JP2017514276A - 差動データ信号を送信するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、装置、特に予め組み立てられた送信ケーブルに関し、そのケーブルは、高速データ接続において差動データ信号（ＳＤ）を送信するために用いられる。装置は、差動データ信号（ＳＤ）を送信するための２つの信号導体（１４）を備えた導体ペアを具備する回路基板（８）を含む。導体ペアから絶縁される減結合線（２４）が、導体ペアに対して対称的に配置され、前記減結合線は、中断されずに信号導体（１４）と平行に延在し、且つ少なくとも１つの減衰素子（３６）を介して接地導体（２６）に更に接続される。前記設計によって、望ましくないコモンモード信号成分は、減結合線（２４）に少なくとも部分的に結合され、信号成分が動作中に吸収される。

Description

本発明は、高速データリンク上の差動データ信号の信号送信のための、且つ特にコモンモード信号成分を低減するための装置及び方法に関する。装置は、差動データ信号を送信するための第１の信号導体及び第２の信号導体を有する導体ペアを有するプリント回路基板を含む。

データ送信の領域において、例えばコンピュータネットワークにおいて、データ送信は、共通のケーブルシースに組み合わされた複数のデータ線を典型的に有するデータケーブルの使用を伴う。高速データ通信のため、各場合に用いられるデータ線は、シールドワイヤペアであり、２つのワイヤが、特に互いに平行に延在するか、又は代替として一緒に撚り合わされる。この場合、それぞれのワイヤは、実際の導体、例えば単線導体ワイヤ又は撚り線からなり、そのそれぞれが絶縁体によって囲まれる。それぞれのデータ線のワイヤペアは、（ペア）シールドによって囲まれる。データケーブルは、共通のケーブルシースによって囲まれ、この方法でシールドされた複数のワイヤペアを典型的に有する。かかるデータケーブルは、高速データリンクのために使用され、且つ５Ｇビット／秒を超えるデータ速度用に設計される。

かかるデータケーブルは、事前組み立て方式でコネクタに接続される。高速送信のための用途の場合、コネクタは、従って、いわゆるスモールフォームファクタプラガブル(Small Form-factor Pluggable)コネクタ、略してＳＦＰコネクタであることが多い。これらにおける異なる変形実施形態、例えば、いわゆるＳＦＰ−、ＳＦＰ＋、ＱＳＦＰ−又はＣＸＰ−コネクタが存在する。これらのコネクタは、例えば、国際公開第２０１１ ０７２８６９ Ａ１号パンフレット又は国際公開第２０１１ ０８９００３ Ａ１号パンフレットから分かるように、特別なコネクタハウジングを有する。

かかるコネクタハウジングは、内側に、集積電子装置を部分的に備えたプリント回路基板又はボードを有する。このボード上において、それぞれのデータケーブルは、コネクタリバースを用いて接続することができる。これは、データケーブルの個別ワイヤがボードにはんだ付け又は溶接されることを含む。ボードの反対側端部において、前記端部は、相手側コネクタに挿入される接続コンタクトを備えた差し込み突起を典型的に形成する。かかるボードはまた、パドルカードとも呼ばれる。

この場合、それぞれのワイヤペアのペアシールドは、（例えば、欧州特許出願公開第２ １１２ ６６９ Ａ２号明細書から分かるように）長手方向に折り畳まれたシールドフィルムの形態である。従って、シールドは、ケーブルの長手方向に延在するようにワイヤペアの周りで折り畳まれ、２つの端部は、長手方向に延在する重複領域において重複する。シールドに使用されるシールドフィルムは、少なくとも１つの導電（金属）層及び絶縁層を含む多層シールドである。用いられる導電層は、通常、アルミニウム層であり、用いられる絶縁層はＰＥＴフィルムである。ＰＥＴフィルムはサポートの形態であり、そのサポート上に金属コーティングが施されて導電層を形成している。

平行ルーティングを備えたペアのための長手方向に折り畳まれたシールドの他に、かかるシールドフィルムをワイヤペアの周りに螺旋状に巻き付ける可能性も基本的に存在する。しかしながら、約１５ＧＨｚを超えるより高い信号周波数において、シールドフィルムを備えたワイヤペアのかかる編組は、共鳴効果のために容易に可能ではない。従って、これらの高周波において、シールドフィルムは、長手方向に折り畳まれたフィルムとして追加される。

しかしながら、かかる長手方向に折り畳まれたフィルムには、望ましくない否定的な副次的影響が伴う。シールドフィルムを用いる編組の場合のように、いわゆるコモンモード信号は、もはや、長手方向に折り畳まれたシールドを用いて十分な程度には減衰されない。

かかるデータケーブルは、典型的には、いわゆる平衡データ線（対称的なデータ線）として知られ、それらは差動データ送信のために設計される。これは、２つのワイヤが反転形態で同じ信号を送信するために用いられることを含む。これらの２つの信号間の差動信号成分が測定され、その結果、両方の信号に影響する外部効果が除去される。

並列ペアを備えたかかる平衡線路の場合におけるコモンモード信号の形成は、原則として周知である。この望ましくないコモンモード信号の減衰は、このコモンモード信号成分が、実際に関心がある差動信号成分より速く伝搬するという事実によって、更に妨害される。従って、編組ワイヤペアと比較したこのコモンモード信号における欠けた又は厳しく縮小された減衰は、いわゆるスキュー又はいわゆるモード変換性能の障害につながる。

かかる高速データリンクに関し、送信電力の増加が一般に求められる。従って、かかるデータケーブルの送信速度及び従って周波数範囲は更に大きい程度まで増加し、従ってコモンモード信号成分に関係する問題も増加する。

コモンモード信号成分をフィルタで除去するために、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０２７３２４５ Ａ１号明細書は、多層プリント回路基板の地板における波形構造を導入する実践を開示する。

論文“Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＢＧ Ｐａｔｃｈ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ”，Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ Ｄｅ Ｐａｕｌｉｓ ｅｔ ａｌ，ＤｅｓｉｇｎＣｏｎ ２０１２“Ｗｈｅｒｅ Ｃｈｉｐｈｅａｄｓ Ｃｏｎｎｅｃｔ”，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ，Ｊａｎｕａｒｙ ３０−Ｆｅｂｒｕａｒｙ ０２，２０１２，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐａｇｅｓ ２３２０−２３３８は、コモンモードフィルタを説明しており、そこでは、多層プリント回路基板が、導体トラックと地板との間において導体トラックの下に配置されたマトリックス形導電構造、いわゆるＥＢＧ平面を有する。

最後に、米国特許出願公開第２００４／０１１９５５３ Ａ１号明細書は、抵抗器及び静電容量を介してグランドに２つの信号導体を電気的に接続することによって、コモンモード信号により引き起こされるスプリアス信号を回避する実践を開示する。

国際公開第２０１１ ０７２８６９ Ａ１号パンフレット 国際公開第２０１１ ０８９００３ Ａ１号パンフレット 欧州特許出願公開第２ １１２ ６６９ Ａ２号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２７３２４５ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１１９５５３ Ａ１号明細書

"Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＢＧ Ｐａｔｃｈ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ"，Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ Ｄｅ Ｐａｕｌｉｓ ｅｔ ａｌ，ＤｅｓｉｇｎＣｏｎ ２０１２"Ｗｈｅｒｅ Ｃｈｉｐｈｅａｄｓ Ｃｏｎｎｅｃｔ"，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ，Ｊａｎｕａｒｙ ３０−Ｆｅｂｒｕａｒｙ ０２，２０１２，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐａｇｅｓ ２３２０−２３３８

こうした背景に対して、本発明は、かかる高速データリンクが、１０ＧＨｚを超える高信号周波数において改善されたデータ送信を有することを可能にし、且つコモンモード信号の高レベルの減衰を達成するという目的に基づいている。

その目的は、請求項１の特徴を有する装置及び請求項１６の特徴を有する方法により、本発明に従って達成される。好ましい発展形態は、従属請求項に含まれる。装置のために挙げられる好ましい実施形態はまた、必要な変更を加えて方法に移行され得る。

装置は、典型的には１０Ｇビット／秒を超える送信速度で、高速データリンクにおいてデータ信号を送信するように特に設計される。装置は、導体ペアであって、第１の信号導体及び第２の信号導体を有する導体ペアがそれに追加されたプリント回路基板を有し、それらの導体は、動作中に差動データ信号を送信するために用いられる。加えて、導体ペアは、信号導体に対して対称的（シンメトリカル）に配置され（すなわち信号導体と等間隔配置され）且つ中断なく延在する減結合（デカップリング：ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）線と関連付けられ、動作中、その中へとコモンモード信号成分が減結合される。加えて、減結合線は、少なくとも１つの減衰素子を介して接地導体に、即ち接地電位に接続される。

この実施形態は、信号導体から減結合線にコモンモード信号成分のみを選択的に減結合し、コモンモード信号成分は、減衰素子によって減衰される。従って、減衰素子は、コモンモード信号成分におけるエネルギを消費し、望ましくないコモンモード信号成分が少なくとも部分的に吸収される。

この実施形態は、コモンモード信号成分の選択的な減結合が、差動信号送信のために可能であるという考察に基づいている。従って、スプリアスコモンモード信号成分の減結合は、それらを効果的に低減、特に減衰できるようにする。従って、スプリアス信号成分は、減結合によって送信経路から少なくとも低減される。

減結合線の機能的原理は、全体では減結合線へ電力を減結合しない差動成分に基づいている。何故なら、減結合線の対称的な配置（信号導体との等間隔配置）のために、それらの信号成分は、各場合に互いに減じられるからである。反対に、特にコモンモード信号の場合、２つの信号導体上の成分は追加され、従って、それは、それらの成分がカップリング機構によって減結合線に結合されることを意味する。

従って、装置の機能的原理は、方向性結合器の方式で設計され、そこでは、特定の周波数帯内において、特定の信号成分、この場合にはコモンモード信号成分が送信経路から減結合される。

この場合、減結合線は、信号導体との実質的に等間隔配置である対称的な配置がなされ且つ中断なく結合経路にわたって延びる。これに関連して、中断がないことは、減結合線が連続的な導電経路、特に連続導体トラックを形成することを意味すると理解される。この場合、２つの信号導体には、信号導体と対称配置されて延在する特に正確に１つの関連する減結合線が割り当てられる。信号導体自体は、少なくとも大きいセクションにわたって互いに平行に延在する。

これに関連して、減結合線の対称的な配置は、減結合線がその長さの少なくとも大部分にわたり、（信号導体の伝搬方向に垂直な横断面において）信号導体のそれぞれから同一の距離（等間隔）にあることを意味すると理解される。換言すれば、信号導体は共通導体面内に位置している。それらは、導体面に垂直に向けられた中心面に対して（ミラー）対称配置を有する。加えて、減結合線は、この中心面に対して（ミラー）対称形態である。この対称配置は、例えば、差動信号成分ではなくコモンモード信号成分のみが減結合されることを基本的に保証する。この場合、この対称配置は、好ましくは減結合線全体にわたって延び、その結果、減結合線は、各長手方向位置において２つの信号導体から同じ距離にある。従って、ある程度まで、減結合線は減結合構造全体の対称軸を形成する。

同様に減衰素子の領域において対称性を維持するために、好都合な実施形態 −少なくとも投影図又は平面図で分かるように− は、信号導体間に対称的に配置された前記減衰素子を有する。減衰素子のための電子アセンブリ、及び信号導体の通常は比較的狭い平行進路のために必要な設置スペースのため、好ましい発展形態は、信号導体の互いからの距離が減衰素子の領域において増加される対処を更に有する。この目的のために、２つの信号導体は、遷移領域においてほぼ漏斗状に広がり、続いて減衰素子の領域において増加した距離で互いに平行に延在する。次に、増加した距離におけるこの合間は、信号導体間の対称配置における減衰素子を含む。

この種の差動信号線は、電子コンポーネント、特にいわゆる分離コンデンサ（ＤＣ分離コンデンサ）をそれぞれの信号導体に接続することが多い。この場合にも、再び望ましい対称性を考慮して、好ましい実施形態は、信号導体の互いからの距離がかかるコンポーネントの領域において増加される対処を有する。同時に又は代わりに、減結合線は、かかるコンポーネントの領域において狭窄型のテーパを有する。特に、信号導体間の距離の増加は、減結合線におけるテーパと組み合わされる。全体として、この方策は、所望の対称性を維持しながら、プリント回路基板上におけるかかるコンポーネントのコンパクトで省スペースの配置を可能にする。

好都合には、プリント回路基板は、複数の層を含み、そのうちの少なくとも１つは、接地導体を有する接地層の形態である。減衰素子は、接地導体へと複数の層を通るいわゆるメッキスルーホールを介して、この接地層に、即ち接地導体に好都合に接続される。この場合、プリント回路基板のそれぞれの層は、電気層又はそれに追加された電気導体トラックを有する基板材料から作製される絶縁サポート層によって形成される。基板材料は、プリント回路基板の標準的な基板材料である。従って、メッキスルーホールは、減衰素子と接地導体との間に導電接続を形成する。かかるメッキスルーホールは、プリント回路基板技術において原則として同様に知られている。この点について、例として、基板材料を貫通する、内壁が導電性である垂直ホールが作製され、その結果、導電接続が基板材料を通って形成される。

好都合な形態において、接地領域は、それぞれの層におけるエッジに形成され、従って、その結果、信号導体及び／又は減結合線は、それぞれの平面内で接地電位間に配置される。この場合、エッジ接地領域は、好ましくは幅広い導体トラック領域によって再び形成される。これらは、好ましくは導体トラックに沿って延びる複数のメッキスルーホールによって地板に接続される。

好ましい発展形態において、減衰素子は、減結合線の外側領域において減結合線に接続される。この場合、接地導体への導電接続は、内向きの距離で、即ち、減結合線の最も外側の領域から離れて行われる。接地導体への接続のために、孔が減結合線に形成され、メッキスルーホールはこの孔に配置される。この方策は、減結合線の長さをプリント回路基板の所与の全長のために最大限にすることを可能にする。同時に、減結合線における孔は、所望の対称性を維持し続ける。従って、孔は、２つの信号導体から同じ距離にある減結合線における対称的な凹部である。その凹部は、特にこの場合に円形である。

好都合な実施形態において、減衰素子は、減結合線の各端部に好都合に配置され、且つ接地導体に接続される。これは、コモンモード信号成分の効果的な減衰を達成する。

減衰素子は、更に好ましくはオーム抵抗である。典型的な用途のために、この場合の抵抗値は、減衰素子ごとに数オームの範囲、例えば５〜５０オームの範囲、特に約２０オームの範囲である。

原則として、減結合線及び信号導体を１層内で互いに隣に配置する可能性が存在する。しかしながら、研究は、これがコモンモード信号成分の単に限られた減衰のみを達成することを示した。

従って、好都合な発展形態において、減結合線及び信号導体が、異なる層に配置される対処が存在する。好ましくは、信号導体は、この場合に１層内に配置される。減結合線は、特に２つの信号導体の下の層において、プリント回路基板の基板材料によって減結合される方法で形成される。この場合、減結合線の平面は、信号導体の平面から好ましくは８０μｍ〜２００μｍの距離、特に約１００μｍの距離に配置される。即ち、信号導体と減結合線との間の基板の厚さは、この距離に対応する。

同時に、減結合線と接地導体との間の更なるプリント回路基板層の基板厚さは、好ましくは、それらと異なり、特により大きく、特に２００μｍ〜４００μｍの範囲であり、特に約３００μｍの範囲である。多層プリント回路基板の個別基板又はサポート層は、それぞれの電気的及び／又は機械的要求に従って選択される。信号導体と減結合線との間の比較的薄い基板層の選択は、望ましくないコモンモード信号成分の効率的な減結合を達成する。信号導体と減結合線との間の基板材料は、更に好ましくは約３．４の誘電率を有する。全体として、この設計は優れた減結合を達成する。

好都合には、減結合線は、横方向において２つの信号導体にわたって延び、その結果、減結合線は、信号導体と比較して明白により幅が広い。一般に、信号導体及びまた減結合線は、ボードの平坦な導体トラックの形態である。かかる導体トラックは、それ自体周知の方法で作製される。好ましくは、減結合線（投影図において見られるような）は、２つの信号導体の外側エッジにおいて横方向に終了する。即ち、減結合線の幅は、信号導体の外側エッジ間の距離に対応する。

好ましくは、信号導体は、直線的に延びず、従って少なくとも小領域において、プリント回路基板の長手方向に対しても斜めに延在する。この方策は、プリント回路基板上の導体長さの特に調整及び特に増加を達成する。長さの調整は、同様にまた減結合線及び従って結合経路の長さの調整を達成する。結合経路の長さは、減結合及び減衰されるコモンモード信号成分の周波数帯域に影響する。

従ってまた、好都合な実施形態において、減結合線の長さが、規定された周波数帯域であって、その内側で望ましくないコモンモード信号が減結合される規定された周波数帯域に基づいて選択される対処が存在する。好ましくは、従って、長さは、１〜５ＧＨｚの範囲、及び特に約３ＧＨｚにおいてコモンモード信号の少なくとも局所的な減衰最大値が存在するように特に選択される。本事例において検討中の高速データ通信のために、結合線の長さは、例えばデータ速度＞５Ｇビット／秒であるように、１０〜１８ｍｍの範囲、特に１２〜１５ｍｍの範囲である。従って、全体として、結合線の長さは、フィルタ方式の減結合が行われるように意図される周波数帯域（その内側に吸収極大が存在する周波数帯域）に合わせられる。周波数が大きいほど、結合長さは短く選択される（逆も同様に比例する）。

プリント回路基板は、通常、少なくとも１つの信号ペアを有する、好ましくは複数の信号ペアを有するデータケーブルの後部接続領域を有する。正面領域において、前記プリント回路基板は、好ましくは、コネクタの差し込み突起体の形態であり、且つ接触ストリップを有する。減結合構造及び減結合線は、− これらのエッジ接続部又は接触領域を除いて − 好ましくはプリント回路基板の利用可能な長さ全体にわたって、即ち、エッジ接続部と接触領域との間の中央領域にわたって延びる。この場合、これらの接続部及び接触領域は、特に接触パッド、通常は幅を広げられた端部導体トラック領域によって形成される。加えて、特別なコーティングが施されてもよい。

減結合線において減衰素子との接触を行うために、減結合線はパッドを有する。通常、減衰素子は、プリント回路基板の上に配置され、プリント回路基板の上にまた信号導体が形成されるのが好ましい。第１に減結合線によって且つ第２に接地導体によって、減衰素子の２つの接続部と接触するために、従って２つのメッキスルーホール、即ち減結合線のための１つ及び接地線のための１つが形成される。

プリント回路基板は、好ましくは、多層設計を有し、且つ以下の層構造：接地層を備えた第１の基板層と、減結合線を備えた第２の基板層と、信号導体及び好ましくは減衰素子を備えた第３の基板層を特に示す。加えて、好都合な実施形態において、信号導体は、それに施される絶縁層、特にはんだレジストを追加的に有する。この場合、この絶縁層は、最上層を好都合に形成する。加えてまた両面の設計の可能性が存在し、そこでは、従って、中心面、例えば中心サポート層又は中心接地層の両面に隣接する多層構造が存在する。

好ましくは、プリント回路基板は、コネクタのコネクタハウジングに配置される。特に、プリント回路基板は、更に差し込みボードの形態であり、その一端部は、接触エリア又はストリップを備えた自由な差し込み接触突起体を形成する。この差し込み接触突起体は、相手側コネクタの対応するレセプタクルにプリント回路基板を挿入するために用いられ、その結果、この差し込み接触突起体は、動作中にデータ信号を送信するために用いられる。コネクタは、特に、スモールフォームファクトプラガブル(Small Form-factor Pluggable)（ＳＦＰ）タイプのコネクタであり、それは、原則として、異なる様々な実施形態（ＳＦＰ、ＳＦＰ＋、ＣＸＰ、ＱＳＦＰ）において提供することができる。

自由な差し込み接触突起体を形成する端部の反対側に、プリント回路基板は、データケーブルが接続される接続領域を有する。従って、全体として、装置は、特別なコネクタを有する予め組み立てられたデータケーブルである。データケーブルは、複数の通常は撚り合わされたワイヤペアを有し、それぞれのワイヤペアは、動作中に差動データ信号を送信するために用いられる。この場合、各ワイヤペアは、（フィルム）シールドによって囲まれるのが好ましい。ワイヤペアのそれぞれの導体が、例えばはんだ付け、溶接等によってプリント回路基板のそれぞれの信号導体と電気的に接触する。同時に、シールドは、導体トラックの接地コンタクトと接触する。

本発明の例示的な実施形態が、部分的に簡略化された表現である図に関連して以下でより詳細に説明される。

プリント回路基板が配置されたコネクタ及び接続されたデータケーブルを通した高度に簡略化された概略断面図を示す。 プリント回路基板の断面図からの詳細を示す。 プリント回路基板の第１の層の平面図からの詳細を示す。 プリント回路基板の第２の層の平面図からの詳細を示す。 プリント回路基板の第３の層の平面図からの詳細を示し、個別の図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、同一の詳細を示す。 各場合に信号周波数にわたる、コモンモード信号及び差動信号、並びにまた加えてモード変換プロファイルの図的表現を示す。

図において、同じ動作を有する部分には同じ参照符号が提供される。

図１は、データケーブル４が接続される（ＱＳＦＰ:Quad Small Form-factor Pluggable)コネクタ２を備えた予め組み立てられたケーブルからの詳細の概略断面図を示す。コネクタ２は、プリント回路基板８が中に配置されるコネクタハウジング６を有する。データケーブル４は、ペアシールド１６を設けられた複数のワイヤペア１２を囲むシース１０を含む。それぞれのワイヤペア１２は、プリント回路基板８の後部接続領域において、前記プリント回路基板に追加された導体トラックと電気的に接触する２つのそれぞれの導体を有する。それぞれの導体トラックは、以降では信号導体１４（この点に関して図２を参照）と呼ばれる。ペアシールド１６は、接続領域においてプリント回路基板８の接地コンタクトと更に接触する。

接続領域の反対側の端部において、プリント回路基板８は、差し込み突起体の形態である。この自由端は、相手側コンタクトを有する相手側コネクタに挿入される（本事例において、より詳細には示されない）。この場合、プリント回路基板８は、接続領域から差し込み突起体まで長手方向Ｌに延びる。

プリント回路基板８の特別な設計が、特に図２から明白である。これは、全体的な多層プリント回路基板８の単に上半分の詳細を示す。図１の例示的な実施形態において、図２に示されている構造は、同一の構造によって下方へ鏡像方式で再度隣接され、その結果、同一の層状構造が、中心面の両面に形成される。これは、プリント回路基板８の上部及び底部の両方においてワイヤペア１２との電気的な接触を行うことができるようにする。通常、接触は、８つのワイヤペア、即ち上部の４つ及び底部の４つで行われる。この場合、それぞれのワイヤペア１２は、差動データ信号を送信するための信号経路を画定する。次に、４ワイヤペアが、送信機経路を形成し、４つのワイヤペアが、受信機経路を形成する。受信機経路は、データケーブル４から来るデータ信号をプリント回路基板８の導体トラック構造に結合するために用いられる。

図２から分かるように、プリント回路基板８は、３つの層１８Ａ、Ｂ、Ｃを備えた設計を有する。この場合、それぞれの層１８Ａ、Ｂ、Ｃは、サポート又は基板層２０Ａ、Ｂ、Ｃによって形成され、それらの上にそれぞれの導体トラック領域が形成される。最上層１８Ａは、その上に形成された信号導体１４と、エッジにおける接地領域２２とを有する。従って、第１の層１８Ａはまた、信号導体層と呼ぶことができる。中間基板層２０Ｂは、その上の中心に配置された導体トラックを有し、導体トラックは減結合（デカップリング：ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）線２４を形成する。これの側部に接地領域２２が再び形成される。従って、中間層１８Ｂは減結合層と呼ぶこともできる。最下基板層２０Ｃは、好ましくは、それに追加された全面的な導電性コーティングであって、接地層及び従って接地導体２６を形成する全面的な導電性コーティングを有している。動作中、接地導体２６は接地電位に接続される。従って、最下層１８Ｃは接地層と呼ぶこともできる。

図２から非常に明確に分かるように、個別基板層２０Ａ、Ｂ、Ｃは、異なる層厚さｄを有し、信号導体１４と減結合線２４との間に配置された基板層２０Ａの層厚さｄは、続く中間基板層２０Ｂの厚さｄより小さい。従って、減結合線２４は、基板層２０Ａによって信号導体１４から絶縁され、導電接続は行われない。好ましくは、第１の基板層２０Ａは、約１００μｍの範囲における厚さｄを有し、第２の基板層２０Ｂは、例として３００μｍの範囲における厚さｄを有する。

異なる層１８Ａ、１８Ｂの接地領域２２は、複数のメッキスルーホール２８を通して接地導体２６と電気的に接触する。特に図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの平面図から明白なように、複数のかかるメッキスルーホール２８は、プリント回路基板の長手方向において接地領域２２の全てに沿って形成される。個別メッキスルーホール２８は、互いにわずか数ｍｍ以下だけ離れている。

図２によって明らかにされるように、２つの信号導体１４は、互いに離れて配置される。それらは、それぞれ、典型的には１００〜２００μｍ、好ましくは約１７５μｍの導体トラック幅を有する。２つの単一信号導体間の距離ａは、わずかにより大きく、典型的には２５０μｍである。

信号導体１４の下に配置された減結合導体２４は、２つの信号導体１４にわたって横方向Ｑに延び、減結合導体２４のエッジは、２つの信号導体１４の最も外側のエッジと同一平面にあるのが好ましい。従って、減結合導体２４は、２つの信号導体の幅にそれらの間の距離を加えたものに対応する全体的な幅を有する。好ましくは、減結合導体２４の幅は、５００〜７５０μｍの範囲、特に６００μｍである。

最上層１８Ａはまた、はんだレジストによって形成されるのが好ましい絶縁層３０によって覆われる。

図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの表現は、それぞれ同じ詳細を示す。従って、それぞれの表現を互いの上に配置することによって、互いに対する個別層１８Ａ、Ｂ、Ｃの個別導体トラック領域の相対的な向きが得られる。

この場合、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの詳細表現は、プリント回路基板８の単なる小領域、具体的には減結合線２４を設けられる受信機経路の単なる小領域を示す。これにはまた、送信機経路を備えたプリント回路基板領域が通常続く。

図３Ａは、第１の層１８Ａの平面図からの詳細を示す。図２は、２つの信号導体１４を備えた導体ペアの領域における断面図のみを示した。ここで、図３Ａは、合計４つの信号導体１４を備えた２つのかかる導体ペアの平面図を示す。この場合、それぞれの導体ペアは、差動信号を送信するように設計される。明確に明らかにされるように、導体ペアを形成するそれぞれの隣接する信号導体１４は、接地領域２２によって減結合され、その結果、それぞれの導体ペアは、接地領域２２によって両面を囲まれる。

信号導体１４のそれぞれの導体トラックは、端部パッド３２から反対側のパッド３２まで延びる。例として、パッド３２は、それぞれ、追加的にコーティングされてもよい、広げられた導体トラック領域によって形成される。この場合、個別信号導体１４は、厳密には直線的に延在せず、より正確にはまた傾斜導体セクション３３を有し、その結果、信号導体１４の全長は、プリント回路基板８の規定の長さの直線プロファイルと比較して増加される。プリント回路基板の全長は、典型的には約２０ｍｍの近くである。

最上層１８Ａは、最初に信号導体１４又は減結合線２４及び接地導体２６に接続される追加の異なる電子コンポーネントを有している。

従って、第１のコンポーネントとして、ＤＣ分離コンデンサ３４が、それぞれの信号導体１４に統合される。この目的のために、分離コンデンサ３４の関連する接触フットは、信号導体１４の関連するパッドに接続される。これらのコンポーネントの物理的サイズのために、２つの信号導体１４間の距離が、これらの分離コンデンサ３４の領域において増加される対処がこの場合に存在する。この領域において、距離ａは、信号導体１４におけるｙ形又は漏斗形フレアのために広くなる。分離コンデンサ３４の直後に、元の距離ａに対して対応する対称的なテーパが存在する。

加えて、最上層１８Ａは、オーム抵抗の形態でその上に配置された減衰素子３６を有する。この場合、各減結合線２４は、前記減結合線の対向端部に、この種のそれぞれの関連する減衰素子３６を有する。従って、減衰素子３６のそれぞれにおける端部は、それらの対向端部において減結合線２４と電気的に接触する。

これらのアセンブリ３６はまた、信号導体１４間の距離ａを広くする。その結果、減衰素子３６は、それぞれの導体ペアの信号導体１４間に対称的に収容される。

減衰素子３６は、長手方向において互いに離れている２つのそれぞれの接続領域を有する。ここで、減衰素子３６の接続に至るまでの、減結合線２４のための可能な最長結合経路及び従って可能な最大長さを可能にするように、減衰素子３６のそれぞれの外部接続領域は、減結合線２４と電気的に接触する。この目的のために、孔又はメッキスルーホール２８は、減衰素子３６と下にある減結合線２４との間の接触を行うために、最上基板層２０Ａに形成される。

対照的に、プリント回路基板の中心の方へと内側に向けられた接続領域は、メッキスルーホール２８を介して最下層１８Ｃの接地導体２６と接触する。

特に図３Ｂから分かるように、この目的で、減結合線２４は、その中に形成された孔３８であって、メッキスルーホール２８がルーティングされる際に通過する孔３８を有する。減衰素子３６の領域において、減結合線は、広げられた導体トラック幅を有し、その結果、第１に電気的な接触を行うための、且つ第２にまた孔３８を作製するための十分なスペースが存在する。

図３Ｂの平面図によって更に明らかにされているように、それぞれの減結合線２４は、分離コンデンサ３４の領域に狭窄型でテーパ４０を形成する。このテーパ４０の領域において、導体トラック幅は低減される。図３Ｂ及び３Ｃは、明瞭さを改善するために、電子アセンブリ３４、３６を再度示す。しかしながら、それらの物理的配置は最上基板層２０Ａの直上である。

それから分かるように、減結合線２４のプロファイルは、信号導体１４のプロファイルに正確に従う。従って、減結合線２４は、信号導体と平行に延在し、且つそのプロファイルに従う。特に分離コンデンサ３４の場合、２つの信号導体１４間の距離が、コンポーネントの配置のために変化するまさに遷移領域において、厳格な平行プロファイルからの逸脱が存在する。しかしながら、減結合線２４は、特に各長手方向位置において、２つの信号導体１４に対して厳格に対称形態である。従って、切断平面で分かるように、減結合線２４は、２つの信号導体１４のそれぞれから同じ距離（等間隔）にある。図３Ｂによって更に明らかにされているように、接地領域２２も信号導体１４のプロファイルに従い、その結果、全体として導体トラックレイアウトの非常に対称的な実施形態が達成される。

最後に、図３Ｃは、接地導体２６が、プリント回路基板エリアの少なくとも大部分を覆う広範囲な地板の形態であることを明確に明らかにする。

接続されたデータケーブル４及び高速データ通信を用いた動作中に、各導体ペアは、差動データ信号Ｓ_Ｄを送信するために用いられる。例えば、長手方向に折り畳まれたフィルムの形態である、最初に説明したペアシールド１６のために、いわゆるコモンモード信号Ｓ_Ｃも含まれるが、それらは、実際の信号送信には望ましくない。これらの信号成分は、同様に、信号導体１４に結合される。本事例において説明される特別な構造及び特別な設計は、方向性結合器の方式で、コモンモード信号成分Ｓ_Ｃの少なくとも小領域を減結合線２４へ減結合する。これらの減結合された信号成分のエネルギは、減衰素子３６において消費される。従って、減結合線２４及び減衰素子３６を備えた減結合構造は、望ましくない信号成分のための事実上の受け皿（サンプ）を形成し、それによって、全体として改善された信号送信に帰着する。

図４に示されているグラフは、異なる変数のモデル化されたプロファイルの例を示す。結果は、次の試験セットアップに基づいている。

最上基板層２０Ａの厚さｄは、１００μｍであり、中間基板層２０Ｂの厚さｄは、３００μｍである。最上基板層２０Ａは、約３．４の誘電率ε_ｒを有する。用いられる減衰素子は、２２オームの抵抗値を有するオーム抵抗であった。分離コンデンサ３４は、１００ｎＦの公称静電容量を有する。

図４に従って確認されたものは、周波数にわたる差動信号成分Ｓ_Ｄの減衰プロファイル、周波数にわたるコモンモード信号成分Ｓ_Ｃのプロファイル、及び周波数にわたるいわゆるモード変換Ｍのそれぞれである。加えて、５０オームのコモンモード特性インピーダンスが仮定された。一般に、モード変換は、コモンモード信号成分Ｓ_Ｃへの差動信号成分Ｓ_Ｄの変換を意味すると理解され、逆も同様である。かかるモード変換は基本的に望ましくない。

この場合、左側のｙ軸は、差動信号成分Ｓ_Ｄ及びコモンモード信号成分Ｓ_ＣのｄＢ単位の減衰値を示す。対照的に、右側のｙ軸は、モード変換の減衰値ｄＢを示す。

明確に明らかにされているように、０〜３０ＧＨｚの全周波数スペクトルにわたる実際に関心のある差動信号成分Ｓ_Ｄの単にわずかな減衰が存在する。減衰は、周波数が増加すると共に増加し、約２５ＧＨｚにおいて約−１ｄＢに達する。

対照的に、コモンモード信号成分Ｓ_Ｃの非常に激しい減衰が識別可能であり、それは複数の最大値を示す。減結合線２４のために特に約１４ｍｍの長さを用いる本事例において選択された設計の場合、約−３．２ｄＢの局所的な減衰最大値が約３ＧＨｚで到達される。コモンモード信号成分Ｓ_Ｃは、約６ＧＨｚ〜１０ＧＨｚにおいて更なる局所的な減衰最大値を有する。

従って、全体として、本事例で説明されている減結合構造を備えたプリント基板設計は、望ましくないコモンモード信号成分Ｓ_Ｃの有効な減衰を達成する。これに関連して重要な態様は、到着するコモンモードコンポーネントが反射されず、より正確には減結合構造によって吸収さえされることである。更なる研究はまた、この設計が、非常に優れたマッチング比、即ち、逆に、接続されたデータケーブル４へのコモンモード信号成分Ｓ_Ｃの単なる低い反射によって区別されることを示した。重要な態様は、信号成分Ｓ_Ｃが吸収されることである。本事例において、これは、特に１〜５ＧＨｚの周波数範囲のために、特に約３ＧＨｚの領域において特に効果的に達成される。本事例において説明されているプリント回路基板８は、いわゆるＱＳＦＰパドルカードのようないわゆるＱＳＦＰコネクタに特に適応される。

２ コネクタ
４ データケーブル
６ コネクタハウジング
８ プリント回路基板
１０ シース
１２ ワイヤペア
１４ 信号導体
１６ ペアシールド
１８Ａ、Ｂ、Ｃ層
２０Ａ、Ｂ、Ｃ基板層
２２ 接地領域
２４ 減結合線
２６ 接地導体
２８ メッキスルーホール
３０ 絶縁層
３２ パッド
３３ 傾斜導体セクション
３４ 分離コンデンサ
３６ 減衰素子
３８ 孔
４０ テーパ
ｄ 層厚さ
ａ 距離
Ｓ_Ｄ 差動信号成分
Ｓ_Ｃ コモンモード信号成分
Ｍ モード変換
Ｌ 長手方向
Ｑ 横方向

Claims (16)

1. 差動データ信号の信号送信のための装置であって、前記差動データ信号（Ｓ_Ｄ）を送信するための２つの信号導体（１４）を有する導体ペアを有するプリント回路基板（８）を含む、装置において、前記導体ペアから絶縁される減結合線（２４）が前記導体ペアに対して対称的に配置され、前記減結合線（２４）は、中断されずに前記信号導体（１４）と平行に延在し、少なくとも１つの減衰素子（３６）を介して接地導体（２６）に接続され、それにより、コモンモード信号成分（Ｓ_Ｃ）が、動作中、前記減結合線（２４）に少なくとも部分的に出力され、且つ減衰されることを特徴とする、装置。
2. 前記減結合線（２４）が、各長手方向位置において、その全長にわたり前記信号導体（１４）に対して対称的に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記信号導体（１４）が、前記減衰素子（３６）の領域において増加される互いからの距離（ａ）にあり、それにより、前記減衰素子（３６）が、前記信号導体（１４）間で対称的に配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記信号導体（１４）が、それぞれ、それらに接続されるコンポーネントである分離コンデンサ（３４）を有することと、前記信号導体（１４）間の距離（ａ）が、前記コンポーネントの領域において増加され、且つ／又は前記減結合線（２４）が、前記コンポーネントの前記領域においてテーパ（４０）を有することとを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記プリント回路基板（８）が、複数の層（１８Ａ、Ｂ、Ｃ）を有し、そのうちの少なくとも１つが、前記接地導体（２６）を有する接地層の形態であることと、前記減衰素子（３６）が、メッキスルーホール（２８）を介して、前記接地導体（２６）に接続されることとを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記減衰素子（３６）が、前記減結合線（２４）の外側領域において前記減結合線（２４）に接続されることと、前記減結合線（２４）から内向きの距離で、前記減衰素子（３６）が前記接地導体（２６）に接続され、及びこの目的のために、前記接地導体（２６）への前記接続のための孔（３８）が、前記減結合線（２４）に形成されることとを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つの減衰素子（３６）が、前記減結合線（２４）の両端部と接触していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記減衰素子（３６）が、オーム抵抗であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記プリント回路基板（８）が、複数の層（１８Ａ、Ｂ、Ｃ）を有することと、前記信号導体（１４）及び前記減結合線（２４）が、異なる層（１８Ａ、１８Ｂ）に形成されることとを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記減結合線（２４）が、横方向に見られるときに両方の信号導体（１４）にわたって延びることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記信号導体（１４）が、直線的に延びないことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記減結合線（２４）の長さが、規定された周波数帯域であって、その内側で望ましくないコモンモード信号成分が減結合されるように意図された規定された周波数帯域に基づいて選択され、１〜５ＧＨｚの範囲に減衰最大値が存在するように前記長さが選択されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記減結合線（２４）が、その上に形成されたパッド（３２）を有し、前記パッド（３２）によって、前記減衰素子（３６）との接触が行われることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記プリント回路基板（８）が、以下の層構造：接地導体（２６）を備えた基板層（１８Ｃ）と、減結合線（２４）を備えた基板層（１８Ｂ）と、信号導体（１４）及び好ましくは減衰素子（３６）、並びに必要に応じてより外側の絶縁層（３０）を備えた基板層（１８Ａ）とを備えた多層設計であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記プリント回路基板（８）が、コネクタ（２）のコネクタハウジング（６）に配置され、及び前記プリント回路基板（８）が、差し込みボードの形態であり、その一端部が、自由な差し込み接触突起体を形成することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置を用いる、差動データ信号（Ｓ_Ｄ）の信号送信のための方法であって、第１の信号導体（１４）が、データ信号を送信するために用いられ、及び第２の信号導体（１４）が、前記データ信号に対して反転される信号を送信するために用いられる、方法において、
    前記２つの信号導体（１４）に加えて、前記信号導体（１４）から絶縁された減結合導体（２４）であって、その中へと望ましくないコモンモード信号（Ｓ_Ｃ）が減結合され、且つ減衰される、減結合導体（２４）が形成されることを特徴とする、方法。

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