる信号配線41A1、41A2、41A3、41B1、41B2、41B3が配置され、下層に電源もしくはGNDベタ層42があり、その中間には誘電体43が配置された構成である。
また、図5も、送信側ドーターボード10、バックボード20および受信側ドーターボード30において使用する層構成の一例を示す要部断面図である。図5は、図1の線分A−Aにおける縦断面図を示している。図5に示す層構成40bは、ストリップライン構成と呼ばれる層構成であり、導体からなる信号線41A1、41A2、41A3、41B1、41B2、41B3と誘電体43とが2枚のリファレンス平面44に挟まれた構成である。
このようなマイクロストリップライン構成40aとストリップライン構成40bとでは単位配線長あたりの信号伝送遅延が異なる。このため、信号伝送遅延をコントロールする、すなわち一致させる複数の信号配線を、ある信号配線はマイクロストリップライン構成40aで配線し、他の信号配線はストリップライン構成40bで配線するなど、異なる層構成で配線した場合、信号伝送遅延をコントロールするべき信号配線間において信号伝送遅延が生じてしまう。したがって、信号伝送遅延をコントロールする、すなわち一致させる信号配線を全て同じ層構成で配線することにより、層構成の違いに起因した信号伝送遅延の発生を防止し、かつ実施の形態1において説明した本発明の効果を得ることができるという効果を奏する。
実装の形態3.
図6は、送信側ドーターボード10、バックボード20および受信側ドーターボード30で使用する多層ボードの全体層構成50の一例を示す要部断面図である。信号伝送遅延をコントロールする、すなわち一致させる必要のある信号配線数が多い場合には、それらの信号配線を1層だけに等長配線することは困難である。このような場合には、それらの信号配線を複数の異なる層に分割して等長配線することが可能である。ただし、この場合は、同じ層構成で配線することが必要である。これは、実施の形態2で説明した理由によるものであるため、詳細な説明は上記を参照することとしてここでは省略する。
たとえば、ストリップライン構成により複数の信号配線を等長配線する場合には、図6に示すようにストリップライン構成51と、該ストリップライン構成51と同じ層構成の別のストリップライン構成52と、に分割して信号配線の等長配線を行う。図6においては、信号配線53A1、53A2、53A3をストリップライン構成51において等長配線し、信号配線53B1、53B2、53B3をストリップライン構成52において等長配線した例を示している。
このような配線を施した場合には、信号配線53A1、53A2、53A3および信号配線53B1、53B2、53B3は、同じ層構成で等長配線されているため、単位配線長あたりの信号伝送遅延に差異が生じることが無く、上述した本発明の効果を確実に得ることができる。また、信号配線を複数の異なる層に分割して等長配線するにより、信号配線の配置の設計においての自由度が高くなるという効果を奏する。
実装の形態4.
図7は、送信側ドーターボード10と受信側ドーターボード30において、許容スキュー値を設けた場合の一例を示す概念図である。この図7では、送信側ドーターボード10と受信側ドーターボード30において、信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線の配線長の差60を、送信側ドーターボード10からバックボード20を介して受信側ドーターボード30までの全信号伝送経路における許容スキュー値の1/2以内とした例を示している。
送信側ドーターボード10と受信側ドーターボード30の信号配線の配線密度は略同等であるため、各々のドーターボード設計に対して略均等に許容スキュー値を設けることが可能である。この場合、送信側ドーターボード10に許容する許容スキュー値と受信側ドーターボード30に許容する許容スキュー値の合計が送信側ドーターボード10からバックボード20を介して受信側ドーターボード30までの全信号伝送経路における許容スキュー値を超えないように、それぞれに許容する許容スキュー値を全信号伝送経路における許容スキュー値の1/2以内とする。
このように、あらかじめ許容スキュー値を設定することにより、他のボードにおける信号間遅延差、すなわち遅延の許容量を考慮することなく、信号配線を等長配線(正確には等電気長配線)すればよいため、ドーターボードの設計を行う際に、各ボードの設計の簡略化を図ることができるという効果を奏する。なお、スキュー値は時間の差で考え、一般の近似計算式などにより配線長差に置き換えることができるが、詳細な説明は省略する。
以上のように、本発明にかかる基板の接続構造は、信号送信側ドーターボードおよび信号受信側ドーターボードを、ピン長に長短があるコネクタを介してバックボードに接続する場合に有用であり、特に、数Gbps(ギガ bit/second)伝送システムに適している。
この発明の実施の形態1にかかる基板の接続構造の概要を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1にかかる基板の接続構造概要を示す図であり、図1を上方から見た上面図である。 バックボード上に信号配線を配した状態を模式的に示した図である。 送信側ドーターボード、バックボードおよび受信側ドーターボードにおいて使用する層構成の一例を示す要部断面図である。 送信側ドーターボード、バックボードおよび受信側ドーターボードにおいて使用する層構成の一例を示す要部断面図である。 送信側ドーターボード、バックボードおよび受信側ドーターボードで使用する多層ボードの全体層構成の一例を示す要部断面図である。 送信側ドーターボードと受信側ドーターボードにおいて、許容スキュー値を設けた場合の一例を示す概念図である。
符号の説明
10 送信側ドーターボード、
11 送信側LSI、
12A1、12A2、12A3 送信側ドーターボード上の信号配線、
12B1、12B2、12B3 送信側ドーターボード上の信号配線、
13 送信側ドーターボード上のコネクタ、
20 バックボード、
21 バックボード上の送信側コネクタピン、
22A1、22A2、22A3 バックボード上の信号配線、
22B1、22B2、22B3 バックボード上の信号配線、
23 バックボード上の受信側コネクタピン、
24 配線長調整部、
30 受信側ドーターボード、
31 受信側LSI、
32A1、32A2、32A3 受信側ドーターボード上の信号配線、
32B1、32B2、32B3 受信側ドーターボード上の信号配線、
33 受信側ドーターボード上のコネクタ、
40a マイクロストリップライン構成、
40b ストリップライン構成、
41A1、41A2、41A3 信号配線、
41B1、41B2、41B3 信号配線、
42 電源もしくはGNDベタ層、
50 多層ボードの全体層構成、
51 多層ボードのストリップライン構成、
52 多層ボードの別ストリップライン構成、
53A1、53A2、53A3 信号配線、
53B1、53B2、53B3 信号配線、
60 ボード伝送全体の許容スキュー値の1/2以内での配線長差。

Claims (12)

  1. 信号送信側ドーターボードおよび信号受信側ドーターボードを、ピン長に長短があるコネクタを介してバックボードに接続する基板の接続構造であって、
    前記送信側ドーターボードと前記バックボードとを接続するコネクタのピンと、前記受信側ドーターボードと前記バックボードとを接続するコネクタのピンが逆の配列にアサインされ、
    前記ドーターボードおよびバックボードにおいて信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線が、前記信号送信側ドーターボード内、信号受信側ドーターボード内および前記バックボード内において等長配線されていること、
    を特徴とする基板の接続構造。
  2. 前記信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線が、前記ドーターボード上において同じ層構成で等長配線されること
    を特徴とする請求項1に記載の基板の接続構造。
  3. 前記層構成がマイクロストリップライン構成であること
    を特徴とする請求項2に記載の基板の接続構造。
  4. 前記層構成がストリップライン構成であること
    を特徴とする請求項2に記載の基板の接続構造。
  5. 前記信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線が、前記ドーターボード上において同じ層構成で異なる層に等長配線されること
    を特徴とする請求項2に記載の基板の接続構造。
  6. 前記層構成がストリップライン構成であること
    を特徴とする請求項5に記載の基板の接続構造。
  7. 前記信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線が、前記バックボード上において同じ層構成で等長配線されること
    を特徴とする請求項1に記載の基板の接続構造。
  8. 前記層構成がマイクロストリップライン構成であること
    を特徴とする請求項7に記載の基板の接続構造。
  9. 前記層構成がストリップライン構成であること
    を特徴とする請求項7に記載の基板の接続構造。
  10. 前記信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線が、前記バックボード上において同じ層構成で異なる層に等長配線されること
    を特徴とする請求項7に記載の基板の接続構造。
  11. 前記層構成がストリップライン構成であること
    を特徴とする請求項10に記載の基板の接続構造。
  12. 前記送信側ドーターボードおよび受信側ドーターボードにおいて、前記信号伝送遅延を一致させる必要のある複数の信号配線の配線長の差を、前記送信側ドーターボードから前記受信側ドーターボードまでの全信号伝送経路における許容スキュー値の1/2以内とすること
    を特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の基板の接続構造。

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