JP2018098290A - Signal transmission device and cable transmission device - Google Patents

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文夫 結城
Fumio Yuki
文夫 結城
慶 西村
Kei Nishimura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the jitter performance of a signal transmission device.SOLUTION: A signal transmission device is arranged to transmit signals of 10 Gbps or more per one route. The signal transmission device comprises: a GND layer formed on a substrate; a dielectric layer formed on the GND layer; a first node formed on the dielectric layer and soldered to a first transmission line outside the device; a second node formed on the dielectric layer, and removably connected to a second transmission line outside the device; and a third transmission line formed on the dielectric layer and serving to transmit the signal between the first and second nodes. The impedance of the third transmission line in signal transmission is set within a range of ±10% of an impedance of one of the first and second nodes.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、コネクタ付ケーブル伝送装置に関し、特に、ケーブル接続基板の両端に存在する接続ＰＡＤ間などに発生する、インピーダンス不整合による反射を軽減するための伝送路構成に関するものである。   The present invention relates to a cable transmission device with a connector, and more particularly to a transmission path configuration for reducing reflection due to impedance mismatching that occurs between connection PADs existing at both ends of a cable connection board.

近年，ブロードバンド通信技術の普及により，高スループットの高速Ｓｅｒｉａｌ Ｌｉｎｋへのニーズが様々な分野で高まっている。特に、サーバやルータ等のＩＴ装置内部データバス向けの技術分野では，２５Ｇｂｐｓ級の高速通信装置が普及し始め，更なる５０Ｇｂｐｓ級の高速化に向けてＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）４伝送が注目を浴びている。このようなＰＡＭ４伝送ではＮＲＺ（Non Return to Zero）伝送に比べて伝送マージンが減るため，伝送路のインピーダンス整合による反射の低減の重要度はさらに増してきている。   In recent years, with the spread of broadband communication technology, the need for a high-speed, high-speed serial link is increasing in various fields. In particular, in the technical field for IT device internal data buses such as servers and routers, high-speed communication devices of 25 Gbps have begun to spread, and PAM (Pulse Amplitude Modulation) 4 transmission has attracted attention for further acceleration of 50 Gbps. I'm bathing. In such PAM4 transmission, since the transmission margin is reduced as compared with NRZ (Non Return to Zero) transmission, the importance of reducing reflection by impedance matching of the transmission path is further increased.

従来のインピーダンスの整合技術については、例えば特許文献１がある。また、従来のコネクタ付ケーブル（ダイレクトアタッチケーブル）の技術については、例えば特許文献２がある。   For example, Patent Literature 1 discloses a conventional impedance matching technique. Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151867 discloses a conventional cable with a connector (direct attach cable).

特開２０１１−１９２７１５号公報JP 2011-192715 A 特開２０１５−１３０２４７号公報JP2015-130247A

一般に、伝送路設計では、インピーダンス不整合で発生する反射を防止するために、基板内のすべての経路を差動インピーダンス１００Ωで設計し、差動インピーダンス１００Ωの外部インターフェース（電気ケーブルや測定器）と整合させている。特に線路損失が小さい場合は、減衰量が小さいため反射ノイズが大きく、インピーダンス不整合で発生する反射の影響が大きいので注意が必要である。   In general, in the transmission line design, in order to prevent reflection caused by impedance mismatch, all paths in the board are designed with a differential impedance of 100Ω, and an external interface (electric cable or measuring instrument) with a differential impedance of 100Ω is used. Aligned. In particular, when the line loss is small, the amount of reflection noise is large because the attenuation is small, and the influence of reflection caused by impedance mismatching is large.

図１にコネクタ付ケーブル（ダイレクトアタッチケーブル100）の利用形態例を示す。データセンタ内のラック200内やラック200間のサーバを、ダイレクトアタッチケーブル100のような、メタルケーブル101（例えば５ｍ以下程度の長さを持つ）を用いた構成で接続し，例えば200Gbps（50Gbps x 4Line）の伝送を行う。ダイレクトアタッチケーブル100は，メタルケーブル101がラック200内のコネクタ接続基板201に、例えばQSFP（Quad Small Form-factor Pluggable）規格で定められたサイズの筐体300で接続される構成となっており，サーバへの挿抜が容易にできるようになっている。   FIG. 1 shows an example of how the cable with connector (direct attach cable 100) is used. Servers in the rack 200 or between racks 200 in the data center are connected with a configuration using a metal cable 101 (for example, a length of about 5 m or less) such as the direct attach cable 100, for example, 200 Gbps (50 Gbps x 50 Gbps) 4Line) transmission. The direct attach cable 100 is configured such that a metal cable 101 is connected to a connector connection board 201 in a rack 200 with a housing 300 having a size defined by, for example, a QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) standard. It can be easily inserted into and removed from the server.

図２にメタルケーブル101（1Line）からコネクタ接続基板201までの接続構成斜視図を示す。メタルケーブル101は，ケーブル接続基板102にケーブル接続ＰＡＤ103で半田接続され，筐体内に格納されている。さらにケーブル接続基板102を筐体に格納して，筐体をケージに挿入することでコネクタ接続基板201に取り付けられているコネクタ202に、メタルケーブル101が接続される構成である。ケーブル接続基板102には、例えば、コネクタ勘合ＰＡＤ104があって、コネクタ202との電気的な接続を可能とする。また、コネクタ202は、コネクタ接続基板201のコネクタ接続ＰＡＤ203に、半田接続されている。   FIG. 2 shows a perspective view of the connection configuration from the metal cable 101 (1 Line) to the connector connection board 201. FIG. The metal cable 101 is solder-connected to the cable connection board 102 by the cable connection PAD 103 and stored in the housing. Further, the metal cable 101 is connected to the connector 202 attached to the connector connection board 201 by storing the cable connection board 102 in the case and inserting the case into the cage. The cable connection board 102 has, for example, a connector fitting PAD 104, which enables electrical connection with the connector 202. The connector 202 is solder-connected to the connector connection PAD 203 of the connector connection board 201.

上記構成のメタルケーブル101、ケーブル接続基板102の線路、コネクタ202、コネクタ接続基板201の線路の差動インピーダンスは、従来１００Ωで設計され、インピーダンス整合させている。後に述べるように、ケーブル接続基板102の線路を構成する配線層や、コネクタ202内部、コネクタ接続基板201の線路を構成する配線層の幅は、ＰＡＤ部103,104,203の幅より狭くなっている。発明者らは、信号の高速化に伴った、基板への接続部品を搭載するＰＡＤ部やコネクタ部のインピーダンスへの影響について考察した。   Conventionally, the differential impedance of the metal cable 101, the line of the cable connection board 102, the connector 202, and the line of the connector connection board 201 of the above configuration is designed to be 100Ω and is impedance matched. As will be described later, the widths of the wiring layers constituting the lines of the cable connection board 102 and the wiring layers constituting the lines of the connector 202 and the connector connection board 201 are narrower than the widths of the PAD portions 103, 104, and 203. The inventors considered the influence on the impedance of the PAD part and the connector part on which the connection parts to the board are mounted as the signal speed increases.

以下で、メタルケーブル101、ケーブル接続基板102、コネクタ202のそれぞれが持つ伝送線路を、メタルケーブル伝送線路101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cということにする。   Hereinafter, the transmission lines of the metal cable 101, the cable connection board 102, and the connector 202 are referred to as a metal cable transmission line 101C, a cable connection board transmission line 102C, and a connector transmission line 202C.

図３に、図２の構成において、１００Ωのインピーダンス整合で設計した場合の、コネクタ付ケーブルのインピーダンス特性シミュレーション結果を示す。グラフ中に図２の対応する構成の符号を示す。   FIG. 3 shows the impedance characteristic simulation result of the cable with connector in the case of designing with 100Ω impedance matching in the configuration of FIG. In the graph, reference numerals corresponding to those in FIG. 2 are shown.

メタルケーブル伝送線路101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cのインピーダンスが約１００Ωに対して、ケーブル接続ＰＡＤ103やコネクタ勘合ＰＡＤ104などが１００Ωよりも小さく、それぞれ８７Ωと７０Ωであることが分かる。このインピーダンスの低下により、１００Ωに対してインピーダンスの不整合が発生し、その低下したインピーダンス間の多重反射310により、ジッタ特性が悪化する。特に、アイマージンが小さいＰＡＭ４伝送においては、ジッタ特性悪化の影響が大きい。   It can be seen that the impedance of the metal cable transmission line 101C, the cable connection board transmission line 102C, and the connector transmission line 202C is about 100Ω, while the cable connection PAD103, the connector fitting PAD104, etc. are smaller than 100Ω, respectively 87Ω and 70Ω. Due to this decrease in impedance, impedance mismatch occurs with respect to 100Ω, and the jitter characteristics deteriorate due to multiple reflections 310 between the decreased impedances. In particular, in PAM4 transmission with a small eye margin, the influence of jitter characteristic deterioration is large.

図４に、図２のケーブル接続基板102における、ケーブル接続ＰＡＤ103周辺の部分拡大構成を示し、インピーダンス低下の理由を説明する。図４（ａ）は斜視図を示し、図４（ｂ）は断面図を示す。配線は差動構成として、１対の導線を示している。   FIG. 4 shows a partially enlarged configuration around the cable connection PAD 103 in the cable connection board 102 of FIG. 2, and the reason for the impedance reduction will be described. 4A shows a perspective view, and FIG. 4B shows a cross-sectional view. The wiring shows a pair of conducting wires as a differential configuration.

図４（ａ）と（ｂ）に示すように、ケーブル接続基板102のケーブル接続基板伝送線路102CとＧＮＤベタ層410で誘電体420を挟み込む構造で、伝送路基板を構成している。差動線路間のスペース、配線幅、線路の形状によるインダクタ成分と線路とＧＮＤ間の配線容量などのパラメータにより、差動線路のインピーダンスが決まる。また、インピーダンスは、容量成分が大きいと低インピーダンスの傾向があり、インダクタ成分が大きいと高インピーダンスの傾向がある。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the transmission line substrate is configured by sandwiching the dielectric 420 between the cable connection substrate transmission line 102C of the cable connection substrate 102 and the GND solid layer 410. The impedance of the differential line is determined by parameters such as the space between the differential lines, the wiring width, the inductor component depending on the shape of the line, and the wiring capacitance between the line and GND. The impedance tends to be low impedance when the capacitance component is large, and tends to be high impedance when the inductor component is large.

例えば、ケーブル接続基板伝送線路102C部分の配線幅Ｗ１をインピーダンス１００Ωに調整する。一方、ケーブル接続ＰＡＤ103の配線幅Ｗ２はケーブルを半田付けするため、ケーブル接続基板伝送線路102Cの幅よりも広げる必要がある。これにより、ケーブル接続ＰＡＤ103のＧＮＤベタ層410との容量結合領域430が広がるため、ケーブル接続基板伝送線路102C部分の容量結合領域440に比べて容量成分が大きくなり、例えばインピーダンスが５０Ωまで低下してしまう。このように同じ配線層構成で、配線幅が違う線路のインピーダンスを同じに調整するのは難しい。また、勘合で電気的な接続を確保するコネクタ勘合ＰＡＤ104も、同様である。   For example, the wiring width W1 of the cable connection board transmission line 102C is adjusted to an impedance of 100Ω. On the other hand, the wiring width W2 of the cable connection PAD103 needs to be wider than the width of the cable connection board transmission line 102C in order to solder the cable. As a result, the capacitive coupling region 430 with the GND solid layer 410 of the cable connection PAD103 is widened, so that the capacitance component becomes larger than that of the capacitive coupling region 440 of the cable connection board transmission line 102C portion, for example, the impedance is reduced to 50Ω. End up. As described above, it is difficult to adjust the impedances of lines having the same wiring layer configuration and different wiring widths to be the same. The same applies to the connector fitting PAD 104 that secures electrical connection by fitting.

また、図４（ｂ）に伝送線路の断面構成を示すように、ケーブル接続基板伝送線路102Cとケーブル接続ＰＡＤ103は、表層配線層で構成し、ＧＮＤベタ層410は、内層配線層で構成している。インピーダンス低下の改善策として、図４（ｂ）に示すようにケーブル接続ＰＡＤ103の直下にＧＮＤ繰り抜き部450を設け、ＧＮＤベタ層410に対する容量成分の低下対策をしても、繰り抜き周辺部との容量結合が残るため容量成分を十分下げきれず、７０〜８０Ωのインピーダンスとなってしまう。   Further, as shown in the cross-sectional configuration of the transmission line in FIG. 4B, the cable connection board transmission line 102C and the cable connection PAD103 are configured by a surface layer wiring layer, and the GND solid layer 410 is configured by an inner layer wiring layer. Yes. As a measure for improving the impedance reduction, as shown in FIG. 4B, even if a GND pull-out portion 450 is provided immediately below the cable connection PAD 103, and the countermeasure for lowering the capacitance component with respect to the GND solid layer 410 is taken, Therefore, the capacitive component cannot be sufficiently lowered, and the impedance becomes 70 to 80Ω.

また同様に、コネクタ勘合ＰＡＤ104の部分でも、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域が広がるため、容量成分が大きくなりインピーダンスの低下が生じる。また、コネクタ部分ではコネクタ勘合ＰＡＤ104の勘合のみで機械的強度を保持するために、コネクタ勘合ＰＡＤ104の配線長および配線幅をケーブル接続ＰＡＤ103よりも若干大きく設定しているため、勘合部分で生じる容量が大きく、ケーブル接続ＰＡＤ103の部分よりもインピーダンスが低下する。   Similarly, in the connector fitting PAD 104 portion, the capacitive coupling region with the GND solid layer 410 is widened, so that the capacitance component is increased and the impedance is reduced. In addition, in order to maintain the mechanical strength only by fitting the connector fitting PAD104 in the connector part, the wiring length and wiring width of the connector fitting PAD104 are set slightly larger than the cable connection PAD103, so the capacity generated in the fitting part is The impedance is lower than that of the cable connection PAD103.

以上説明したように、例えば200Gbps（50Gbps x 4Line）伝送のケーブルやコネクタなどの接続安定性のために、それぞれのＰＡＤ部の配線幅を伝送線路よりも広くすると、容量成分が大きくなるため、インピーダンスが１００Ωよりも低くなる。そして、その低下したインピーダンス間の多重反射により、ジッタ特性が悪化する。   As described above, for example, in order to stabilize the connection of cables and connectors for 200 Gbps (50 Gbps x 4 Line) transmission, if the wiring width of each PAD part is wider than the transmission line, the capacitance component increases. Becomes lower than 100Ω. And the jitter characteristic deteriorates due to the multiple reflection between the lowered impedances.

本発明の目的の一つは、それぞれのＰＡＤ部の低下したインピーダンスとの不整合を解消して，多重反射の影響によるジッタ劣化を防止することである。   One of the objects of the present invention is to eliminate the mismatch with the lowered impedance of each PAD section and prevent jitter deterioration due to the influence of multiple reflection.

本願発明の一側面は、１経路あたり１０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送する信号伝送装置であって、基板上に形成されたＧＮＤ層と、ＧＮＤ層の上に形成された誘電体層と、誘電体層の上に形成されて、装置外部の第１の伝送線路と半田接続される第１の接続点と、誘電体層の上に形成されて、装置外部の第２の伝送線路と着脱可能に接続される第２の接続点と、誘電体層の上に形成されて、第１の接続点と第２の接続点の間で前記信号の伝送を行う第３の伝送線路と、を備える。そして、信号の伝送時における第３の伝送線路のインピーダンスが、第１の接続点および第２の接続点のいずれか一つのインピーダンスのプラスマイナス１０％の範囲に設定されている。   One aspect of the present invention is a signal transmission device that transmits a signal of 10 Gbps or more per path, a GND layer formed on a substrate, a dielectric layer formed on the GND layer, and a dielectric layer And a first connection point soldered to the first transmission line outside the device, and a dielectric layer to be detachably connected to the second transmission line outside the device. And a third transmission line that is formed on the dielectric layer and transmits the signal between the first connection point and the second connection point. And the impedance of the 3rd transmission line at the time of signal transmission is set to the plus / minus 10% range of the impedance of any one of the 1st connection point and the 2nd connection point.

信号伝送装置の例としては、例えば、メタルケーブルと接続されるメタルケーブル接続基板がある。あるいは、情報処理装置本体に配置されて、メタルケーブル接続基板と着脱可能に接続されるコネクタがある。   As an example of the signal transmission device, for example, there is a metal cable connection board connected to a metal cable. Alternatively, there is a connector that is disposed in the information processing apparatus main body and is detachably connected to the metal cable connection board.

本願発明の他の一側面は、メタルケーブルと、ケーブル接続基板と、コネクタと、コネクタ接続基板とを備えるケーブル伝送装置である。   Another aspect of the present invention is a cable transmission device including a metal cable, a cable connection board, a connector, and a connector connection board.

メタルケーブルは、内部に１対のメタルケーブル伝送線路を有する。   The metal cable has a pair of metal cable transmission lines inside.

ケーブル接続基板は、ケーブル接続ＰＡＤと、コネクタ勘合ＰＡＤと、ケーブル接続ＰＡＤとコネクタ勘合ＰＡＤの間に形成された１対のケーブル接続基板伝送線路を有する。さらに、ケーブル接続基板は、第１のＧＮＤベタ層と、第１のＧＮＤベタ層とケーブル接続ＰＡＤの間の第1の誘電体を有し、メタルケーブルとケーブル接続ＰＡＤは、半田で電気的に接続されている。   The cable connection board includes a cable connection PAD, a connector fitting PAD, and a pair of cable connection board transmission lines formed between the cable connection PAD and the connector fitting PAD. Further, the cable connection board includes a first GND solid layer and a first dielectric between the first GND solid layer and the cable connection PAD. The metal cable and the cable connection PAD are electrically connected with solder. It is connected.

コネクタは、ケーブル基板勘合部と、コネクタ接続基板接続部と、ケーブル基板勘合部とコネクタ接続基板接続部の間に形成された１対のコネクタ伝送線路を有する。そして、ケーブル接続基板のコネクタ勘合ＰＡＤとコネクタのケーブル基板勘合部が電気的に接続されている。   The connector has a cable board fitting part, a connector connection board connection part, and a pair of connector transmission lines formed between the cable board fitting part and the connector connection board connection part. And the connector fitting PAD of a cable connection board | substrate and the cable board fitting part of a connector are electrically connected.

コネクタ接続基板は、コネクタ接続ＰＡＤが配列されたコネクタ搭載部と、コネクタ接続ＰＡＤに接続された１対のコネクタ接続基板伝送線路を有する。さらに、コネクタ接続基板は、第２のＧＮＤベタ層と、第２のＧＮＤベタ層とコネクタ接続ＰＡＤの間の第２の誘電体を有し、コネクタ接続ＰＡＤと前記コネクタ接続基板接続部は、半田で電気的に接続されている。   The connector connection board includes a connector mounting portion on which connector connection PADs are arranged, and a pair of connector connection board transmission lines connected to the connector connection PAD. Furthermore, the connector connection board includes a second GND solid layer and a second dielectric between the second GND solid layer and the connector connection PAD. The connector connection PAD and the connector connection board connection portion are soldered. Are electrically connected.

上記ケーブル伝送装置のインピーダンス設定の例を挙げれば、メタルケーブル伝送線路の差動インピーダンスＺcableは１００Ωであり、ケーブル接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺcablepadは８０〜９０Ωであり、コネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1は７０〜８０Ωであり、コネクタ接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad2は８０〜９０Ωであり、ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは７０〜９０Ωであり、コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは７０〜９０Ωである。   If the example of the impedance setting of the said cable transmission apparatus is given, the differential impedance Zcable of the metal cable transmission line is 100Ω, the differential impedance Zcablepad of the cable connection PAD is 80 to 90Ω, and the differential impedance Zconnectpad1 of the connector fitting PAD Is 70 to 80Ω, the differential impedance Zconnectpad2 of the connector connection PAD is 80 to 90Ω, the differential impedance Zcableboard of the cable connection board transmission line is 70 to 90Ω, and the differential impedance Zconnector of the connector transmission line is 70 to 90Ω. 90Ω.

本願によれば、高速動作時におけるケーブル伝送装置のジッタ特性を向上させることが出来る。   According to the present application, it is possible to improve the jitter characteristics of the cable transmission device during high-speed operation.

コネクタ付ケーブルの利用形態を示す斜視図。The perspective view which shows the utilization form of a cable with a connector. コネクタ付ケーブルのコネクタ部構成斜視図。The connector part structure perspective view of a cable with a connector. 伝送線路のインピーダンス特性を１００Ωに整合させた場合の、インピーダンスプロファイルのグラフ図。The graph of an impedance profile at the time of matching the impedance characteristic of a transmission line to 100 ohms. 伝送線路のパッド周辺の拡大斜視図および断面図。The expansion perspective view and sectional drawing of the pad periphery of a transmission line. 本発明の実施例によるケーブル接続基板とコネクタとの接続断面構成図。The connection cross-section block diagram of the cable connection board | substrate and connector by the Example of this invention. 本発明の実施例のインピーダンス特性イメージとシミュレーション結果のグラフ図。The graph of the impedance characteristic image and simulation result of the Example of this invention. 本発明の実施例のジッタ低減効果のシミュレーション結果図およびアイ開口波形図。The simulation result figure and the eye opening waveform figure of the jitter reduction effect of the Example of this invention. 本発明の実施例のインピーダンス特性イメージと伝送線路インピーダンス調整原理説明図。The impedance characteristic image of the Example of this invention and a transmission line impedance adjustment principle explanatory drawing.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. The present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments below. Those skilled in the art will readily understand that the specific configuration can be changed without departing from the spirit or the spirit of the present invention.

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。   In the present specification and the like, notations such as “first”, “second”, and “third” are attached to identify the components, and do not necessarily limit the number or order. In addition, a number for identifying a component is used for each context, and a number used in one context does not necessarily indicate the same configuration in another context. Further, it does not preclude that a component identified by a certain number also functions as a component identified by another number.

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。   The position, size, shape, range, and the like of each component illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, shape, range, or the like in order to facilitate understanding of the invention. For this reason, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, and the like disclosed in the drawings and the like.

本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。   Any component expressed in the singular herein shall include the plural unless the context clearly dictates otherwise.

以下で説明される実施例の典型例を示す。この伝送装置は、図２に示したように、メタルケーブル101と、ケーブル接続基板102と、コネクタ202と、コネクタ接続基板201を備えている。その使用形態は図１で説明したものと同様である。   A typical example of the embodiment described below is shown. As shown in FIG. 2, the transmission apparatus includes a metal cable 101, a cable connection board 102, a connector 202, and a connector connection board 201. The usage is the same as that described in FIG.

メタルケーブル101は、その内部に1対の第１の信号伝送路（メタルケーブル伝送線路101C）を有する。   The metal cable 101 has a pair of first signal transmission lines (metal cable transmission line 101C) therein.

ケーブル接続基板102は、一端にケーブル接続ＰＡＤ103と、もう一端にコネクタ勘合ＰＡＤ104を有し、ケーブル接続ＰＡＤ103とコネクタ勘合ＰＡＤ104間に1対の第２の信号伝送路（ケーブル接続基板伝送線路102C）を有する。ケーブル接続基板102の内層には、第一のGNDベタ層と、このGNDベタ層とケーブル接続ＰＡＤ103の間に配置された第1の誘電体が設けられている。メタルケーブル101と、ケーブル接続基板102の一端のケーブル接続ＰＡＤ103は、半田で電気的に接続されている。   The cable connection board 102 has a cable connection PAD103 at one end and a connector fitting PAD104 at the other end, and a pair of second signal transmission lines (cable connection board transmission line 102C) between the cable connection PAD103 and the connector fitting PAD104. Have. The inner layer of the cable connection substrate 102 is provided with a first GND solid layer and a first dielectric disposed between the GND solid layer and the cable connection PAD 103. The metal cable 101 and the cable connection PAD 103 at one end of the cable connection substrate 102 are electrically connected by solder.

コネクタ202は、一端にケーブル基板勘合部と、もう一端にコネクタ接続基板接続部とを備える。ケーブル基板勘合部とコネクタ接続基板接続部の間に１対の第３の信号伝送路（コネクタ伝送線路202C）を有する。   The connector 202 includes a cable board fitting portion at one end and a connector connection board connecting portion at the other end. A pair of third signal transmission paths (connector transmission lines 202C) are provided between the cable board fitting portion and the connector connection board connection portion.

ケーブル接続基板102のコネクタ勘合ＰＡＤ104と、コネクタ202のケーブル基板勘合部が電気的に接続される。ケーブル接続基板102とコネクタ202は、物理的に着脱が可能である。   The connector fitting PAD 104 of the cable connection board 102 and the cable board fitting portion of the connector 202 are electrically connected. The cable connection board 102 and the connector 202 can be physically attached and detached.

コネクタ接続基板201は、コネクタ搭載部にコネクタ接続ＰＡＤ203が配列され、そのＰＡＤから１対の信号伝送路（コネクタ接続基板伝送線路）が形成されている。コネクタ接続基板201の内層には、第二のＧＮＤベタ層と、ＧＮＤベタ層とコネクタ接続ＰＡＤ203の間に誘電体が設けられ、コネクタ接続基板201のコネクタ接続ＰＡＤ203とコネクタ接続基板接続部は、半田で電気的に接続されている。   Connector connection board 201 has connector connection PAD 203 arranged in the connector mounting portion, and a pair of signal transmission paths (connector connection board transmission lines) is formed from the PAD. The inner layer of the connector connection board 201 is provided with a second GND solid layer, and a dielectric between the GND solid layer and the connector connection PAD 203. The connector connection PAD 203 and the connector connection board connection portion of the connector connection board 201 are soldered. Are electrically connected.

以上の構成において、ケーブル接続ＰＡＤ103と第一のＧＮＤベタ層の間には、高周波信号を電気伝送路に流したときに第１の容量成分が形成され、コネクタ勘合ＰＡＤ104と第一のＧＮＤベタ層の間には、高周波信号を電気伝送路に流したときに第２の容量成分が形成され、コネクタ接続ＰＡＤ203と第二のＧＮＤベタ層の間には、高周波信号を電気伝送路に流したときに第３の容量成分が形成される。ここで高周波信号とは、例えば、7GHz以上の電気信号であり、用途としては10Gbps以上の高速信号伝送を想定している。   In the above configuration, a first capacitive component is formed between the cable connection PAD103 and the first GND solid layer when a high-frequency signal is passed through the electric transmission line, and the connector fitting PAD104 and the first GND solid layer are formed. A second capacitance component is formed when a high-frequency signal is passed through the electrical transmission line, and between the connector connection PAD 203 and the second GND solid layer when a high-frequency signal is passed through the electrical transmission path. A third capacitive component is formed. Here, the high-frequency signal is, for example, an electrical signal of 7 GHz or higher, and a high-speed signal transmission of 10 Gbps or higher is assumed as an application.

数値の一例を付記すれば、第１の信号伝送線路の差動インピーダンスＺcableは１００Ωであり、ケーブル接続ＰＡＤ103の差動インピーダンスＺcablepadは８０〜９０Ωであり、コネクタ勘合ＰＡＤ104の差動インピーダンスＺconnectpad1は７０〜８０Ωであり、コネクタ接続ＰＡＤ203の差動インピーダンスＺconnectpad2は８０〜９０Ωであり、第２の信号伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは７０〜９０Ωであり、第３の信号伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは７０〜９０Ωである。   As an example of numerical values, the differential impedance Zcable of the first signal transmission line is 100Ω, the differential impedance Zcablepad of the cable connection PAD103 is 80 to 90Ω, and the differential impedance Zconnectpad1 of the connector fitting PAD104 is 70 to 90Ω. The differential impedance Zconnectpad2 of the connector connection PAD203 is 80 to 90Ω, the differential impedance Zcableboard of the second signal transmission line is 70 to 90Ω, and the differential impedance Zconnector of the third signal transmission line is 70. ~ 90Ω.

このように、ケーブル接続ＰＡＤ103（Zcablepad=８０〜９０Ω）、コネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７０＝８０Ω）、および、コネクタ接続ＰＡＤ203（Zconnectpad2=８０〜９０Ω）に挟まれた、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202CのインピーダンスZcableboardとZconnectorをともに７０〜９０Ωに調整している。このため，各ＰＡＤ部とケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cとのインピーダンス不整合を回避でき，反射を低減できるので，ジッタ特性を向上可能である。   Thus, the cable connection board transmission line 102C sandwiched between the cable connection PAD103 (Zcablepad = 80 to 90Ω), the connector fitting PAD104 (Zconnectpad1 = 70 = 80Ω), and the connector connection PAD203 (Zconnectpad2 = 80 to 90Ω) The impedance Zcableboard and Zconnector of the connector transmission line 202C are both adjusted to 70 to 90Ω. For this reason, impedance mismatch between each PAD unit, the cable connection board transmission line 102C, and the connector transmission line 202C can be avoided and reflection can be reduced, so that the jitter characteristic can be improved.

なお、本明細書では伝送線路同士を電気的に接続するＰＡＤ、端子、あるいはコネクタ等を総称して接続点ということにする。   In this specification, PAD, terminals, connectors or the like that electrically connect transmission lines are collectively referred to as connection points.

図５は、本発明の実施例１によるケーブル伝送装置の構成を示す図である。用途としては、例えば、通信装置や情報処理装置である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the cable transmission device according to the first embodiment of the present invention. Applications include, for example, communication devices and information processing devices.

装置の外形的な接続構成の概要斜視図は、図１、図２に示す構成と同様である。図５では図２の装置の接続の詳細な断面構成図を示している。なお、図は差動構成のケーブル伝送装置の左半分の接続構成を示しており、省略しているが右半分も同じ構成である。本実施例のケーブル伝送装置は、右から、メタルケーブル101、ケーブル接続基板102、コネクタ202、コネクタ接続基板201が電気的に接続されて信号の経路を形成している。ケーブル接続ＰＡＤ（Zcablepad）103、コネクタ接続ＰＡＤ（Zconnectpad2）203は、半田によりケーブルや端子と電気的に接続される構成である。さらに、コネクタ勘合ＰＡＤ（Zconnectpad1）104は、コネクタ202と勘合により電気的に接続される構成である。   The outline perspective view of the external connection configuration of the apparatus is the same as the configuration shown in FIGS. FIG. 5 shows a detailed cross-sectional configuration diagram of the connection of the apparatus of FIG. The drawing shows the connection configuration of the left half of the cable transmission device having a differential configuration, and although omitted, the right half has the same configuration. In the cable transmission device of this embodiment, the metal cable 101, the cable connection board 102, the connector 202, and the connector connection board 201 are electrically connected from the right to form a signal path. The cable connection PAD (Zcablepad) 103 and the connector connection PAD (Zconnectpad2) 203 are configured to be electrically connected to cables and terminals by soldering. Further, the connector fitting PAD (Zconnectpad 1) 104 is configured to be electrically connected to the connector 202 by fitting.

図５ではメタルケーブル101は1Laneのみ示しているが、例えば、1Laneあたり10Gbps以上の信号を伝送する。この例では50Gbps/Laneを想定している。メタルケーブル101は、差動の銅線112がシールドされた構成でありメタルケーブル伝送線路101Cとして機能する。ケーブル接続基板102は、メタルケーブル101とコネクタ202との間の信号を伝達するケーブル接続基板伝送線路（Zcablebozrd）102Cとして機能する。コネクタ202は、ケーブル接続基板102とコネクタ接続基板201との間の信号を伝達するコネクタ伝送線路（Zconnector）202Cとして機能する。コネクタ接続基板201は、コネクタ202からの信号をサーバ内へ伝達するコネクタ接続基板伝送線路201Cとして機能する。   In FIG. 5, the metal cable 101 shows only one lane, but for example, a signal of 10 Gbps or more is transmitted per lane. In this example, 50Gbps / Lane is assumed. The metal cable 101 has a configuration in which a differential copper wire 112 is shielded, and functions as a metal cable transmission line 101C. The cable connection board 102 functions as a cable connection board transmission line (Zcablebozrd) 102C for transmitting a signal between the metal cable 101 and the connector 202. The connector 202 functions as a connector transmission line (Zconnector) 202C that transmits a signal between the cable connection board 102 and the connector connection board 201. The connector connection board 201 functions as a connector connection board transmission line 201C that transmits a signal from the connector 202 into the server.

図２に示し、図４で説明したように、メタルケーブル101を接続するケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ202に勘合するコネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタを接続するコネクタ接続ＰＡＤ203は、各基板の伝送線路より配線幅が広く、図５に示す各基板のＧＮＤベタ層410A,410Bとの間で容量成分を形成する。   As shown in FIG. 2 and described in FIG. 4, the cable connection PAD 103 for connecting the metal cable 101, the connector connection PAD 104 for fitting to the connector 202, and the connector connection PAD 203 for connecting the connector have a wiring width larger than the transmission line of each board. In general, a capacitance component is formed between the GND solid layers 410A and 410B of each substrate shown in FIG.

図６は、本実施例におけるインピーダンスプロファイルの一例を、図５の構成を例に説明するグラフ図である。   FIG. 6 is a graph illustrating an example of the impedance profile in the present embodiment, taking the configuration of FIG. 5 as an example.

図６（ａ）にインピーダンスプロファイルの従来例との比較を示す。従来のインピーダンスプロファイル601では、メタルケーブル伝送線路（Zcable）101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cが１００Ωに対して、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタ接続ＰＡＤ203部のインピーダンスは、それぞれ、８７Ω、７５Ω、８７Ωであり、９０Ω以下となっており、１００Ωよりも小さい。   FIG. 6A shows a comparison of the impedance profile with the conventional example. In the conventional impedance profile 601, the metal cable transmission line (Zcable) 101C, the cable connection board transmission line 102C, and the connector transmission line 202C are 100Ω, while the impedance of the cable connection PAD103, the connector fitting PAD104, and the connector connection PAD203 is respectively 87Ω, 75Ω, 87Ω, 90Ω or less, and smaller than 100Ω.

本実施例のインピーダンスプロファイル602では、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタ接続ＰＡＤ203部のインピーダンスは、９０Ω以下と従来と同じに対して、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスを、従来の１００Ωからそれぞれケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスまで下げる構成である。伝送線路のインピーダンスは、ケーブル接続ＰＡＤ103あるいはコネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスの、プラスマイナス１０％、好ましくは５％程度の範囲に設定できればよい。このために、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスは、従来の１００Ωから約５〜３０％、好ましくは１０〜１５％減少した設定になっている。   In the impedance profile 602 of the present embodiment, the impedance of the cable connection PAD103, the connector fitting PAD104, and the connector connection PAD203 is 90Ω or less, which is the same as the conventional impedance, while the impedance of the cable connection board transmission line 102C and the connector transmission line 202C is In this configuration, the impedance is reduced from the conventional 100Ω to the impedance of the cable connection PAD103 and the connector connection PAD203, respectively. The impedance of the transmission line may be set within a range of plus or minus 10%, preferably about 5% of the impedance of the cable connection PAD103 or the connector connection PAD203. For this reason, the impedances of the cable connection board transmission line 102C and the connector transmission line 202C are set to be reduced by about 5 to 30%, preferably 10 to 15% from the conventional 100Ω.

図６（ａ）に示されるように、図５に示す本実施例の構成では、一つの基板の線路に着目すると、線路の一端が半田接続、他の一端がコネクタ接続となっており、インピーダンスプロファイルが非対称になっている。本実施例では、１００Ωに近い半田接続側のインピーダンスに、線路のインピーダンスを整合させることで、線路の一端における反射を抑制した。   As shown in FIG. 6 (a), in the configuration of this embodiment shown in FIG. 5, when attention is paid to the line on one substrate, one end of the line is solder-connected and the other end is connector-connected. The profile is asymmetric. In this example, the reflection at one end of the line was suppressed by matching the impedance of the line with the impedance on the solder connection side close to 100Ω.

図６（ｂ）に、ケーブル接続ＰＡＤ103のインピーダンス８７Ωにあわせて、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを９０Ωに下げたときの、インピーダンス特性シミュレーション結果の例を示す。図３と比較すると、ケーブル接続ＰＡＤ103におけるインピーダンスギャップが抑制されていることがわかる。   FIG. 6B shows an example of an impedance characteristic simulation result when the impedance of the cable connection board transmission line 102C is lowered to 90Ω in accordance with the impedance 87Ω of the cable connection PAD103. As compared with FIG. 3, it can be seen that the impedance gap in the cable connection PAD103 is suppressed.

図４を利用して、インピーダンス調整方法の一例を示す。ここでは、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを例に、従来のインピーダンス１００Ωに対して、インピーダンスの調整方法を示すことにする。インピーダンスは、配線層の材料、配線層の厚さ、配線層の形状などを変化させることで実現できる。しかし、デバイスの製造容易性を考慮すると、配線幅を制御することが有利である。   An example of the impedance adjustment method will be described with reference to FIG. Here, taking the impedance of the cable connection board transmission line 102C as an example, a method for adjusting the impedance with respect to the conventional impedance of 100Ω will be described. Impedance can be realized by changing the material of the wiring layer, the thickness of the wiring layer, the shape of the wiring layer, and the like. However, it is advantageous to control the wiring width in consideration of device manufacturability.

従来と同じ配線層構成に対して、例えば、図４のケーブル接続基板伝送線路102Cの配線幅Ｗ１を、従来のインピーダンス１００Ωの幅から１５％拡張することで、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域440の面積を増やすことにより容量成分を増加でき、９０Ωのインピーダンスを構成することができる。そのときのケーブル接続ＰＡＤ103のインピーダンスは８７Ωであり、インピーダンスがほぼ整合できており、多重反射を防止できる構成である。   For example, by extending the wiring width W1 of the cable connection board transmission line 102C of FIG. 4 by 15% from the width of the conventional impedance of 100Ω, the capacitive coupling region with the GND solid layer 410 is compared with the conventional wiring layer configuration. By increasing the area of 440, the capacitance component can be increased, and an impedance of 90Ω can be configured. At that time, the impedance of the cable connection PAD103 is 87Ω, and the impedance can be substantially matched, so that multiple reflection can be prevented.

配線幅Ｗ１の設計は、デバイスの材料やサイズにもよるが、１００Ωの時の配線幅に対して、おおよそ＋１５〜＋７０％配線幅を広げることで７０〜９０Ωに調整することが可能である。   The design of the wiring width W1 can be adjusted to 70 to 90Ω by increasing the wiring width by approximately +15 to + 70% with respect to the wiring width at 100Ω, although it depends on the material and size of the device.

また、図６（ａ）に示すコネクタ伝送線路202Cについては、インピーダンスを下げたときのインピーダンス特性シミュレーション結果や調整方法を図示していないが、ケーブル接続基板伝送線路102Cの場合と同様にインピーダンスを９０Ωに調整できる。コネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスは８７Ωであり、インピーダンスがほぼ整合できており、多重反射を防止できる構成である。   In addition, for the connector transmission line 202C shown in FIG. 6A, the impedance characteristic simulation result when the impedance is lowered and the adjustment method are not shown, but the impedance is 90Ω as in the case of the cable connection board transmission line 102C. Can be adjusted. The impedance of the connector connection PAD203 is 87Ω, and the impedance can be substantially matched, so that multiple reflections can be prevented.

図７に実施例の具体的な効果を示す。実施例では、メタルケーブル伝送線路101C、コネクタ接続基板伝送線路201Cのインピーダンスを１００Ωとしている。   FIG. 7 shows specific effects of the embodiment. In the embodiment, the impedance of the metal cable transmission line 101C and the connector connection board transmission line 201C is 100Ω.

図７（ａ）にケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンス低減の効果をシミュレーションで確認した例について示す。横軸にケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを、左縦軸にアイ開口幅、右縦軸にアイ開口高さを示す。グラフ701がアイ開口高さ、グラフ702がアイ開口幅を示す。   FIG. 7A shows an example in which the effect of reducing the impedance of the cable connection substrate transmission line 102C is confirmed by simulation. The horizontal axis represents the impedance of the cable connection board transmission line 102C, the left vertical axis represents the eye opening width, and the right vertical axis represents the eye opening height. A graph 701 shows the eye opening height, and a graph 702 shows the eye opening width.

また、図７（ｂ）に、ケーブル接続基板伝送線路102Cの、インピーダンス９７Ωと８０Ωのアイ波形を示す。このように、インピーダンスを低くすることでアイ幅も高さも広がり、アイ幅で約０．７ｐｓ、アイ高さで約１５ｍＶの改善効果があり、マージンが拡張できることが確認できる。   FIG. 7B shows eye waveforms of impedance 97Ω and 80Ω of the cable connection substrate transmission line 102C. Thus, it can be confirmed that by reducing the impedance, the eye width and height are widened, the eye width is about 0.7 ps, the eye height is about 15 mV, and the margin can be expanded.

以上、本実施例１のインピーダンス整合方法を用いることにより、ケーブル伝送装置のジッタ特性の向上が実現可能となる。   As described above, by using the impedance matching method of the first embodiment, it is possible to improve the jitter characteristics of the cable transmission apparatus.

以上のように、実施例１の構成によると、ケーブル接続ＰＡＤ103（Zcablepad=８７Ω）とコネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）に挟まれたケーブル接続基板伝送線路102Cの差動インピーダンスを、Zcablepad=８７ΩあるいはZconnectpad1=７５Ωに合わせる構成、および、コネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）とコネクタ接続ＰＡＤ203（Zcablepad=８７Ω）に挟まれたコネクタ伝送線路202Cの差動インピーダンスをZconnectpad1=７５ΩあるいはZconnectpad2=８７Ωに合わせる構成は、伝送線路102C、202CとＰＡＤ部103,104,202間のインピーダンス不整合を低減でき、反射を低減できるため，ジッタ特性を向上させる効果がある。   As described above, according to the configuration of the first embodiment, the differential impedance of the cable connection board transmission line 102C sandwiched between the cable connection PAD103 (Zcablepad = 87Ω) and the connector fitting PAD104 (Zconnectpad1 = 75Ω) is expressed as Zcablepad = 87Ω or The configuration to match Zconnectpad1 = 75Ω, and the configuration to match the differential impedance of connector transmission line 202C sandwiched between connector fitting PAD104 (Zconnectpad1 = 75Ω) and connector connection PAD203 (Zcablepad = 87Ω) to Zconnectpad1 = 75Ω or Zconnectpad2 = 87Ω Since impedance mismatch between the transmission lines 102C and 202C and the PAD units 103, 104, and 202 can be reduced and reflection can be reduced, there is an effect of improving jitter characteristics.

図８は、本発明の実施例２によるケーブル伝送装置のインピーダンス構成を示す図である。接続構成は、図１、図２、図５に示したように実施例１と同じであり、説明を省略する。図８（ａ）にインピーダンスプロファイルの従来例との比較を示す。従来のインピーダンスプロファイル601では、メタルケーブル伝送線路101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cは１００Ωに設定される。これ対して、ケーブル接続ＰＡＤ103は８７Ω、コネクタ勘合ＰＡＤ104は７５Ω、コネクタ接続ＰＡＤ203は８７Ωであり、ＰＡＤ部のインピーダンスは、９０Ω以下となり１００Ωよりも小さい。   FIG. 8 is a diagram illustrating an impedance configuration of the cable transmission device according to the second embodiment of the present invention. The connection configuration is the same as that of the first embodiment as shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. FIG. 8A shows a comparison of the impedance profile with the conventional example. In the conventional impedance profile 601, the metal cable transmission line 101C, the cable connection board transmission line 102C, and the connector transmission line 202C are set to 100Ω. On the other hand, the cable connection PAD103 is 87Ω, the connector fitting PAD104 is 75Ω, and the connector connection PAD203 is 87Ω, and the impedance of the PAD portion is 90Ω or less and smaller than 100Ω.

本実施例では、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタ接続ＰＡＤ203部のインピーダンスは、９０Ω以下と従来と同じに対して、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスを制御する。   In the present embodiment, the impedances of the cable connection board transmission line 102C and the connector transmission line 202C are controlled while the impedances of the cable connection PAD 103, the connector fitting PAD 104, and the connector connection PAD 203 are 90Ω or less and the same as in the conventional case.

すなわち、図８（ａ）の点線810に示すように、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスを従来の１００Ωから、ケーブル接続ＰＡＤ103のインピーダンスとコネクタ勘合ＰＡＤ104のインピーダンスとを一直線で結んだテーパー付インピーダンス、および、コネクタ勘合ＰＡＤ104のインピーダンスとコネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスとを一直線で結んだテーパー付インピーダンスで構成する。   That is, as indicated by a dotted line 810 in FIG. 8A, the impedance of the cable connection board transmission line 102C and the connector transmission line 202C is connected to the impedance of the cable connection PAD103 and the impedance of the connector fitting PAD104 in a straight line from the conventional 100Ω. The taper impedance and the impedance of the connector fitting PAD 104 and the impedance of the connector connection PAD 203 are connected in a straight line.

図８（ｂ）にケーブル接続基板102のインピーダンス調整方法例を示す。コネクタ勘合ＰＡＤ104とケーブル接続ＰＡＤ103に挟まれたケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを例に、従来のインピーダンス１００Ωに対して、インピーダンスの調整方法を示す。   FIG. 8B shows an example of an impedance adjustment method for the cable connection board 102. An impedance adjustment method for a conventional impedance of 100Ω will be described by taking the impedance of the cable connection board transmission line 102C sandwiched between the connector fitting PAD 104 and the cable connection PAD 103 as an example.

先に述べたとおり、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104部分は、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域430,820が広がっているために、インピーダンスが１００Ωよりも低下している。   As described above, the impedance of the cable connection PAD 103 and the connector fitting PAD 104 is lower than 100Ω because the capacitive coupling regions 430 and 820 with the GND solid layer 410 are widened.

例えば、ケーブル接続ＰＡＤ103部のインピーダンスが８７Ωである場合、従来と同じ配線層構成に対して、テーパー配線830のケーブル接続ＰＡＤ103との接続部の配線幅を、従来から１５％拡張することでＧＮＤベタ層410との容量結合領域440を増やすことにより容量成分を増加でき、９０Ωのインピーダンスを構成することができる。配線幅の制御は、エッチングなどによる配線層のパターニングで行うことができる。   For example, when the impedance of the cable connection PAD103 part is 87Ω, the wiring width of the connection part with the cable connection PAD103 of the taper wiring 830 is increased by 15% from the conventional level to the same wiring layer configuration as before. By increasing the capacitive coupling region 440 with the layer 410, the capacitance component can be increased, and an impedance of 90Ω can be configured. The wiring width can be controlled by patterning the wiring layer by etching or the like.

また、コネクタ勘合ＰＡＤ104部分のインピーダンスが７５Ωであり、テーパー配線830のコネクタ勘合ＰＡＤ104との接続部の配線幅を従来から６０％拡張することで、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域440を増やすことにより容量成分を増加でき、７５Ωのインピーダンスを構成することができる。   Further, the impedance of the connector fitting PAD104 portion is 75Ω, and the capacitive coupling region 440 with the GND solid layer 410 is increased by extending the wiring width of the connection portion between the tapered wiring 830 and the connector fitting PAD104 by 60% from the conventional level. As a result, the capacitance component can be increased, and an impedance of 75Ω can be configured.

そして、ケーブル接続ＰＡＤ103側の配線幅（従来比１１５％）とコネクタ勘合ＰＡＤ104側の配線幅（従来比１６０％）を直線で結んだ形状のテーパー配線830にすることで、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスは、７５Ωから９０Ωへリニアに変化する．このため、図８（ａ）に示すように、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104と、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスがほぼ整合できており、多重反射を防止できる構成である。説明は省略したが、コネクタ伝送線路202Cも同様に構成できることは、いうまでもない。   The cable connection board transmission line 102C is formed by forming a taper wiring 830 having a straight line connecting the wiring width on the cable connection PAD103 side (115% compared to the conventional) and the wiring width on the connector fitting PAD104 side (160% compared to the conventional). The impedance changes linearly from 75Ω to 90Ω. For this reason, as shown in FIG. 8A, the impedances of the cable connection PAD 103, the connector fitting PAD 104, and the cable connection board transmission line 102C can be substantially matched to prevent multiple reflections. Although explanation is omitted, it is needless to say that the connector transmission line 202C can be configured similarly.

その具体的な効果も実施例１と同じであるため図示していないが、以下の効果がある。
インピーダンスを低くすることでアイ幅も高さも広がり、アイ幅で約０．７ｐｓ、アイ高さで約１５ｍＶと同等の改善効果があることは明白である。 Although the specific effect is the same as Example 1, since it is not illustrated, there exist the following effects.
By reducing the impedance, the eye width and height are widened, and it is clear that there is an improvement effect equivalent to about 0.7 ps in eye width and about 15 mV in eye height.

以上、実施例のインピーダンス整合方法を用いることにより、ケーブル伝送装置のジッタ特性の向上が実現可能となる。図８の構成によると、ケーブル接続ＰＡＤ103（Zcablepad=８７Ω）とコネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）に挟まれたケーブル接続基板伝送線路102Cの差動インピーダンスを、Zcablepad=８７ΩとZconnectpad1=７５Ωを一直線で結んだテーパー付インピーダンスにする構成および、コネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）とコネクタ接続ＰＡＤ203（Zcablepad=８７Ω）に挟まれたコネクタ伝送線路202Cの差動インピーダンスを、Zconnectpad1=７５ΩとZconnectpad2=８７Ωを一直線で結んだテーパー付インピーダンスにする構成は、伝送線路102C、202CとＰＡＤ部103,104,203間のインピーダンス不整合を低減でき、反射を低減できるため，ジッタ特性を向上させる効果がある。   As described above, the jitter characteristics of the cable transmission device can be improved by using the impedance matching method of the embodiment. According to the configuration of FIG. 8, the differential impedance of the cable connection board transmission line 102C sandwiched between the cable connection PAD103 (Zcablepad = 87Ω) and the connector fitting PAD104 (Zconnectpad1 = 75Ω) is a straight line between Zcablepad = 87Ω and Zconnectpad1 = 75Ω. The connected impedance and the impedance of the connector transmission line 202C sandwiched between the connector fitting PAD104 (Zconnectpad1 = 75Ω) and the connector connection PAD203 (Zcablepad = 87Ω), Zconnectpad1 = 75Ω and Zconnectpad2 = 87Ω are aligned. The tapered impedance connected by the step can reduce impedance mismatch between the transmission lines 102C and 202C and the PAD units 103, 104, and 203, and can reduce reflection, thereby improving the jitter characteristics.

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add / delete / replace the configurations of the other embodiments with respect to a part of the configurations of the embodiments.

本発明は、通信装置、情報処理装置等、電気信号を伝送する種々の装置分野に利用可能である。   The present invention can be used in various fields of devices that transmit electrical signals, such as communication devices and information processing devices.

101 メタルケーブル
101C メタルケーブル伝送線路
102 ケーブル接続基板
102C ケーブル接続基板伝送線路
103 ケーブル接続ＰＡＤ
104 コネクタ勘合ＰＡＤ
201 コネクタ接続基板
202 コネクタ
202C コネクタ伝送線路
203 コネクタ接続ＰＡＤ
410 ＧＮＤベタ層
420 誘電体 101 metal cable
101C metal cable transmission line
102 Cable connection board
102C cable connection board transmission line
103 Cable connection PAD
104 Connector fitting PAD
201 Connector connection board
202 connector
202C connector transmission line
203 Connector connection PAD
410 GND solid layer
420 Dielectric

Claims (15)

１経路あたり１０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送する信号伝送装置であって、
基板上に形成されたＧＮＤ層と、
前記ＧＮＤ層の上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上に形成されて、装置外部の第１の伝送線路と半田接続される第１の接続点と、
前記誘電体層の上に形成されて、装置外部の第２の伝送線路と着脱可能に接続される第２の接続点と、
前記誘電体層の上に形成されて、前記第１の接続点と前記第２の接続点の間で前記信号の伝送を行う第３の伝送線路と、
を備え、
前記信号の伝送時における前記第３の伝送線路のインピーダンスが、前記第１の接続点および前記第２の接続点のいずれか一つのインピーダンスのプラスマイナス１０％の範囲に設定されている、
信号伝送装置。 A signal transmission device that transmits a signal of 10 Gbps or more per path,
A GND layer formed on the substrate;
A dielectric layer formed on the GND layer;
A first connection point formed on the dielectric layer and solder-connected to a first transmission line outside the device;
A second connection point formed on the dielectric layer and detachably connected to a second transmission line outside the device;
A third transmission line formed on the dielectric layer for transmitting the signal between the first connection point and the second connection point;
With
The impedance of the third transmission line at the time of transmission of the signal is set in a range of plus or minus 10% of the impedance of any one of the first connection point and the second connection point.
Signal transmission device. 前記第３の伝送線路は、同一配線層をパターニングして構成されている、
請求項１記載の信号伝送装置。 The third transmission line is configured by patterning the same wiring layer.
The signal transmission device according to claim 1. 前記第３の伝送線路のインピーダンスが、前記第１の接続点のインピーダンスのプラスマイナス５％の範囲に設定されている、
請求項１記載の信号伝送装置。 The impedance of the third transmission line is set in a range of plus or minus 5% of the impedance of the first connection point;
The signal transmission device according to claim 1. 前記第３の伝送線路のインピーダンスが、
前記第１の接続点の近傍で、前記第１の接続点のインピーダンスのプラスマイナス５％の範囲に設定され、
前記第２の接続点の近傍で、前記第２の接続点のインピーダンスのプラスマイナス５％の範囲に設定され、
前記第３の伝送線路のインピーダンスプロファイルが、前記第１の接続点の近傍から前記第２の接続点の近傍にかけて変化するように構成されている、
請求項１記載の信号伝送装置。 The impedance of the third transmission line is
In the vicinity of the first connection point, it is set within a range of plus or minus 5% of the impedance of the first connection point;
In the vicinity of the second connection point, it is set within a range of plus or minus 5% of the impedance of the second connection point;
The impedance profile of the third transmission line is configured to change from the vicinity of the first connection point to the vicinity of the second connection point.
The signal transmission device according to claim 1. 前記第３の伝送線路の線路幅が、前記第１の接続点の近傍から前記第２の接続点の近傍にかけて変化するように構成されている、
請求項４記載の信号伝送装置。 The line width of the third transmission line is configured to change from the vicinity of the first connection point to the vicinity of the second connection point.
The signal transmission device according to claim 4. 前記第３の伝送線路の線路幅が、前記第１の接続点の近傍から前記第２の接続点の近傍にかけて増加するように構成されている、
請求項５記載の信号伝送装置。 The line width of the third transmission line is configured to increase from the vicinity of the first connection point to the vicinity of the second connection point.
The signal transmission device according to claim 5. 前記信号伝送装置は、メタルケーブルと半田接続されるとともに、コネクタと着脱可能に構成されるケーブル接続基板であり、
前記第１の伝送線路が、前記メタルケーブルであり、
前記第２の伝送線路が、前記メタルケーブルとの間で前記信号を送受信する前記コネクタの伝送線路であり、
前記第３の伝送線路は、前記ケーブル接続基板の伝送線路である、
請求項１記載の信号伝送装置。 The signal transmission device is a cable connection board configured to be detachably connected to a connector while being soldered to a metal cable,
The first transmission line is the metal cable;
The second transmission line is a transmission line of the connector that transmits and receives the signal to and from the metal cable;
The third transmission line is a transmission line of the cable connection board;
The signal transmission device according to claim 1. 前記１、第２および第３の伝送線路は差動構成を有し、
前記第１の伝送線路の差動インピーダンスは１００Ωであり、
前記第１の接続点の差動インピーダンスは８０〜９０Ωであり、
前記第２の接続点の差動インピーダンスは７０〜８０Ωであり、
前記第３の伝送線路の差動インピーダンスは７０〜９０Ωである、
請求項７記載の信号伝送装置。 The first, second and third transmission lines have a differential configuration;
The differential impedance of the first transmission line is 100Ω,
The differential impedance of the first connection point is 80 to 90Ω,
The differential impedance of the second connection point is 70-80Ω,
The differential impedance of the third transmission line is 70 to 90Ω,
The signal transmission device according to claim 7. 前記信号伝送装置は、着脱可能なケーブル接続基板からの前記信号を送受信するために、情報処理装置に搭載されたコネクタであり、
前記第１の伝送線路が、前記コネクタと接続される前記情報処理装置のコネクタ接続基板の伝送線路であり、
前記第２の伝送線路が、前記ケーブル接続基板の伝送線路であり、
前記第３の伝送線路は、前記コネクタの伝送線路である、
請求項１記載の信号伝送装置。 The signal transmission device is a connector mounted on an information processing device for transmitting and receiving the signal from a detachable cable connection board,
The first transmission line is a transmission line of a connector connection substrate of the information processing apparatus connected to the connector;
The second transmission line is a transmission line of the cable connection board;
The third transmission line is a transmission line of the connector;
The signal transmission device according to claim 1. 前記１、第２および第３の伝送線路は差動構成を有し、
前記第１の伝送線路の差動インピーダンスは１００Ωであり、
前記第１の接続点の差動インピーダンスは８０〜９０Ωであり、
前記第２の接続点の差動インピーダンスは７０〜９０Ωである、
前記第３の伝送線路の差動インピーダンスは７０〜９０Ωである、
請求項９記載の信号伝送装置。 The first, second and third transmission lines have a differential configuration;
The differential impedance of the first transmission line is 100Ω,
The differential impedance of the first connection point is 80 to 90Ω,
The differential impedance of the second connection point is 70 to 90Ω,
The differential impedance of the third transmission line is 70 to 90Ω,
The signal transmission device according to claim 9. メタルケーブルと、ケーブル接続基板と、コネクタと、コネクタ接続基板とを備え、
前記メタルケーブルは、内部に１対のメタルケーブル伝送線路を有し、
前記ケーブル接続基板は、ケーブル接続ＰＡＤと、コネクタ勘合ＰＡＤと、前記ケーブル接続ＰＡＤと前記コネクタ勘合ＰＡＤの間に形成された１対のケーブル接続基板伝送線路を有し、
前記ケーブル接続基板は、第１のＧＮＤベタ層と、前記第１のＧＮＤベタ層と前記ケーブル接続ＰＡＤの間の第1の誘電体を有し、前記メタルケーブルと前記ケーブル接続ＰＡＤは、半田で電気的に接続され、
前記コネクタは、ケーブル基板勘合部と、コネクタ接続基板接続部と、前記ケーブル基板勘合部と前記コネクタ接続基板接続部の間に形成された１対のコネクタ伝送線路を有し、
前記ケーブル接続基板のコネクタ勘合ＰＡＤと前記コネクタのケーブル基板勘合部が電気的に接続され、
前記コネクタ接続基板は、コネクタ接続ＰＡＤが配列されたコネクタ搭載部と、前記コネクタ接続ＰＡＤに接続された１対のコネクタ接続基板伝送線路を有し、
前記コネクタ接続基板は、第２のＧＮＤベタ層と、前記第２のＧＮＤベタ層と前記コネクタ接続ＰＡＤの間の第２の誘電体を有し、前記コネクタ接続ＰＡＤと前記コネクタ接続基板接続部は、半田で電気的に接続され、
前記メタルケーブル伝送線路の差動インピーダンスＺcableは１００Ωであり、
前記ケーブル接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺcablepadは８０〜９０Ωであり、
前記コネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1は７０〜８０Ωであり、
前記コネクタ接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad2は８０〜９０Ωであり、
前記ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは７０〜９０Ωであり、
前記コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは７０〜９０Ωであることを特徴とするケーブル伝送装置。 A metal cable, a cable connection board, a connector, and a connector connection board are provided.
The metal cable has a pair of metal cable transmission lines inside,
The cable connection board has a cable connection PAD, a connector fitting PAD, and a pair of cable connection board transmission lines formed between the cable connection PAD and the connector fitting PAD,
The cable connection board includes a first GND solid layer, and a first dielectric between the first GND solid layer and the cable connection PAD. The metal cable and the cable connection PAD are made of solder. Electrically connected,
The connector has a cable board fitting part, a connector connection board connection part, a pair of connector transmission lines formed between the cable board fitting part and the connector connection board connection part,
The connector fitting PAD of the cable connection board and the cable board fitting portion of the connector are electrically connected,
The connector connection board has a connector mounting portion in which connector connection PADs are arranged, and a pair of connector connection board transmission lines connected to the connector connection PAD,
The connector connection board has a second GND solid layer, and a second dielectric between the second GND solid layer and the connector connection PAD, and the connector connection PAD and the connector connection board connection portion are , Electrically connected with solder,
The differential impedance Zcable of the metal cable transmission line is 100Ω,
The differential impedance Zcablepad of the cable connection PAD is 80-90Ω,
The differential impedance Zconnectpad1 of the connector fitting PAD is 70-80Ω,
The differential impedance Zconnectpad2 of the connector connection PAD is 80-90Ω,
The differential impedance Zcableboard of the cable connection board transmission line is 70 to 90Ω,
The cable transmission device according to claim 1, wherein the connector transmission line has a differential impedance Zconnector of 70 to 90Ω. 前記ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは、１００Ωの時の配線幅に対して、＋１５〜＋７０％配線幅を広げることで７０〜９０Ωに調整することを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。 12. The cable according to claim 11, wherein the differential impedance Zcableboard of the cable connection board transmission line is adjusted to 70 to 90Ω by widening the wiring width from +15 to + 70% with respect to the wiring width at 100Ω. Transmission equipment. 前記コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは、１００Ωの時の配線幅に対して、＋１５〜７０％配線幅を広げることで７０〜９０Ωに調整することを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。 The cable transmission apparatus according to claim 11, wherein the differential impedance Zconnector of the connector transmission line is adjusted to 70 to 90Ω by widening the wiring width by +15 to 70% with respect to the wiring width at 100Ω. . ＰＡＭ４信号を伝送することを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。 The cable transmission apparatus according to claim 11, wherein the PAM4 signal is transmitted. 前記ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardを、その信号伝送路の両端と接続するケーブル接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺcablepadとコネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1と同じインピーダンスになるように７０〜９０Ωでリニアに変化させる第１の構成、
および、
前記コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorを、その信号伝送路の両端と接続するコネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1とコネクタ接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad2と同じインピーダンスになるように７０〜９０Ωでリニアに変化させる第２の構成、
の少なくとも一つを備えることを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。 The differential impedance Zcableboard of the cable connection board transmission line is set to 70 to 90Ω so as to have the same impedance as the differential impedance Zcablepad of the cable connection PAD connected to both ends of the signal transmission line and the differential impedance Zconnectpad1 of the connector fitting PAD. A first configuration that changes linearly;
and,
The differential impedance Zconnector of the connector transmission line is linearly 70 to 90Ω so as to be the same impedance as the differential impedance Zconnectpad1 of the connector fitting PAD connected to both ends of the signal transmission line and the differential impedance Zconnectpad2 of the connector connection PAD. A second configuration to change,
The cable transmission device according to claim 11, comprising at least one of the following.
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