JP2009129078A - 拡張ボードライザ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳ等の高速Ｉ／Ｆ用の信号数の多いスロットを複数搭載可能な拡張ボードライザを提供する。
【解決手段】マザーボード４０と接続するコネクタ３０と、拡張ボードと接続するスロット２０Ａと、コネクタ３０の信号線とスロット２０Ａの信号線とを配線する基板１０とを有する拡張ボードライザにおいて、貫通ビアが設けられた基板１０の片面方向から、貫通ビアに配線の接続をするピンを接続することによりコネクタ３０の信号線とスロット２０Ａの信号線とを配線する。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡張ボードライザに係り、特に、ＰＣＩ規格に準拠したスロットを備えた拡張ボードライザに関する。

近年、ＰＣ、サーバ等の情報処理装置においては、業界標準の拡張ボードとしてＰＣＩ規格に準拠したカードを搭載可能とする構成が一般的である。小型、高密度実装を特徴とする高さ２Ｕサイズ（８９ｍｍ）のような薄型筐体を用いたサーバでは、筐体よりもＰＣＩカードのサイズが大きいため、マザーボードの垂直方向にＰＣＩカードを搭載することができない。このような場合、ＰＣＩ規格のスロットを搭載するＰＣＩライザを用いて、マザーボードに垂直に接続する小型の基板上に、ＰＣＩカードをマザーボードと平行に実装することが多い。ＰＣＩカードは、ＰＣＩ規格に定められたＬｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅサイズであれば高さ２Ｕ以内に納まるが、サポートするＰＣＩカードの種類を増やす場合には、拡張ボードはライザ状の構造であることが重要となる。

そこで、各社より種々のＰＣＩライザが製品化されている。これらのＰＣＩライザのコネクタは、通常、ＰＣＩカードと同様な構造であるエッジコネクタであり、非特許文献１には、エッジコネクタの一例が記載されている。エッジコネクタの特徴は、複雑な構造が不要であり安価なことである。しかし、エッジコネクタは、コンタクトピッチがＰＣＩ規格のスロットと同等で基板の表裏面のみの接触により接続するため、信号本数に応じて基板の幅を広くする必要がある。

エッジコネクタ部が、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳ規格のインタフェースの８レーンに対応して、ライザ上で４レーン用の２個のスロットを接続する構成のＰＣＩライザが知られている。この程度の信号数であれば特に問題とならないが、今後の普及が予想される８レーン以上の信号数を持つＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳ規格のスロットを複数個搭載する場合では、エッジコネクタの幅が広くなってしまい、高密度実装に対して支障となる。また、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳは、高速差動インタフェースであり、インピーダンス不整合のない配線によってデバイス間を１対１に接続することが前提となっている。特に、配線長が長く伝送損失が大きい場合、数ｍｍの基板厚さ程度のわずかな分岐配線によるインピーダンス不整合が波形品質に影響を及ぼしてしまう。

一般に、基板内の異なる信号層間を接続する場合や、コネクタのピンと信号層を接続する場合に、安価な貫通ビアを用いることが多い。非特許文献１には、貫通ビア(同文献においてはスルーホールビアと称している)において信号伝送経路に対する余分な分岐部分であるスタブに関して記載されており、貫通ビアにピンを挿入するタイプの高密度、高速信号対応コネクタのスタブ長による伝送特性の違いについて示されている。また、ブラインドビアやバックドリル等のスタブを削減する技術は貫通ビアに対して高コストとなる点についても記載されている。

Lawrence Williams、Ph.D.(Ansoft Corporation)、"高バンド幅FPGA用高速インターコネクトの設計"Xilinx社、Xcell Journal 日本語版、2004年、49号、「http://japan.xilinx.com/xcell/xl49/xcell_49_04.pdf」平成19年4月2日検索

しかしながら、エッジコネクタを用いて、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳの８レーンや１６レーンなどの信号数の多いスロットを複数搭載可能なＰＣＩライザを構成する場合、以下のような問題がある。

図５は、エッジコネクタを備えた拡張ボードライザにおいて、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳの信号数の多いスロットをエッジコネクタに接続する場合の配線例を示す図である。

拡張ボードライザは、拡張ボードライザ本体１１、スロット２１Ａ、スロット２１Ｂ及びエッジタイプコネクタ６０から構成されている。スロット２１Ａ及びスロット２１Ｂは、拡張カードの差込口である。エッジタイプコネクタ６０は、マザーボードと拡張ボードライザ本体１１とを接続する。

スロット２１Ｂとエッジコネクタ６０との接続は、スロット２１Ｂのピンとエッジコネクタ６０のコンタクトピッチが同等であるため、直線で最短距離の配線が可能である。一方、スロット２１Ａとエッジコネクタ６０とを接続する場合は、スロット２１Ｂと接続するコンタクト部以外の部分と接続するために、横方向(エッジコネクタ６０に沿った方向)の配線が必要となる。

ここで、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳにおける差動信号の波形品質を確保するためには、差動インピーダンスやクロストークノイズ等の影響を考慮し、ペアとなるＰ極、Ｎ極信号間の配線間隔およびペア信号と他のペア信号との配線間隔をある一定値より狭めることはできない。よって、横方向に配線する場合、配線領域が重なり合わないように、複数の信号層に分けて配線する必要があり、図５のように、３層の信号層が必要となってしまう。

また、拡張ボードライザ１１の高さが低い場合やＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳのレーン数やスロット数が多い場合には、さらにエッジコネクタ６０の幅を広くして、信号層数を増やす必要がある。

以上のように、エッジコネクタ６０を使用すると、拡張ボードライザ１１の基板の幅が広くなり、マザーボード上の部品レイアウトや装置としての構造上の制約が厳しくなり、高密度実装の障害になると共に、拡張ボードライザ１１の基板層数が増え、高コストとなるという問題がある。

本発明の目的は、低コストで、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳ等の高速Ｉ／Ｆ用の信号数の多いスロットを複数搭載可能な拡張ボードライザを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の拡張ボードライザは、マザーボードと接続するコネクタと、拡張ボードと接続するスロットと、該コネクタの信号線と該スロットの信号線とを配線する基板とを有する拡張ボードライザにおいて、貫通ビアが設けられた該基板の片面方向から、該貫通ビアに配線の接続をするピンを接続することにより該コネクタの信号線と該スロットの信号線とを配線するように構成することができる。

また、該コネクタ及び該スロットは該基板の同一面上にあって、複数の該ピンが配置される方向は、該コネクタと該スロットとを配線する配線方向に対して直交する方向であるように構成することができる。

本発明によれば、低コストで、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳ等の高速Ｉ／Ｆ用の信号数の多いスロットを複数搭載可能な拡張ボードライザを提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。
［実施例１］
図１は、本実施例による拡張ボードライザの構成例を示す外観斜視図である。

拡張ボードライザは、基板１０、スロット２０Ａ、スロット２０Ｂ及びコネクタ３０から構成され、コネクタ３０を介してマザーボード４０上に搭載されている。スロット２０Ａ及びスロット２０Ｂは、拡張カードの差込口である。コネクタ３０は、Ｒｉｇｈｔ Ａｎｇｌｅタイプのコネクタである。尚、基板１０の説明は、図２を用いて後述する。

図２は、マザーボード４０上に搭載された拡張ボードライザの断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。

基板１０は、コネクタ３０の信号線とスロット２０Ａ及びスロット２０Ｂの信号線とを配線する配線領域を備えており、配線は、スルーホール１２、スルーホール１９、ピン１５及びピン１８によって行われる。スルーホール１２、１９は、配線を繋ぐための基板１０を貫く穴である。ピン１５、１８は、スルーホール１２、１９内で配線を接続するための部材である。また、拡張カードと基板１０とを接続するため、スロット２０Ａは接続部２０１、スロットＢは接続部２０２を備えている。

ここで、平面図（Ｂ）において、コネクタ３０のピン１５の並びは、縦方向をｒｏｗ、横方向をｃｏｌｕｍｕとし、コネクタ３０は６ｒｏｗの高密度コネクタである。ピン領域５０とピン領域５１は、それぞれコネクタ３０が備える２ｒｏｗ分のピン領域であり、ピン領域５０にはスロット２０Ａの差動信号を、ピン領域５１にはスロット２０Ｂの差動信号を割り当てる。スロット２０Ａ、スロット２０Ｂ及びコネクタ３０は、基板１０の同一面上に搭載する。

次に、基板１０を介してコネクタ３０からスロット２０Ａ又はスロット２０Ｂまでの信号線（一例として差動信号線）の配線について、ここではスロットＡを例に説明する。差動信号線は、コネクタ３０内の配線３０１を経由して、基板１０のスルーホール１９に接続される。スルーホール１９及びスルーホール１２が、それぞれピン１８及びピン１５で接続された配線１７を介して接続され、さらにスルーホール１２は、コネクタ２０Ａの接続部２０１に接続される。すなわち、差動信号線は、配線３０１、スルーホール１９、ピン１８、配線１７、スルーホール１２、ピン１５及び接続部２０１が接続されることにより形成される。尚、ピン１５及びピン１８は、コネクタ３０、スロット２０Ａ及びスロット２０Ｂが搭載されている基板１０の面側からスルーホールへ挿入し、コネクタ３０、スロット２０Ａ及びスロット２０Ｂが搭載されていない基板１０の面側に近い位置で配線を行う。

コネクタ３０のピン１５の配置は、差動信号線同士で交差しないように、縦方向において、スロット２０Ａ及びスロット２０Ｂのピン配置に合わせる。つまり、コネクタ３０とスロット２０Ａ及びスロット２０Ｂが備えるピンの配置される方向は、コネクタ３０とスロット２０Ａ及びスロット２０Ｂとを配線する配線方向に対して直交する方向である。

コネクタ３０のｃｏｌｕｍｎとｃｏｌｕｍｎの間に、1ペアの差動信号を配線可能な場合、スロット当たり、一層で配線が可能である。図２のようにスロット数が２つの場合には、層Ａ、層Ｂの２層で配線が可能となる。

スロット２０Ａ、スロット２０Ｂ及びコネクタ３０は、拡張ボードライザ１０の同一面上にあり、よってコネクタ３０搭載面の裏面に近い層で配線が可能となるため、スルーホールのスタブは小さくすることができるので、良好な波形品質となる。また、スロット数が３スロット以上の場合においても同様に、ｒｏｗ数の多いコネクタ３０と同一面上にスロットを搭載すれば、スタブを小さくして基板１０に実装することできる。
［実施例２］
ＰＣＩ−ＸからＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳに移行する過渡期においては、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳと共にＰＣＩ−Ｘのスロットもサポートできる構成が、情報処理装置として利用する際に好ましい。

図３は、この点から、コネクタ３０と同一面上のスロット２０Ａ、スロット２０ＢをＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳ用とし、さらに、基板に対してコネクタ３０と反対側にＰＣＩ−Ｘ用としてスロット２０Ｃを加えた構成例を示す図である。

本実施例の場合、スロット２０Ｃは、コネクタ３０の搭載面の裏面に搭載されているのでコネクタ３０直下のスルーホール部分のスタブが大きくなるが、ＰＣＩ−ＸのＩ／ＦはＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳに比べて動作周波数が低く、そのためスタブの影響はＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳより少ない。

また、本実施例では、ＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳで使用していないコネクタ３０搭載面に近い配線層やコネクタ３０のピン１５を有効に利用できる。

さらに、ＰＣＩ−Ｘの代わりにスタブの影響による波形品質の劣化が生じても問題とならないほど配線長の短いＰＣＩ−ＥＸＰＲＥＳＳを割り当てることも可能である。
［実施例３］
図４は、スロット２０Ｃの信号線の配線が、実施例２よりもスルーホールが一つ多く経由する場合の拡張ボードライザ及びマザーボード４０の構成例を示した断面図である。

スロット２０Ｃは、基板１０に対してコネクタ３０の反対面に搭載されている。このスロット２０Ｃからさらにコネクタ３０側に近い面で、配線を介してスルーホールが設けられている。このように基板１０に対してコネクタ３０の反対面に搭載されたスロット２０Ｃであってもスタブを小さくできる。

尚、本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

実施例１による拡張ボードライザの構成例を示す外観斜視図である。 実施例１によるマザーボード上に搭載された拡張ボードライザの断面図及び平面図である。 実施例２による拡張ボードライザの構成例を示す図である。 実施例３による拡張ボードライザの構成例を示す図である。 エッジタイプコネクタを備えた拡張ボードライザの構成例を示す図である。

符号の説明

１０、１１：基板、 １２：スルーホール、 １５：ピン、 １７：配線、 ２０Ａ、２０Ｂ、２１Ａ、２１Ｂ：スロット、 ３０：コネクタ、 ４０：マザーボード、 ５０、５１：ピン領域、 ６０：エッジタイプコネクタ。

Claims (2)

1. マザーボードと接続するコネクタと、拡張ボードと接続するスロットと、該コネクタの信号線と該スロットの信号線とを配線する基板とを有する拡張ボードライザにおいて、
   貫通ビアが設けられた該基板の片面方向から、該貫通ビアに配線の接続をするピンを接続することにより該コネクタの信号線と該スロットの信号線とを配線することを特徴とする拡張ボードライザ。
2. 該コネクタ及び該スロットは該基板の同一面上にあって、複数の該ピンが配置される方向は、該コネクタと該スロットとを配線する配線方向に対して直交する方向であることを特徴とする請求項１の拡張ボードライザ。

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