JP2015082803A - Signal transmission line and transmission line design method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、バックプレーンにおける伝送線路の高速化を実現する信号伝送線路及び伝送線路設計方法に関するものである。 The present invention relates to a signal transmission line and a transmission line design method for realizing high-speed transmission lines in a backplane.
近年、デジタル伝送の高速化が著しく、バックプレーン伝送においても、高速伝送の実現が要求されている。
2つの基板間をケーブルで接続するよりも、バックプレーンで基板間を接続する方が、省スペース化、軽量化及び高信頼化を図ることができる。
In recent years, the speed of digital transmission has been remarkably increased, and the realization of high-speed transmission is also required in backplane transmission.
Space saving, weight reduction, and high reliability can be achieved by connecting the substrates with a backplane rather than connecting the two substrates with a cable.
以下の特許文献1には、バックプレーンにおける伝送線路の高速化を実現する信号伝送線路が開示されており、この信号伝送線路では、テーパー状の配線と、配線幅が広くて、特性インピーダンスが低い配線とが組み合わされている。 Patent Document 1 below discloses a signal transmission line that realizes a high-speed transmission line in a backplane. In this signal transmission line, a tapered wiring, a wide wiring width, and a low characteristic impedance are disclosed. Combined with wiring.
従来の信号伝送線路は以上のように構成されているので、バックプレーンにおける伝送線路の高速化を実現することができるが、バックプレーンにおける伝送線路が数十センチメートルを超えるような長い配線となる場合、信号の伝送損失が増大してしまう課題があった。 Since the conventional signal transmission line is configured as described above, it is possible to increase the speed of the transmission line in the backplane, but the transmission line in the backplane is a long wiring exceeding tens of centimeters. In this case, there is a problem that the transmission loss of the signal increases.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、バックプレーンにおける伝送線路が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる信号伝送線路及び伝送線路設計方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a signal transmission line and a transmission line design method capable of suppressing an increase in signal transmission loss even when the transmission line in the backplane becomes long. For the purpose.
この発明に係る信号伝送線路は、ストリップ線路である伝送線路が誘電体内に配線されているバックプレーンと、そのバックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路と電気的に接続されている線路を有する複数のドータカードとを備え、複数のドータカードが、そのバックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有しており、複数のドータカードのうち、2つのドータカード間の通信に用いられる誘電体内の伝送線路の断面寸法が、2つのドータカード間の距離に基づいて決定されているようにしたものである。 A signal transmission line according to the present invention includes a backplane in which a transmission line that is a strip line is wired in a dielectric, and a line that is electrically connected to the transmission line that is wired in the dielectric of the backplane. A plurality of daughter cards, and the plurality of daughter cards have a function of communicating signals with other daughter cards through a transmission line wired in the dielectric of the backplane. Among them, the cross-sectional dimension of the transmission line in the dielectric used for communication between two daughter cards is determined based on the distance between the two daughter cards.
この発明によれば、複数のドータカードのうち、2つのドータカード間の通信に用いられる誘電体内の伝送線路の断面寸法が、2つのドータカード間の距離に基づいて決定されているように構成したので、バックプレーンにおける伝送線路が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる効果がある。 According to the present invention, the cross-sectional dimension of the transmission line in the dielectric used for communication between two daughter cards among the plurality of daughter cards is determined based on the distance between the two daughter cards. Therefore, even if the transmission line in the backplane becomes longer, an increase in signal transmission loss can be suppressed.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による信号伝送線路を示す斜視図であり、図2は図1のA−A’断面図である。
図1及び図2において、バックプレーン1はストリップ線路である伝送線路2が誘電体3内に配線されている回路基板であり、誘電体3は上下からグランド導体4,5によって挟まれている。
ストリップ線路である伝送線路2の線路幅はwで、線路厚はtであり、誘電体3の電体厚はbである。
図2では、説明の簡単化のため、1本の伝送線路2だけを記述しているが、複数本の伝送線路2が配線されている。
例えば、ドータカード7aが、ドータカード7b〜7dのそれぞれと信号の通信を行う場合、少なくとも、ドータカード7aとドータカード7bを結ぶ伝送線路2、ドータカード7aとドータカード7cを結ぶ伝送線路2、ドータカード7aとドータカード7dを結ぶ伝送線路2が配線されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a perspective view showing a signal transmission line according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
1 and 2, a backplane 1 is a circuit board in which a
The
In FIG. 2, only one
For example, when the
コネクタ6a〜6dはドータカード7a〜7dをバックプレーン1に接続する接続部品である。
ドータカード7a〜7dはコネクタ6a〜6dを介して、バックプレーン1における伝送線路2と電気的に接続されている線路を有している。
また、ドータカード7a〜7dはバックプレーン1における伝送線路2を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有している。
The
The
The
図3はこの発明の実施の形態1による信号伝送線路が適用される通信装置の一部を示す構成図である。
図3では、1つのバックプレーン1に対して、2つのドータカード7が接続されている例を示している。
送信回路11は通信対象の信号を送信する回路である。12は送信回路11の出力インピーダンスであり、送信端線路13と接続されている。
受信回路14は送信回路11から送信された信号を受信する回路であり、15は終端抵抗、16は受信端線路である。
なお、送信回路11、出力インピーダンス12及び送信端線路13は、図1における1つのドータカード7(例えば、ドータカード7a)上に構成されており、また、受信回路14、終端抵抗15及び受信端線路16も、図1における1つのドータカード7(例えば、ドータカード7b)上に構成されている。
伝送線路17は図1のバックプレーン1における伝送線路2に相当する。
コネクタ18は図1のバックプレーン1におけるコネクタ6に相当する。
FIG. 3 is a block diagram showing a part of a communication apparatus to which the signal transmission line according to Embodiment 1 of the present invention is applied.
FIG. 3 shows an example in which two daughter cards 7 are connected to one backplane 1.
The
The
The
The
The
次に動作について説明する。
バックプレーン1における伝送線路2は誘電体3内に配線され、誘電体3は上下からグランド導体4,5によって挟まれている。
例えば、ドータカード7aとドータカード7bが信号を送受信する場合、コネクタ6a,6bによって、ドータカード7a,7b内の線路(図3の例では、送信端線路13や受信端線路16が相当する)が、ドータカード7aとドータカード7bを結ぶバックプレーン1内の伝送線路2と電気的に接続されている状態で、その伝送線路2を通じて、信号を送受信する。
同様に、例えば、ドータカード7aとドータカード7dが信号を送受信する場合、コネクタ6a,6dによって、ドータカード7a,7d内の線路が、ドータカード7aとドータカード7dを結ぶバックプレーン1内の伝送線路2と電気的に接続されている状態で、その伝送線路2を通じて、信号を送受信する。
Next, the operation will be described.
The
For example, when the
Similarly, for example, when the
ここで、バックプレーン1における伝送線路2の設計方法について説明する。
図2の例では、ストリップ線路である伝送線路2の線路幅をw、伝送線路2の線路厚をt、誘電体3の電体厚をbとしているが、この実施の形態1では、伝送線路2の線路厚t及び誘電体3の電体厚bを一定値として、一般的に変更容易な設計値である配線幅wの値を検討するものとする。
Here, a design method of the
In the example of FIG. 2, the line width of the
例えば、ドータカード7aが信号をドータカード7dに送信する場合、ドータカード7a,7dでの特性インピーダンスがZ0で、バックプレーン1における伝送線路2の特性インピーダンスZである場合、特性インピーダンス不整合(Z0≠Z)による多重反射が発生するので、その多重反射と伝送損失を包括的に考慮し、伝送特性が最も良くなる特性インピーダンスZから配線幅wを決定する必要がある。
For example, when the
2つのドータカード7間の距離が長い程、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路長が長くなり、抵抗値が増大する。伝送線路2の抵抗値が増大すると、伝送線路2における信号の伝送損失が増大する。
このため、2つのドータカード7間の距離が長い程、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路幅wを広くして、伝送線路2の抵抗値を小さくし、伝送線路2における信号の伝送損失を低減する。
ただし、伝送線路2の線路幅wを広くし過ぎると、ドータカード7での特性インピーダンスZ0と、バックプレーン1における伝送線路2の特性インピーダンスZとの不整合(Z0≠Z)による多重反射が発生する。
The longer the distance between the two daughter cards 7, the longer the line length of the
Therefore, the longer the distance between the two daughter cards 7, the wider the line width w of the
However, if the line width w of the
ここで、図4はバックプレーン1における伝送線路2の線路幅wと通過特性の関係を示す説明図である。
また、図5は伝送線路2の異なる線路長に対して、通過特性が最大となる伝送線路の特性インピーダンスが異なることを示す説明図である。
図4から分かるように、伝送線路2の線路幅wを広げると、伝送線路2の抵抗値が小さくなって、通過特性が向上するが、伝送線路2の線路幅wを広くし過ぎると、特性インピーダンスの不整合(Z0≠Z)による多重反射が発生して、通過特性が劣化している。
Here, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the line width w of the
FIG. 5 is an explanatory diagram showing that the characteristic impedance of the transmission line having the maximum passing characteristic differs with respect to the different line lengths of the
As can be seen from FIG. 4, when the line width w of the
図6はこの発明の実施の形態1による伝送線路設計方法を示すフローチャートである。
図7は2つのドータカード7間の距離x(線路長)に対応する線路幅wを示す説明図である。
以下、図6を参照しながら、伝送線路の設計方法を説明する。
最初に、2つのドータカード7間の距離x(線路長)に対応する線路幅wを算出する(図6のステップST1)。
図7に示すように、2つのドータカード7間の距離x(線路長)が長い程、広い線路幅wが算出される。
FIG. 6 is a flowchart showing a transmission line design method according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a line width w corresponding to a distance x (line length) between two daughter cards 7.
The transmission line design method will be described below with reference to FIG.
First, the line width w corresponding to the distance x (line length) between the two daughter cards 7 is calculated (step ST1 in FIG. 6).
As shown in FIG. 7, the longer the distance x (line length) between the two daughter cards 7, the wider the line width w is calculated.
ここで、下記の式(1)は、2つのドータカード7間の距離x(線路長)と線路幅wの対応関係を示している。
式(1)において、S21は通過特性、T1(w)は図3の送信端線路13から伝送線路17への透過係数、T2(w)は図3の伝送線路17から受信端線路16への透過係数である。
また、αc(w)は図3の伝送線路17の導体損失、αdは図3の伝送線路17の誘電損失、xは図3の伝送線路17の線路長である。
この実施の形態1では、式(1)において、所望の線路長x対して、通過特性S21が最も大きくなる線路幅wを決定する。
ただし、式(1)は、あくまでも簡易式であり、線路幅wの算出精度を高める必要がある場合には、シミュレータを使用する。
Here, the following formula (1) shows the correspondence between the distance x (line length) between the two daughter cards 7 and the line width w.
In Expression (1), S 21 is a pass characteristic, T 1 (w) is a transmission coefficient from the
Α c (w) is the conductor loss of the
In the first embodiment, in formula (1), for the desired line length x, passing characteristic S 21 to determine the most larger line width w.
However, Expression (1) is a simple expression to the last, and a simulator is used when it is necessary to increase the calculation accuracy of the line width w.
次に、2つのドータカード7間の距離xに対応する線路幅wと、通過特性S21が最大になる線路幅wpass・max(図4において、通過特性S21が最大になる線路幅)を比較し(ステップST2)、距離xに対応する線路幅wが、通過特性S21が最大になる線路幅wpass・maxより短ければ(w<wpass・max)、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路幅を、2つのドータカード7間の距離xに対応する線路幅w(式(1)で算出された線路幅w)に決定する(ステップST3)。
一方、距離xに対応する線路幅wが、通過特性S21が最大になる線路幅wpass・maxより長ければ(w≧wpass・max)、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路幅を、通過特性S21が最大になる線路幅wpass・maxに決定する(ステップST4)。
Next, the line width w corresponding to the distance x between the two daughter card 7, passing characteristic S 21 is maximized line width w pass · max (in FIG. 4, line width pass characteristic S 21 is maximized) comparing (step ST2), the line width w corresponding to the distance x is shorter than the line width w pass · max which pass characteristic S 21 is maximized (w <w pass · max), between two daughter card 7 The line width of the
On the other hand, the line width w corresponding to the distance x, passing characteristic S 21 is longer than the line width w pass · max which maximizes (w ≧ w pass · max) , used for communication between the two daughter card 7 transmits the line width of the
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、複数のドータカード7のうち、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の断面寸法が、2つのドータカード7間の距離xに基づいて決定されているように構成したので、バックプレーン1における伝送線路2が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the cross-sectional dimension of the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、伝送線路2の線路厚t及び誘電体3の電体厚bを一定値として、伝送線路2の配線幅wを決定するものを示したが、伝送線路2の配線幅w及び誘電体3の電体厚bを一定値として、伝送線路2の線路厚tを決定するようにしてもよく、上記実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
この場合、2つのドータカード7間の距離xが長い程、伝送線路2の配線幅wを決定する場合と同様に、2つのドータカード間の通信に用いられる伝送線路2の線路厚tを厚くする。
しかし、伝送線路2の線路厚tを厚くし過ぎると、伝送線路2の線路幅wを広くし過ぎた場合と同様の理由で、ドータカード7での特性インピーダンスZ0と、バックプレーン1における伝送線路2の特性インピーダンスZとの不整合(Z0≠Z)による多重反射が発生する。
In the first embodiment, the line width w of the
In this case, as the distance x between the two daughter cards 7 is longer, the line thickness t of the
However, if the line thickness t of the
そこで、この実施の形態2では、最初に、2つのドータカード7間の距離xに対応する線路厚tを算出する。
ここで、下記の式(2)は、2つのドータカード7間の距離x(線路長)と線路厚tの対応関係を示している。
式(2)において、S21は通過特性、T1(t)は図3の送信端線路13から伝送線路17への透過係数、T2(t)は図3の伝送線路17から受信端線路16からへの透過係数である。
また、αc(t)は図3の伝送線路17の導体損失、αdは図3の伝送線路17の誘電損失、xは図1の伝送線路17の線路長である。
この実施の形態2では、式(2)において、所望の線路長x対して、通過特性S21が最も大きくなる線路厚tを決定する。
ただし、式(2)は、あくまでも簡易式であり、線路厚tの算出精度を高める必要がある場合には、シミュレータを使用する。
Therefore, in the second embodiment, first, the line thickness t corresponding to the distance x between the two daughter cards 7 is calculated.
Here, the following equation (2) shows the correspondence between the distance x (line length) between the two daughter cards 7 and the line thickness t.
In Expression (2), S 21 is a pass characteristic, T 1 (t) is a transmission coefficient from the
Α c (t) is the conductor loss of the
In the second embodiment, in formula (2), for the desired line length x, passing characteristic S 21 to determine the most larger line thickness t.
However, Expression (2) is a simple expression to the last, and a simulator is used when it is necessary to increase the calculation accuracy of the line thickness t.
次に、2つのドータカード7間の距離xに対応する線路厚tと、通過特性S21が最大になる線路厚tpass・maxを比較し、距離xに対応する線路厚tが、通過特性S21が最大になる線路厚tpass・maxより薄ければ(t<tpass・max)、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路厚を、2つのドータカード7間の距離xに対応する線路厚t(式(2)で算出された線路厚)に決定する。
一方、距離xに対応する線路厚tが、通過特性S21が最大になる線路厚tpass・maxより厚ければ(t≧tpass・max)、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路厚を、通過特性S21が最大になる線路厚tpass・maxに決定する。
Next, the line thickness t corresponding to the distance x between the two daughter card 7, compares the line thickness t pass · max which pass characteristic S 21 is maximized, the distance corresponding to the x line thickness t is, pass characteristics if thinner than the line thickness t pass · max where S 21 is maximized (t <t pass · max) , the line thickness of the
On the other hand, line thickness t corresponding to the distance x is used for communication between it thicker than the line thickness t pass · max which pass characteristic S 21 is maximized (t ≧ t pass · max) , 2 single daughter card 7 the line thickness of the
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、バックプレーン1に配線されている伝送線路2がストリップ線路(誘電体3内に配線されている線路)であるものを示したが、バックプレーン1に配線されている伝送線路2がマイクロストリップ線路(誘電体3上に配線されている線路)であってもよい。
この場合も、複数のドータカード7のうち、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の断面寸法が、2つのドータカード7間の距離に基づいて決定されるが、上記実施の形態1,2と異なり、2つのドータカード7間の距離が長い程、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路幅wの値が小さな値に決定される。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the
Also in this case, among the plurality of daughter cards 7, the cross-sectional dimension of the
2つのドータカード7間の距離が長い程、2つのドータカード7間の通信に用いられる伝送線路2の線路幅wを狭くする理由は、伝送線路2がマイクロストリップ線路である場合、伝送線路2の上面が空気層になるため、ストリップ線路のように誘電損失が一定でなくなり、配線幅wを広げると、導体損失の低減よって誘電損失の割合が大きくなるためである。
なお、伝送線路2がマイクロストリップ線路である場合でも、ストリップ線路である場合と同様に、線路幅wの最適値が存在する。
The reason why the line width w of the
Even when the
上記実施の形態1〜3では、伝送線路2がストリップ線路又はマイクロストリップ線路であるものを示したが、伝送線路2は、シングルエンドの信号線であってもよいし、差動の信号線であってもよい。
In the first to third embodiments, the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 バックプレーン、2 伝送線路(ストリップ線路)、3 誘電体、4,5 グランド導体、6a〜6d コネクタ、7a〜7d ドータカード、11 送信回路、12 送信回路の出力インピーダンス、13 送信端線路、14 受信回路、15 終端抵抗、16 受信端線路、17 伝送線路、18 コネクタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Backplane, 2 Transmission line (strip line), 3 Dielectric, 4,5 Ground conductor, 6a-6d connector, 7a-7d Daughter card, 11 Transmission circuit, 12 Output impedance of transmission circuit, 13 Transmission end line, 14 Receiving circuit, 15 termination resistor, 16 receiving end line, 17 transmission line, 18 connector.
Claims (9)
前記バックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路と電気的に接続されている線路を有する複数のドータカードとを備え、
前記複数のドータカードは、前記バックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有しており、
前記複数のドータカードのうち、2つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の断面寸法が、前記2つのドータカード間の距離に基づいて決定されていることを特徴とする信号伝送線路。 A backplane in which a transmission line, which is a strip line, is wired in a dielectric;
A plurality of daughter cards having transmission lines wired in the dielectric of the backplane and lines electrically connected;
The plurality of daughter cards have a function of communicating signals with other daughter cards through a transmission line wired in the dielectric of the backplane,
A signal in which a cross-sectional dimension of a transmission line in the dielectric used for communication between two daughter cards among the plurality of daughter cards is determined based on a distance between the two daughter cards. Transmission line.
前記2つのドータカード間の距離に対応する線路幅が、通過特性が最大になる線路幅より長い場合、前記2つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路幅が、通過特性が最大になる線路幅に決定されることを特徴とする請求項1記載の信号伝送線路。 When the line width corresponding to the distance between the two daughter cards is shorter than the line width that maximizes the pass characteristic, the line width of the transmission line in the dielectric used for communication between the two daughter cards is 2 The line width corresponding to the distance between the two daughter cards is determined,
When the line width corresponding to the distance between the two daughter cards is longer than the line width at which the passing characteristic is maximized, the line width of the transmission line in the dielectric used for communication between the two daughter cards is The signal transmission line according to claim 1, wherein the line width is determined to have a maximum characteristic.
前記2つのドータカード間の距離に対応する線路厚が、通過特性が最大になる線路厚より厚い場合、前記2つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路厚が、通過特性が最大になる線路厚に決定されることを特徴とする請求項1記載の信号伝送線路。 When the line thickness corresponding to the distance between the two daughter cards is thinner than the line thickness that maximizes the pass characteristic, the line thickness of the transmission line in the dielectric used for communication between the two daughter cards is 2 The line thickness corresponding to the distance between the two daughter cards is determined,
When the line thickness corresponding to the distance between the two daughter cards is thicker than the line thickness that maximizes the pass characteristic, the line thickness of the transmission line in the dielectric used for communication between the two daughter cards is The signal transmission line according to claim 1, wherein the line thickness is determined to have a maximum characteristic.
前記バックプレーンの誘電体上に配線されている伝送線路と電気的に接続されている線路を有する複数のドータカードとを備え、
前記複数のドータカードは、前記伝送線路を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有しており、
前記複数のドータカードのうち、2つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体上の伝送線路の断面寸法が、前記2つのドータカード間の距離に基づいて決定されていることを特徴とする信号伝送線路。 A backplane in which a transmission line that is a microstrip line is wired on a dielectric;
A plurality of daughter cards having transmission lines wired on the dielectric of the backplane and lines electrically connected;
The plurality of daughter cards have a function of communicating signals with other daughter cards through the transmission line,
Of the plurality of daughter cards, a cross-sectional dimension of a transmission line on the dielectric used for communication between two daughter cards is determined based on a distance between the two daughter cards. Signal transmission line.
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