JP2020017830A - High-speed differential transmission line formed at multilayer substrate - Google Patents

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Abstract

To provide a wiring structure of a substrate, capable of uniquely setting differential impedance and in-phase impedance of a differential transmission line.SOLUTION: A wiring substrate 10 includes: a pair of signal lines 11a, 11b transmitting a differential signal; a first isolation layer 12; a first conductor pattern 13; a second isolation layer 14; and a second conductor pattern 15. The first conductor pattern 13 is disposed at a position facing the pair of signal lines. The second conductor pattern 15 is connected with the second isolation layer 14 and with the ground or a power supply, sandwiching the second isolation layer 14 therebetween. The pair of signal lines 11a, 11b, the first isolation layer 12, the first conductor pattern 13, the second isolation layer 14 and the second conductor pattern 15 are layered in this order.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超高速差動伝送線路において、差動伝送信号を通過させる一方、望ましくない同相信号を抑制する同相信号除去フィルタ機能を組み込んだ、積層基板に形成した高速差動伝送線路に関する。以下、「積層基板に形成した高速差動伝送線路」を「配線基板」と言い換えることがある。   The present invention relates to a high-speed differential transmission line formed on a laminated substrate, which incorporates a common-mode signal removing filter function for passing a differential transmission signal and suppressing an undesirable common-mode signal in an ultra-high-speed differential transmission line. . Hereinafter, the “high-speed differential transmission line formed on the laminated substrate” may be referred to as a “wiring substrate”.

40G/100Gbps動作が可能な[IEE Std 802.3ba-2010]イーサネット規格(イーサネットは登録商標)は、2010年6月に米国電気電子学会(IEEE)によって承認され、既に実用段階となっている。また、最新の規格であるPCI Express 4.0は、データ速度がPCI Express Gen3の1レーンあたり8Gbpsの2倍である16Gbpsであり、16レーン構成で64GB/秒のシステム性能を実現する。更に、次世代のPCI Express 5.0ではPCI Express 4.0の2倍の伝送速度を目指している。このように信号の伝送速度は、上昇の一途を続けている。一方、通信を担う伝送回路の物理法則に変化は無いので、技術的な難易度は増すばかりである。   The [IEE Std 802.3ba-2010] Ethernet standard (Ethernet is a registered trademark) capable of 40 G / 100 Gbps operation was approved by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) in June 2010, and is already in a practical stage. Also, PCI Express 4.0, which is the latest standard, has a data rate of 16 Gbps, which is twice as fast as 8 Gbps per lane of PCI Express Gen3, and achieves a system performance of 64 GB / sec in a 16-lane configuration. Furthermore, the next-generation PCI Express 5.0 aims at twice the transmission speed of PCI Express 4.0. As described above, the signal transmission speed keeps on increasing. On the other hand, since there is no change in the physical law of the transmission circuit responsible for communication, the technical difficulty only increases.

メタル配線を使う差動伝送通信の動作限界を決める主な要因は、インサーションロスとペア内スキューである。インサーションロスは、伝送回路の長さと誘電損が関係する。ペア内スキューは、差動信号波形の切り替わるタイミングのずれであり、下記表1に示すように伝送速度に反比例して許容値が減少する。ペア内スキューの許容値は、差動信号の挿入損失(Sdd21)と差動信号を入力した場合に出力される同相信号の比率(Scd21)との差(Sdd21−Scd21)が12dB以上、必要であると考えられている。この条件を満たすペア内スキューは、ユニットインターバルの16%以下である必要がある。この条件でペア内スキューによるインサーションロスの増加は、伝送速度に関わらず−0.3dB以下となる。   The main factors that determine the operation limit of differential transmission communication using metal wiring are insertion loss and intra-pair skew. The insertion loss is related to the length of the transmission circuit and the dielectric loss. The intra-pair skew is a shift in the timing at which the differential signal waveform switches, and the allowable value decreases in inverse proportion to the transmission speed as shown in Table 1 below. The allowable value of the intra-pair skew requires that the difference (Sdd21-Scd21) between the insertion loss (Sdd21) of the differential signal and the ratio (Scd21) of the in-phase signal output when the differential signal is input is 12 dB or more. Is believed to be. The intra-pair skew that satisfies this condition needs to be 16% or less of the unit interval. Under this condition, the increase in insertion loss due to intra-pair skew is -0.3 dB or less regardless of the transmission speed.

Figure 2020017830
Figure 2020017830

表1のペア内スキューの許容値は安定動作をさせるための指標であり、ペア内スキューが許容値を超えてもただちに通信が不可能となるわけではない。ペア内スキューがUIの30%程度になると、挿入損失が約1dB増加するので、これが動作できる限界と考えられる。   The allowable value of the intra-pair skew in Table 1 is an index for performing a stable operation, and even if the intra-pair skew exceeds the allowable value, communication is not immediately disabled. When the intra-pair skew becomes about 30% of the UI, the insertion loss increases by about 1 dB, which is considered to be the limit of operation.

ペア内スキューがUIの50%以上になると、UI幅のデータでは差動信号が正しいか否かを判断できなくなる。したがって、同相インピーダンスと差動インピーダンスの差を利用する方法で補正できる限界は、UIの50%以下になる。   When the intra-pair skew becomes 50% or more of the UI, it becomes impossible to determine whether or not the differential signal is correct with the data of the UI width. Therefore, the limit that can be corrected by the method using the difference between the common-mode impedance and the differential impedance is 50% or less of the UI.

伝送路に存在するGNDループが同相信号成分の通り道となり、同相信号成分が信号源となって電磁放射(EMI)が発生する。ノイズの信号源を取り除くことと、GNDループを限りなく小さくすることが、EMI発生を抑えるための要点である。   The GND loop existing in the transmission path serves as a path for the in-phase signal component, and the in-phase signal component serves as a signal source to generate electromagnetic radiation (EMI). Eliminating the noise signal source and minimizing the GND loop are the key points for suppressing the occurrence of EMI.

従来、ペア内スキューを抑制しEMIを防止するために、コモンモード・チョークが使われている(例えば特許文献1参照)。コモンモード・チョークは、差動信号成分を減衰させずに通過させ、同相信号に対してはインダクタンスが大きくなることにより挿入損失を大きくして、差動伝送信号に含まれる同相信号成分を減衰させる。   Conventionally, a common mode choke has been used to suppress skew within a pair and prevent EMI (see, for example, Patent Document 1). The common mode choke allows the differential signal component to pass without attenuating it, and increases the insertion loss by increasing the inductance for the common mode signal, thereby reducing the common mode signal component included in the differential transmission signal. Decay.

コモンモード・チョークはインダクタンスを大きくするために磁性体のコアを使っており、その比透磁率は数千のオーダーである。磁性体と誘電体を使った伝送路の位相速度は(式1)で求めることができる。この式から、位相速度が光速の√(比透磁率×比誘電率)分の一に遅くなることがわかる。   Common mode chokes use a magnetic core to increase inductance, and their relative permeability is on the order of thousands. The phase velocity of a transmission line using a magnetic substance and a dielectric substance can be obtained by (Equation 1). From this equation, it can be seen that the phase velocity is reduced to 分 (the relative magnetic permeability × the relative permittivity) of the light velocity.

Vp=c/√(μs×Er) ・・・ (式1)
ここで、Vp=位相速度(mm/s)、c=真空中の光速(3.3ps/mm)、μs=比透磁率、Er=比誘電率である。
Vp = c / √ (μs × Er) (Equation 1)
Here, Vp = phase velocity (mm / s), c = light velocity in vacuum (3.3 ps / mm), μs = relative magnetic permeability, and Er = relative permittivity.

磁性体の比透磁率には周波数特性があるので、位相速度にも周波数特性が生じる。位相速度の周波数特性は、ネットワークアナライザを使って郡遅延特性(Group Delay)として測定できる。   Since the relative permeability of the magnetic material has a frequency characteristic, the phase velocity also has a frequency characteristic. The frequency characteristic of the phase velocity can be measured as a group delay characteristic (Group Delay) using a network analyzer.

群遅延の周波数特性が平坦でないと伝送波形の立ち上りエッジ/立ち下りエッジの位置がデータパターンに依存するため、結果的に符号間干渉ジッタになりアイパターンの開口部面積が狭くなり信号伝送に支障が生じる。   If the frequency characteristics of the group delay are not flat, the position of the rising edge / falling edge of the transmission waveform depends on the data pattern, resulting in intersymbol interference jitter and a reduction in the eye pattern opening area, which hinders signal transmission. Occurs.

コモンモード・チョークを製造するメーカーは、郡遅延特性が平坦になるような材料と配線構造を採用しようとする。しかし、磁性体を使用する限り、郡遅延特性を平坦にすることは本質的に不可能であり、10Gbps以上の伝送速度では特に大きな問題になる。   Manufacturers of common-mode chokes try to use materials and wiring structures that flatten the group delay characteristics. However, as long as a magnetic material is used, it is essentially impossible to flatten the group delay characteristic, and this becomes a particularly serious problem at a transmission speed of 10 Gbps or more.

EMIを抑制したい場合は伝送線路の信号入口側に、受信回路側でのペア内スキューを抑制したい場合は伝送線路の信号出口側に、それぞれコモンモード・チョークを配置する必要がある。両方とも必要であれば、コモンモード・チョークを二箇所に配置しなければならない。その場合、コモンモード・チョーク自体は比較的低損失であるが、接続パターン等のロスを含めると、超高速差動伝送では一箇所あたり−2〜−3dB程度の挿入損失を見込む必要がある。   In order to suppress EMI, it is necessary to arrange a common mode choke on the signal entrance side of the transmission line, and to suppress skew in the pair on the receiving circuit side, on the signal exit side of the transmission line. If both are needed, the common mode choke must be placed in two places. In this case, the common mode choke itself has a relatively low loss, but if a loss such as a connection pattern is included, it is necessary to expect an insertion loss of about -2 to -3 dB per location in ultra-high-speed differential transmission.

コモンモード・チョークを実装するためには、基板表面層に配線パターンを配置する必要がある。このとき、多くの差動信号を扱う必要がある場合は、広い基板表面積を専有することになる。   In order to mount a common mode choke, it is necessary to arrange a wiring pattern on a substrate surface layer. At this time, if a large number of differential signals need to be handled, a large substrate surface area is occupied.

複数の回路基板を相互接続するためのバックプレーンでは、多くの差動伝送配線が内層に配置される。内層に配置された差動伝送路に表面実装型のコモンモード・チョークを組み込むには、層間接続用のスルーホールと部品実装用パッドを表面層に追加する必要があるため、基板面積を消費し、伝送特性が劣化する問題がある。   In a backplane for interconnecting a plurality of circuit boards, many differential transmission wirings are arranged in an inner layer. Incorporating a surface-mount type common mode choke into the differential transmission line located in the inner layer requires the addition of through holes for interlayer connection and component mounting pads on the surface layer, which consumes board area. However, there is a problem that the transmission characteristics are deteriorated.

特開2005−64976公報JP 2005-64976 A 特開2012−227887公報JP 2012-227887 A 特開2011−71710公報JP 2011-71710 A

Wei Zhuang, Yongrong Shi, Wanchun Tang and Yafei Dai,“Common-Mode Suppression Design for Gigahertz Differential Signals Based on C-Slot line”, Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 61, page17-26, 2016Wei Zhuang, Yongrong Shi, Wanchun Tang and Yafei Dai, “Common-Mode Suppression Design for Gigahertz Differential Signals Based on C-Slot line”, Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 61, page 17-26, 2016 Jordi Naqui, Armando Fernandez-Prieto, Miguel Duran-Sindreu, Francisco Mesa, Jesus Martel, Francisco Medina, and Ferran Martin,“Common-Mode Suppression in Micro strip Differential Lines by Means of Complementary Split Ring Resonators: Theory and Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.60, NO. 10, OCTOBER 2012Jordi Naqui, Armando Fernandez-Prieto, Miguel Duran-Sindreu, Francisco Mesa, Jesus Martel, Francisco Medina, and Ferran Martin, “Common-Mode Suppression in Micro strip Differential Lines by Means of Complementary Split Ring Resonators: Theory and Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.60, NO.10, OCTOBER 2012

<差動伝送配線に装備する同相除去フィルタに望まれる機能>
(1)内層に配置された差動伝送配線に対しても適用可能なこと。
(2)カットオフ周波数がなく、高速伝送可能なこと。
(3)差動信号に対する挿入損失を増加させず同相信号成分のみ除去できること。
(4)平坦な郡遅延特性を持つこと。
(5)最少の基板面積で実装できること。
(6)特殊なプロセスを必要とせず、安定して製造できること。
<Functions required for common-mode rejection filter installed in differential transmission wiring>
(1) Applicability to differential transmission wiring arranged in an inner layer.
(2) There is no cutoff frequency and high-speed transmission is possible.
(3) Only in-phase signal components can be removed without increasing insertion loss for differential signals.
(4) Have a flat count delay characteristic.
(5) It can be mounted with a minimum board area.
(6) It can be manufactured stably without requiring a special process.

そこで、本発明の主な目的は、差動伝送線路の差動インピーダンスと同相インピーダンスとを独自に設定できる基板の配線構造を実現することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to realize a wiring structure of a substrate that can independently set the differential impedance and the common-mode impedance of a differential transmission line.

本発明に係る配線基板は、差動信号を伝送する一対の信号線と、第一絶縁層と、前記一対の信号線に対向する位置に配置されたグラウンド又は電源に接続する第二導体パターンとに加え、少なくとも前記第一絶縁層を挟み前記一対の信号線に対向する位置で、前記第二導体パターンなど何処にも物理的に接続しない第一導体パターンを任意の層に配置したものである。   The wiring board according to the present invention, a pair of signal lines for transmitting differential signals, a first insulating layer, and a second conductor pattern connected to a ground or a power supply disposed at a position facing the pair of signal lines In addition, at least at a position opposed to the pair of signal lines with the first insulating layer interposed therebetween, a first conductor pattern that is not physically connected to anywhere such as the second conductor pattern is arranged in an arbitrary layer. .

本発明は、一対の差動伝送線路に対向する位置に、物理的にどこにも接続しない第一導体パターンを装備することを特徴とする。第一導体パターンは差動インピーダンスに影響するが同相インピーダンスには影響しないという現象を利用することで、差動伝送路の差動インピーダンスと同相インピーダンスをそれぞれ独自に設定することを可能とする。
本発明において、差動インピーダンスは、一対の差動伝送線路と第一導体パターン間を隔てる第一絶縁層の厚さと、差動伝送線路の自己インダクタンス及び相互インダクタンスによって決定される。同相インピーダンスは、一対の差動伝送線路とグランドまたは電源に接続した第二導体パターン間を隔てる第二絶縁層の厚さと、差動伝送線路の自己インダクタンスによって定まる。
The present invention is characterized in that a first conductor pattern that is not physically connected to any part is provided at a position facing a pair of differential transmission lines. By utilizing the phenomenon that the first conductor pattern affects the differential impedance but not the common-mode impedance, it is possible to independently set the differential impedance and the common-mode impedance of the differential transmission line.
In the present invention, the differential impedance is determined by the thickness of the first insulating layer separating the pair of differential transmission lines and the first conductor pattern, and the self-inductance and mutual inductance of the differential transmission lines. The common-mode impedance is determined by the thickness of the second insulating layer separating the pair of differential transmission lines and the second conductor pattern connected to the ground or the power supply, and the self-inductance of the differential transmission lines.

本発明において、伝送回路の差動インピーダンスを駆動回路の特性インピーダンスに一致させて、インピーダンスミスマッチによる伝送損失を少なくする一方、同相インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスより大幅に大きな値になるように基板構造を設計することで、同相信号に対する挿入損失を増大させることができる。これで、プリント基板の配線のみを使用して、同相信号除去フィルタ機能の高速差動伝送路への組み込みが完成する。   In the present invention, the differential impedance of the transmission circuit is made to match the characteristic impedance of the drive circuit to reduce transmission loss due to impedance mismatch, while the common-mode impedance is significantly larger than the characteristic impedance of the transmission line. Can increase the insertion loss with respect to the in-phase signal. This completes the incorporation of the in-phase signal removal filter function into the high-speed differential transmission line using only the printed circuit board wiring.

実施形態1の配線基板を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the wiring board according to the first embodiment. 図1におけるII−II線断面を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the II-II line | wire cross section in FIG. 実施形態1における差動伝送の動作原理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation principle of differential transmission according to the first embodiment. 実施形態1の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。6 is a graph showing characteristic impedances obtained by simulation for a specific example of the first embodiment. 実施形態2の配線基板を示す分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating a wiring board according to a second embodiment. 図5におけるVI−VI線断面を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the VI-VI line | wire cross section in FIG. 実施形態2の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。9 is a graph showing characteristic impedances obtained by simulation for a specific example of the second embodiment. 実施形態3の配線基板を示す分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating a wiring board according to a third embodiment. 図8におけるIX-IX線断面を拡大して示す図である。FIG. 9 is an enlarged view showing a cross section taken along line IX-IX in FIG. 8. 図8におけるX−X線断面を拡大して示す図である。FIG. 9 is an enlarged view showing a cross section taken along line XX in FIG. 8. 実施形態3の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。14 is a graph illustrating characteristic impedances obtained by simulation for a specific example of the third embodiment. 実施形態4の配線基板を示す分解斜視図である。FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating a wiring board according to a fourth embodiment. 図12におけるXIII−XIII線断面を拡大して示す図である。FIG. 13 is an enlarged view showing a cross section taken along line XIII-XIII in FIG. 12. 図12におけるXIV−XIV線断面を拡大して示す図である。FIG. 13 is an enlarged view showing a cross section taken along line XIV-XIV in FIG. 12. 実施形態4の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。21 is a graph illustrating characteristic impedances obtained by simulation for a specific example of the fourth embodiment. 実施形態1の配線基板及び従来技術の配線基板についての実測によるインピーダンス特性を示すグラフである。4 is a graph showing impedance characteristics of the wiring board of the first embodiment and the wiring board of the related art by actual measurement. 実施形態1の配線基板及び従来技術の配線基板についての実測による差動信号挿入損失及び同相信号挿入を示すグラフである。6 is a graph showing the measured differential signal insertion loss and the in-phase signal insertion of the wiring board of the first embodiment and the wiring board of the conventional technique. 実施形態1の配線基板及び従来技術の配線基板についての実測による同相信号除去性能を示すグラフである。4 is a graph showing the measured common-mode signal removal performance of the wiring board of Embodiment 1 and the wiring board of the related art. 従来技術における差動伝送の動作原理(その1)を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the operation principle (part 1) of differential transmission in the related art. 従来技術における差動信号の動作原理(その2)を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining an operation principle (part 2) of a differential signal in the related art.

まず、本発明の概要について説明する。以下、「GND」はグラウンドの略であり、「FP」はフローティング・プレートの略である。   First, the outline of the present invention will be described. Hereinafter, “GND” is an abbreviation for ground, and “FP” is an abbreviation for floating plate.

非特許文献2では、GNDプレーンを部分的に切り欠いてスプリットリング共振器(CSRR)型フィルタを使ってコモンモードフィルタを構成する技術が開示されている。しかし、これは、本発明において使用しているFPパターンを追加する方法とは異なり、広い周波数範囲に渡って同相信号除去性能を得ることができない。   Non-Patent Document 2 discloses a technique in which a common mode filter is configured by using a split ring resonator (CSRR) type filter by partially cutting out a GND plane. However, this is different from the method of adding the FP pattern used in the present invention, in which it is not possible to obtain the common-mode signal removal performance over a wide frequency range.

従来の差動伝送信号のGNDプレーンは、差動信号のインピーダンスプレーンとしての役割と、同相信号成分のミラー電流路の役割とを果たしている。これに対し、本発明は、差動信号成分のインピーダンスプレーンとして機能するFPパターンを設け、GNDプレーンの役割を同相信号成分のミラー電流の通路とすることで、差動インピーダンスと同相インピーダンスとをそれぞれ独立して制御する。   The GND plane of the conventional differential transmission signal has a role as an impedance plane for the differential signal and a role as a mirror current path for the in-phase signal component. On the other hand, the present invention provides an FP pattern that functions as an impedance plane for a differential signal component, and sets the role of the GND plane as a mirror current path for the in-phase signal component, so that the differential impedance and the in-phase impedance are reduced. Each is controlled independently.

FPパターンをGNDに接続してもしなくても、差動インピーダンスは変化しない。したがって、差動インピーダンスは従来と同じ方法で計算できる。この事実は、実測によって確認できる。   Whether the FP pattern is connected to GND or not, the differential impedance does not change. Therefore, the differential impedance can be calculated in the same manner as in the prior art. This fact can be confirmed by actual measurement.

同相インピーダンスは、信号線を配置した層からGNDプレーン又は電源プレーンまでの距離、及び、基材の誘電率等によって定まる。GNDプレーン又は電源プレーンと差動伝送区間とに挟まれる誘電体層を厚くすれば、同相インピーダンスは大きくなる。この構成において、GNDプレーン又は電源プレーンの位置は、差動インピーダンスにはほとんど影響しない。この事実は、実測によって確認できる。   The common-mode impedance is determined by the distance from the layer on which the signal lines are arranged to the GND plane or the power plane, the dielectric constant of the base material, and the like. If the dielectric layer sandwiched between the GND plane or the power plane and the differential transmission section is made thicker, the common-mode impedance increases. In this configuration, the position of the GND plane or the power plane hardly affects the differential impedance. This fact can be confirmed by actual measurement.

以上の構造により、従来の差動伝送用配線における信号線の配線パターンを変えることなく、インピーダンスプレーンの構造を変えることで同相インピーダンスのみを大きくできる。すなわち、本発明は、チップ部品等を使用せず、基板の配線のみを使って、同相信号除去フィルタを構成する配線パターンの構造を提供するものである。   With the above structure, only the common mode impedance can be increased by changing the structure of the impedance plane without changing the wiring pattern of the signal line in the conventional differential transmission wiring. That is, the present invention provides a structure of a wiring pattern constituting a common-mode signal removal filter using only wiring on a substrate without using chip parts or the like.

なお、同相インピーダンスを大きくすると、同相インピーダンスの不整合によって、伝送路の入口及び出口部分で同相信号の一部が反射するため、同相信号成分の挿入損失が大きくなる。ネットワークアナライザによって、同相信号の反射量がScc11として測定され、同相信号の挿入損失がScc21として測定される。   When the common-mode impedance is increased, a part of the common-mode signal is reflected at the entrance and the exit of the transmission line due to the mismatch of the common-mode impedance, so that the insertion loss of the common-mode signal component increases. The reflection amount of the in-phase signal is measured as Scc11 by the network analyzer, and the insertion loss of the in-phase signal is measured as Scc21.

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いることにより、重複説明を省略する。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。   Hereinafter, embodiments for implementing the present invention (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings. In the specification and the drawings, substantially the same components will be denoted by the same reference characters, without redundant description. The shapes described in the drawings are drawn so as to be easily understood by those skilled in the art, and do not always correspond to actual dimensions and ratios.

<実施形態1>
図1は、本実施形態1の配線基板を示す分解斜視図である。図2は、図1におけるII−II線断面を拡大して示す図であり、図1における各層を積み重ねた状態を示す。
<First embodiment>
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the wiring board of the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged view showing a cross section taken along line II-II in FIG. 1 and shows a state in which the layers in FIG. 1 are stacked.

図1及び図2に示すように、本実施形態1の配線基板10は、差動信号を伝送する一対の信号線(11a,11b)と、第一絶縁層(12)と、一対の信号線(11a,11b)に対向する位置に配置され物理的にどこにも接続しない第一導体パターン(13)と、第二絶縁層(14)と、第二絶縁層(14)を挟んでグラウンド又は電源に接続する第二導体パターン(15)と、を備え、一対の信号線(11a,11b)、第一絶縁層(12)、第一導体パターン(13)、第二絶縁層(14)、及び、第二導体パターン(15)が積層されたものである。そして、配線基板10は、一対の信号線(11a,11b)、第一絶縁層(12)、第一導体パターン(13)、第二絶縁層(14)、及び、第二導体パターン(15)を、この順に積層する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the wiring board 10 of the first embodiment includes a pair of signal lines (11a, 11b) for transmitting a differential signal, a first insulating layer (12), and a pair of signal lines. (11a, 11b), a first conductor pattern (13) which is not physically connected to any part, a second insulating layer (14), and a ground or power supply with the second insulating layer (14) interposed therebetween. And a second conductor pattern (15) connected to the first conductor pattern (15), a pair of signal lines (11a, 11b), a first insulation layer (12), a first conductor pattern (13), a second insulation layer (14), and , A second conductor pattern (15). The wiring board 10 includes a pair of signal lines (11a, 11b), a first insulating layer (12), a first conductive pattern (13), a second insulating layer (14), and a second conductive pattern (15). Are laminated in this order.

本実施形態1では、「一対の信号線」の一例として伝送路(11a,11b)、「第一絶縁層」の一例として絶縁層(12)、「第一導体パターン」の一例としてFPパターン(13)、「第二絶縁層」の一例として絶縁層(14)、「第二導体パターン」の一例としてグラウンド電位に接続されるGNDプレーン(15)、をそれぞれ採り上げる。伝送路(11a,11b)は信号層(11)に形成されている。   In the first embodiment, the transmission lines (11a, 11b) are an example of a “pair of signal lines”, the insulating layer (12) is an example of a “first insulating layer”, and the FP pattern ( 13), an insulating layer (14) as an example of the "second insulating layer", and a GND plane (15) connected to the ground potential as an example of the "second conductor pattern" are taken up. The transmission lines (11a, 11b) are formed in the signal layer (11).

換言すると、絶縁層(12)の下面かつ絶縁層14の上面の全体にFPパターン(13)が形成され、絶縁層(14)の下面の全体にGNDプレーン(15)が形成されている。配線基板(10)の各層の材質は、一般的な配線基板又は多層配線基板のそれらに準ずる。配線基板(10)の製造方法は、一般的な配線基板又は多層配線基板の製造方法に準ずる。配線基板(10)は、マイクロストリップラインで構成した同相信号除去フィルタ機能を有する。 なお、伝送路(11a,11b)は複数対としてもよいし、配線基板(10)の各層は複数層からなるとしてもよい。   In other words, the FP pattern (13) is formed on the entire lower surface of the insulating layer (12) and the upper surface of the insulating layer 14, and the GND plane (15) is formed on the entire lower surface of the insulating layer (14). The material of each layer of the wiring board (10) conforms to those of a general wiring board or a multilayer wiring board. The method for manufacturing the wiring board (10) conforms to a general method for manufacturing a wiring board or a multilayer wiring board. The wiring board (10) has an in-phase signal elimination filter function formed of a microstrip line. The transmission lines (11a, 11b) may be a plurality of pairs, or each layer of the wiring board (10) may be composed of a plurality of layers.

配線基板(10)の絶縁層の材質は、例えば、合成樹脂、又はセラミックスなどである。合成樹脂としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ガラスポリイミド樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。配線基板(10)の導体は、例えば金属箔などであり、より具体的な例として銅箔などが挙げられる。ここで、ガラスエポキシ樹脂及び銅箔からなる配線基板(10)の製造方法の一例について説明する。まず、ガラス繊維からなる基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることにより、絶縁層を得る。導体パターンは、ガラスエポキシ樹脂から成る樹脂シート上に、所定の形状に加工した銅箔を転写し、銅箔が転写された樹脂シートを積層して接着剤で接着することによって形成する。また、樹脂シートに形成した貫通孔の内面には、導体ペーストの印刷又はめっき法によって金属を被着形成するか、貫通孔内に金属を充填する。このような導体は、例えば金属箔又は金属柱を樹脂成形によって一体化させたり、スパッタリング法、蒸着法等を用いて被着させたりすることで形成される。   The material of the insulating layer of the wiring board (10) is, for example, a synthetic resin or a ceramic. Examples of the synthetic resin include a glass epoxy resin, a glass polyimide resin, and a fluororesin. The conductor of the wiring board (10) is, for example, a metal foil, and a more specific example is a copper foil. Here, an example of a method for manufacturing a wiring board (10) made of glass epoxy resin and copper foil will be described. First, an epoxy resin precursor is impregnated into a substrate made of glass fiber, and the epoxy resin precursor is thermally cured at a predetermined temperature to obtain an insulating layer. The conductor pattern is formed by transferring a copper foil processed into a predetermined shape onto a resin sheet made of a glass epoxy resin, laminating the resin sheet to which the copper foil has been transferred, and bonding the resin sheet with an adhesive. Further, a metal is applied to the inner surface of the through hole formed in the resin sheet by printing or plating a conductive paste, or the metal is filled in the through hole. Such a conductor is formed, for example, by integrating a metal foil or a metal pillar by resin molding, or by attaching the metal foil or the metal pillar using a sputtering method, an evaporation method, or the like.

本実施形態1において、GNDプレーン(15)の配置が同相インピーダンスを決定する要因となる。GNDプレーン(15)は、回路構成のうえで用いているが、必ずしも基板上に形成する必要はなく、シールドボックス等をGNDリターンとして使用してもよい。 また、「物理的にどこにも接続しない」は、「電気的にどこにも接続しない」、「物理的にどこにも電気接続しない」又は「電気的にフローディングである」などと言い換えてもよい。   In the first embodiment, the arrangement of the GND plane (15) is a factor for determining the common-mode impedance. Although the GND plane (15) is used after the circuit configuration, it is not always necessary to form the GND plane (15) on a substrate, and a shield box or the like may be used as a GND return. Further, “not physically connected to anywhere” may be rephrased as “not electrically connected to anywhere”, “not physically electrically connected to anywhere”, or “electrically floating”.

次に、従来技術における差動伝送の動作原理について説明し、続いて本実施形態1における差動伝送の動作原理について説明する。   Next, the operation principle of the differential transmission in the related art will be described, and then the operation principle of the differential transmission in the first embodiment will be described.

図19は、従来技術の差動伝送における信号伝播を示す。図19では、送信端(51)→送信側ドライバ(52)→伝送路(11a,11b)→受信側レシーバ(53)→受信端(54)、と信号が伝わる。   FIG. 19 shows signal propagation in differential transmission of the prior art. In FIG. 19, the signal is transmitted in the order of the transmission end (51) → the transmission side driver (52) → the transmission line (11a, 11b) → the reception side receiver (53) → the reception end (54).

送信端(51)で入力信号を受けとった送信側ドライバ(52)は、波形の切り替わりのタイミングが同じで極性が反転した差動信号(59a、59b)を、それぞれ伝送路(11a,11b)に伝達する。伝送路(11a,11b)は互いに近接して配置され、電磁結合している。伝送路(11a,11b)を流れる電流により伝送路(11a,11b)の周囲に磁界(55)が励起され、励起された磁界(55)により電界(56,57)が励起され、電磁界(55,56、57)が伝送路(11a,11b)に沿って伝播する(58)。発生した電磁界の同相信号成分(57)は、伝送路(11a,11b)を流れる電流とは逆極性のミラー電流(60)をGNDプレーン(15)内に励起する。   The transmitting-side driver (52) receiving the input signal at the transmitting end (51) transmits the differential signals (59a, 59b) having the same waveform switching timing and inverted polarities to the transmission paths (11a, 11b), respectively. introduce. The transmission lines (11a, 11b) are arranged close to each other and are electromagnetically coupled. A magnetic field (55) is excited around the transmission line (11a, 11b) by a current flowing through the transmission line (11a, 11b), and an electric field (56, 57) is excited by the excited magnetic field (55). 55, 56, 57) propagate along the transmission lines (11a, 11b) (58). The in-phase signal component (57) of the generated electromagnetic field excites a mirror current (60) having a polarity opposite to the current flowing through the transmission lines (11a, 11b) into the GND plane (15).

差動信号(59a,59b)は、伝送路(11a,11b)どうしの電磁結合によって信号を伝達できるため、GNDプレーン(15)が無くとも伝送は可能である。(ただしGND配線は必要)。GNDプレーン(15)が無い場合、送信側ドライバ(52)と受信側レシーバ(53)との間を接続するGNDインダクタンスが大きくなり、同相インピーダンスは数百Ω以上となる。   Since the differential signal (59a, 59b) can transmit a signal by electromagnetic coupling between the transmission lines (11a, 11b), transmission is possible without the GND plane (15). (However, GND wiring is required). In the absence of the GND plane (15), the GND inductance connecting between the transmitting driver (52) and the receiving receiver (53) increases, and the common-mode impedance becomes several hundred Ω or more.

伝送路(11a,11b)の差動インピーダンスは、伝送路(11a,11b)とGNDプレーン(15)との電磁結合によって定まる。伝送路(11a,11b)を流れる差動信号成分に対するミラー電流は、GNDプレーン(15)表面で打ち消し合う。一方、伝送路(11a,11b)を流れる同相信号成分に対しては、GNDプレーン(15)に逆極性のミラー電流(60)が流れることにより、閉回路内の電流が0となるので、キルヒホッフの法則を満足する。   The differential impedance of the transmission lines (11a, 11b) is determined by electromagnetic coupling between the transmission lines (11a, 11b) and the GND plane (15). The mirror current for the differential signal component flowing through the transmission paths (11a, 11b) cancels out on the surface of the GND plane (15). On the other hand, for the in-phase signal component flowing through the transmission lines (11a, 11b), the mirror current (60) having the opposite polarity flows through the GND plane (15), so that the current in the closed circuit becomes zero. Satisfies Kirchhoff's law.

図20は、従来技術の差動伝送における信号電流とミラー電流との関係、及び、差動信号成分と同相信号成分との関係を示す。伝送路入力端(61a,61b)→伝送路(11a,11b)→伝送路出力端(62a,62b)と信号が伝わる。図20では、差動信号(59a)と差動信号(59b)との波形の切り替わりタイミングをずらして表示している。このとき、差動信号(59a)と差動信号(59b)との差が差動信号成分(63)の波形になり、差動信号(59a)と差動信号(59b)との和が同相信号成分(64)の波形になり、ミラー電流(60)は、それと逆極性となる。   FIG. 20 shows a relationship between a signal current and a mirror current and a relationship between a differential signal component and an in-phase signal component in differential transmission of the related art. The signal is transmitted from the transmission path input terminals (61a, 61b) → the transmission path (11a, 11b) → the transmission path output terminals (62a, 62b). In FIG. 20, the switching timing of the waveform of the differential signal (59a) and the waveform of the differential signal (59b) are shifted and displayed. At this time, the difference between the differential signal (59a) and the differential signal (59b) becomes the waveform of the differential signal component (63), and the sum of the differential signal (59a) and the differential signal (59b) is the same. The waveform of the phase signal component (64) is obtained, and the mirror current (60) has the opposite polarity.

図3は、本実施形態1の差動伝送における信号電流とミラー電流との関係、及び、差動信号成分と同相信号成分との関係を示す。まず、FPパターン(13)を伝送路(11a,11b)に対向する位置に設置する。そして、伝送路(11a,11b)とFPパターン(13)との間の絶縁層の厚さを調節することにより、所定の差動インピーダンスを定める。同相インピーダンスは、伝送路(11a,11b)とGNDプレーン(15)間の絶縁層の厚さを調整することにより、差動インピーダンスとは無関係に設定する。伝送路(11a,11b)を流れる差動信号成分の電界(56)に対するミラー電流はFPパターン(13)の表面で打消し合う。伝送路(11a,11b)を流れる同相信号成分の電界(57)に対しては、GNDプレーン(15)には逆極性のミラー電流(60)が流れることにより、閉回路内の電流が0となり、キルヒホッフの法則を満足する。   FIG. 3 shows the relationship between the signal current and the mirror current and the relationship between the differential signal component and the in-phase signal component in the differential transmission according to the first embodiment. First, the FP pattern (13) is installed at a position facing the transmission path (11a, 11b). Then, a predetermined differential impedance is determined by adjusting the thickness of the insulating layer between the transmission line (11a, 11b) and the FP pattern (13). The common-mode impedance is set independently of the differential impedance by adjusting the thickness of the insulating layer between the transmission lines (11a, 11b) and the GND plane (15). The mirror current with respect to the electric field (56) of the differential signal component flowing through the transmission lines (11a, 11b) cancels out on the surface of the FP pattern (13). With respect to the electric field (57) of the in-phase signal component flowing through the transmission lines (11a, 11b), a mirror current (60) having the opposite polarity flows through the GND plane (15), so that the current in the closed circuit becomes zero. And satisfies Kirchhoff's law.

FPパターン(13)はどこにも接続されていないため、FPパターン(13)の内部電界は金属中の自由電子によって強制的に0になる。これは、内部電界が無くなるということではなく、金属内に勾配が0の極めて強力な電界が充満しているということである。このため、FPパターン(13)内は電流が流れないので、FPパターン(13)では伝送路(11a,11b)上の同相信号成分が生成する電磁界との相互作用が起きない。FPパターン(13)の厚さは信号の波長に比べて非常に薄いので、光がアルミニウム箔を透過するのと同様、同相信号成分の電界(57)がFPパターン(13)を透過する。透過した同相信号成分の電界(57)は、GNDプレーン15に到達してミラー電流(60)を励起する。結果として、同相インピーダンスは伝送路(11a,11b)の自己インダクタンス、及び、伝送路(11a,11b)とGNDプレーン(15)との間の静電容量によって定まる。   Since the FP pattern (13) is not connected anywhere, the internal electric field of the FP pattern (13) is forced to zero by free electrons in the metal. This does not mean that the internal electric field disappears, but that the metal is filled with an extremely strong electric field having a gradient of zero. Therefore, no current flows in the FP pattern (13), and the FP pattern (13) does not interact with the electromagnetic field generated by the in-phase signal components on the transmission lines (11a, 11b). Since the thickness of the FP pattern (13) is very thin compared to the wavelength of the signal, the electric field (57) of the in-phase signal component transmits through the FP pattern (13) in the same manner as light passes through the aluminum foil. The transmitted electric field (57) of the in-phase signal component reaches the GND plane 15 and excites the mirror current (60). As a result, the common-mode impedance is determined by the self-inductance of the transmission lines (11a, 11b) and the capacitance between the transmission lines (11a, 11b) and the GND plane (15).

次に、図3で説明した動作原理に基づき、より具体的な例を挙げて、本実施形態1について説明する。   Next, the first embodiment will be described with a more specific example based on the operation principle described in FIG.

図1及び図2に示すように、伝送路(11a,11b)を配置した信号層(11)に対向した位置(従来はGNDプレーンを配置した位置)に、絶縁層(12)を挟んでFPパターン(13)を設置する。そして、FPパターン(13)の外側に、絶縁層(14)を挟んでGNDプレーン(15)を配置する。絶縁層(12,14)の厚みを選ぶことにより、伝送路(11a,11b)の差動インピーダンスと同相インピーダンスとを個別に制御し、差動インピーダンスは所定の値に設定し、同相インピーダンスは差動インピーダンスよりも大きくなるように設定する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the FP is placed at a position facing the signal layer (11) where the transmission lines (11 a and 11 b) are arranged (the position where the GND plane is conventionally arranged) with the insulating layer (12) interposed therebetween. The pattern (13) is set. Then, a GND plane (15) is arranged outside the FP pattern (13) with the insulating layer (14) interposed therebetween. By selecting the thickness of the insulating layers (12, 14), the differential impedance and the common mode impedance of the transmission lines (11a, 11b) are individually controlled, the differential impedance is set to a predetermined value, and the common mode impedance is set to the difference. It is set to be larger than the dynamic impedance.

伝送路(11a,11b)を基板に配線する方法は多数存在するので、代表的な例を挙げて実際の設計方法を説明する。   Since there are many methods for wiring the transmission lines (11a, 11b) to the substrate, an actual design method will be described using a typical example.

ここで、同相インピーダンスの表記方法について言及する。本明細書での同相インピーダンス表記は二本の伝送路のインピーダンスを加算して示している。この表記方法では、電磁結合がない差動信号線路それぞれのシングルエンド動作のインピーダンスが50Ωの場合、同相インピーダンスと差動インピーダンスは、共に100Ωとなる。この表記方法であれば、差動インピーダンスと同相インピーダンスとを直接比較でき、直感的に理解しやすい。   Here, a method of expressing the common-mode impedance will be described. The in-phase impedance notation in the present specification indicates the sum of the impedances of two transmission lines. In this notation method, when the impedance of the single-ended operation of each differential signal line without electromagnetic coupling is 50Ω, both the in-phase impedance and the differential impedance are 100Ω. With this notation method, the differential impedance and the in-phase impedance can be directly compared, and it is easy to understand intuitively.

一般的な表記方法では、2本の信号ラインを並列接続したものとして同相インピーダンスを計算する方法が使われている。この表記方法では、電磁結合がない差動信号線路それぞれのシングルエンド動作のインピーダンスが50Ωの場合、差動インピーダンスが100Ω、同相インピーダンスは25Ωとなる。これは、ベクトルネットワークアナライザ(VNA)計測機で使われてきた表記方法である。   In a general notation method, a method of calculating a common-mode impedance assuming that two signal lines are connected in parallel is used. In this notation, when the impedance of the single-ended operation of each differential signal line without electromagnetic coupling is 50Ω, the differential impedance is 100Ω and the common-mode impedance is 25Ω. This is a notation used in vector network analyzer (VNA) measuring instruments.

配線基板(10)の設計方法の一例を以下に記す。
○全長がマイクロストリップからなる差動伝送線路とする。
○絶縁層(12)の表面に伝送路(11a,11b)を配置する。
○絶縁層(12)を挟んでFPパターン(13)を配置する。
○FPパターン(13)は物理的にどこにも接続しないフローティング状態とする。
○更に絶縁層(14)を挟んでGNDプレーン(15)を配置する。
An example of a method for designing the wiring board (10) will be described below.
○ A differential transmission line consisting of a microstrip is used.
The transmission lines (11a, 11b) are arranged on the surface of the insulating layer (12).
○ The FP pattern (13) is arranged with the insulating layer (12) interposed therebetween.
The FP pattern (13) is in a floating state where it is not physically connected to any part.
○ Further, a GND plane (15) is arranged with the insulating layer (14) interposed therebetween.

図4は、実施形態1の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。配線基板(10)は、マイクロストリップラインに同相除去フィルタ機能を実装したものであり、シミュレーションモデルは次のように作成した。   FIG. 4 is a graph showing a characteristic impedance by simulation of a specific example of the first embodiment. The wiring board (10) is a microstrip line having a common-mode removal filter function mounted thereon, and a simulation model was created as follows.

図1に示すパラメータを、W=0.08mm、t=0.035mm、H1=0.2mm、H2=0.2mm、Gap=0.18mm、L=15mm、とした。ここで、Wは伝送路(11a,11b)の幅、tは伝送路(11a,11b)の厚み、H1は絶縁層(12)の厚み、H2は絶縁層(14)の厚み、Gapは伝送路(11a,11b)間の隙間、Lは伝送路(11a,11b)の長さである。絶縁層(12,14)の比誘電率(Er)は4.3とした。   The parameters shown in FIG. 1 were W = 0.08 mm, t = 0.035 mm, H1 = 0.2 mm, H2 = 0.2 mm, Gap = 0.18 mm, and L = 15 mm. Here, W is the width of the transmission line (11a, 11b), t is the thickness of the transmission line (11a, 11b), H1 is the thickness of the insulating layer (12), H2 is the thickness of the insulating layer (14), and Gap is the transmission. The gap L between the paths (11a, 11b) is the length of the transmission path (11a, 11b). The relative permittivity (Er) of the insulating layers (12, 14) was 4.3.

図4は、TDR(Time Domain Reflectometry)法のシミュレーション結果であり、横軸が時間(ns)、縦軸がインピーダンス(Ω)、実線が差動インピーダンス、破線が同相インピーダンスを表示する。図4から明らかなように、差動インピーダンスに比べて同相インピーダンスがかなり大きくなっており、マイクロストリップラインにおいて同相除去フィルタ機能が実装できたことを確認できる。   FIG. 4 shows a simulation result of the TDR (Time Domain Reflectometry) method. The horizontal axis represents time (ns), the vertical axis represents impedance (Ω), the solid line represents differential impedance, and the broken line represents in-phase impedance. As is clear from FIG. 4, the common-mode impedance is considerably larger than the differential impedance, and it can be confirmed that the common-mode removing filter function can be implemented in the microstrip line.

<実施形態2>
図5は、本実施形態2の配線基板を示す分解斜視図である。図6は、図5におけるVI-VI線断面を拡大して示す図であり、図5における各層を積み重ねた状態を示す。
<Embodiment 2>
FIG. 5 is an exploded perspective view showing the wiring board according to the second embodiment. FIG. 6 is an enlarged view showing a cross section taken along the line VI-VI in FIG. 5 and shows a state in which the layers in FIG. 5 are stacked.

図5及び図6に示すように、本実施形態2の配線基板(20)は、差動信号を伝送する一対の信号線(21a,21b)と、第一絶縁層(22,27)と、一対の信号線(21a,21b)に対向する位置に配置され物理的にどこにも接続しない第一導体パターン(23,26)と、第二絶縁層(24)と、第二絶縁層(24)を挟んでグラウンド又は電源に接続する第二導体パターン(25)と、を備え、一対の信号線(21a,21b)、第一絶縁層(22,27)、第一導体パターン(23,26)、第二絶縁層(24)、及び、第二導体パターン(25)が積層されたものである。そして、配線基板20は、第一導電パターン(23,26)として一個目と二個目とを備え、第一絶縁層(22,27)として一個目と二個目とを備え、一個目の第一導電パターン(26)、一個目の第一絶縁層(27)、一対の信号線(21a,21b)、二個目の第一絶縁層(22)、二個目の第一導電パターン(23)、第二絶縁層(24)、及び、第二導体パターン(25)を、この順に積層する。   As shown in FIGS. 5 and 6, the wiring board (20) of the second embodiment includes a pair of signal lines (21a, 21b) for transmitting a differential signal, a first insulating layer (22, 27), A first conductor pattern (23, 26) which is arranged at a position facing the pair of signal lines (21a, 21b) and is not physically connected to anywhere, a second insulating layer (24), and a second insulating layer (24) A second conductor pattern (25) connected to a ground or a power supply with a pair of signal lines (21a, 21b), a first insulating layer (22, 27), and a first conductor pattern (23, 26) interposed therebetween. , A second insulating layer (24), and a second conductor pattern (25). The wiring board 20 has first and second conductive patterns (23, 26) and first and second insulating layers (22, 27). A first conductive pattern (26), a first first insulating layer (27), a pair of signal lines (21a, 21b), a second first insulating layer (22), and a second first conductive pattern ( 23), a second insulating layer (24), and a second conductor pattern (25) are laminated in this order.

本実施形態2では「一対の信号線」の一例として伝送路(21a,21b)、「二個目の第一絶縁層」の一例として絶縁層(22)、「二個目の第一導体パターン」の一例としてFPパターン(23)、「第二絶縁層」の一例として絶縁層(24)、「第二導体パターン」の一例としてグラウンド電位に接続されるGNDプレーン(25)、「一個目の第一導体パターン」の一例としてFPパターン(26)、「一個目の第二絶縁層」の一例として絶縁層(27)をそれぞれ採り上げる。伝送路(21a,21b)は信号層(21)に形成する。   In the second embodiment, the transmission path (21a, 21b) is an example of a “pair of signal lines”, the insulation layer (22) is an example of a “second first insulation layer”, and the “second first conductor pattern”. FP pattern (23) as an example, an insulating layer (24) as an example of a "second insulating layer", a GND plane (25) connected to ground potential as an example of a "second conductor pattern", The FP pattern (26) is taken as an example of the "first conductor pattern", and the insulating layer (27) is taken as an example of the "first second insulating layer". The transmission paths (21a, 21b) are formed in the signal layer (21).

換言すると、絶縁層(27)の上面の全体にFPパターン(26)を形成し、絶縁層(22)の下面かつ絶縁層(24)の上面の全体にFPパターン(23)を形成する。絶縁層(24)の下面の全体にGNDプレーン(25)を形成する。配線基板20の各層の材質は、一般的な配線基板又は多層配線基板のそれらに準ずる。配線基板20の製造方法は、一般的な配線基板又は多層配線基板の製造方法に準ずる。配線基板20は、ストリップラインで構成した同相信号除去フィルタ機能を有する。伝送路(21a,21b)は複数対としてもよいし、配線基板(20)の各層は複数層からなるとしてもよい。   In other words, the FP pattern (26) is formed on the entire upper surface of the insulating layer (27), and the FP pattern (23) is formed on the entire lower surface of the insulating layer (22) and the entire upper surface of the insulating layer (24). A GND plane (25) is formed on the entire lower surface of the insulating layer (24). The material of each layer of the wiring board 20 conforms to those of a general wiring board or a multilayer wiring board. The method for manufacturing the wiring board 20 conforms to the method for manufacturing a general wiring board or a multilayer wiring board. The wiring board 20 has an in-phase signal elimination filter function formed of a strip line. The transmission paths (21a, 21b) may be a plurality of pairs, and each layer of the wiring board (20) may be composed of a plurality of layers.

配線基板20の設計方法の一例を以下に記す。
○全長がストリップラインからなる差動伝送線路とする。
○伝送路(21a,21b)の両側にそれぞれ絶縁層(22,27)を挟んでFPパターン(23,26)を配置する。
○FPパターン(23,26)は物理的にどこにも接続しないフローティング状態とする。
○FPパターン(23)に対し絶縁層(24)を挟んでGNDプレーン(25)を配置する。
An example of a method for designing the wiring board 20 will be described below.
○ It is a differential transmission line whose entire length is a strip line.
The FP patterns (23, 26) are arranged on both sides of the transmission paths (21a, 21b) with the insulating layers (22, 27) interposed therebetween.
The FP pattern (23, 26) is in a floating state not physically connected to any part.
The GND plane (25) is arranged on the insulating layer (24) with respect to the FP pattern (23).

図7は、実施形態2の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。配線基板(20)は、ストリップラインに同相除去フィルタ機能を実装したものであり、そのシミュレーションモデルは次のように作成した。図5に示すパラメータは、W=0.08mm、t=0.035mm、H1=H2==H3=0.2mm、Gap=0.36mm、L=15mmとした。ここで、Wは伝送路(21a,21b)の幅、tは伝送路(21a,21b)の厚み、H1は絶縁層(27)の厚み、H2は絶縁層(22)の厚み、H3は絶縁層(24)の厚み、Gapは伝送路(21a,21b)どうしの隙間の距離、Lは伝送路(21a,21b)の長さである。絶縁層(22,24,27)の比誘電率(Er)は4.3とした。   FIG. 7 is a graph showing a characteristic impedance by simulation of a specific example of the second embodiment. The wiring board (20) has a common mode removal filter function mounted on a strip line, and a simulation model thereof is created as follows. The parameters shown in FIG. 5 were W = 0.08 mm, t = 0.035 mm, H1 = H2 == H3 = 0.2 mm, Gap = 0.36 mm, and L = 15 mm. Here, W is the width of the transmission path (21a, 21b), t is the thickness of the transmission path (21a, 21b), H1 is the thickness of the insulating layer (27), H2 is the thickness of the insulating layer (22), and H3 is the insulating layer. The thickness of the layer (24), Gap is the distance between the transmission paths (21a, 21b), and L is the length of the transmission paths (21a, 21b). The relative permittivity (Er) of the insulating layers (22, 24, 27) was 4.3.

図7は、TDR法のシミュレーション結果であり、横軸が時間(ns)、縦軸がインピーダンス(Ω)、実線が差動インピーダンス、破線が同相インピーダンスを表示する。図7から明らかなように、差動インピーダンスに比べて同相インピーダンスがかなり大きくなっており、ストリップラインに同相除去フィルタ機能が実装できたことを確認できる。本実施形態2のその他の構成、作用及び効果は、実施形態1のそれらと同様である。   FIG. 7 is a simulation result of the TDR method, in which the horizontal axis represents time (ns), the vertical axis represents impedance (Ω), the solid line represents differential impedance, and the broken line represents in-phase impedance. As is clear from FIG. 7, the common-mode impedance is considerably larger than the differential impedance, and it can be confirmed that the common-mode removal filter function can be implemented on the stripline. Other configurations, operations, and effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

<実施形態3>
図8は実施形態3の配線基板を示す分解斜視図である。図9は図8におけるIX-IX線断面を拡大して示す図である。図10は、図8におけるX−X線断面を拡大して示す図である。図9及び図10は、図8における各層を積み重ねた状態を示す。
<Embodiment 3>
FIG. 8 is an exploded perspective view showing the wiring board of the third embodiment. FIG. 9 is an enlarged view showing a cross section taken along line IX-IX in FIG. FIG. 10 is an enlarged view showing a cross section taken along line XX in FIG. 9 and 10 show a state in which the layers in FIG. 8 are stacked.

図8乃至図10に示すように、本実施形態3の配線基板(30)は、差動信号を伝送する一対の信号線(31a,31b)と、差動インピーダンスを決める第一絶縁層(32)及び第二絶縁層(34)と、一対の信号線(31a,31b)に対向する位置に配置され物理的にどこにも接続しない第一導体パターン(33)と、第一絶縁層(32)を挟んでグラウンド又は電源に接続する2組の第二導体パターン(35、37)と第二絶縁層(34、36)を備えている。   As shown in FIGS. 8 to 10, the wiring board (30) of the third embodiment includes a pair of signal lines (31a, 31b) for transmitting a differential signal and a first insulating layer (32) for determining a differential impedance. ), A second insulating layer (34), a first conductor pattern (33) disposed at a position facing the pair of signal lines (31a, 31b) and not physically connected to any part, and a first insulating layer (32). And two sets of second conductor patterns (35, 37) and a second insulating layer (34, 36) that are connected to ground or a power supply.

一対の信号線(31a,31b)を配置した層(31)、第一絶縁層(32)、一個目の第二導体パターン(35)、一個目の第二絶縁層(34)、第一導電パターン(33)、二個目の第二絶縁層(36)、二個目の第二導体パターン(37)の順に積層する。 Layer (31) on which a pair of signal lines (31a, 31b) are arranged, first insulating layer (32), first second conductor pattern (35), first second insulating layer (34), first conductive layer The pattern (33), the second second insulating layer (36), and the second second conductor pattern (37) are laminated in this order.

配線基板30の一対の信号線(31a,31b)の両端部(311,312)は非結合差動配線、中央部(313)は結合差動配線となっている。一個目及び二個目の第二導体パターン(35,37)は、一対の信号線(31a,31b)の中央部(313)に対向する部分に穴(351,371)を開け、この穴に対向する位置に、穴と同一形状の第一導体パターン(33)を設置する。配線基板(30)の各層は、平面視して、中央部(321)と中央部(321)を取り囲む周辺部(322)とに分けられる。 Both ends (311 and 312) of the pair of signal lines (31a and 31b) of the wiring board 30 are non-coupled differential wirings, and a central part (313) is a coupled differential wiring. The first and second second conductor patterns (35, 37) are provided with holes (351, 371) in portions facing the central portions (313) of the pair of signal lines (31a, 31b). A first conductor pattern (33) having the same shape as the hole is placed at a position facing the hole. Each layer of the wiring board (30) is divided into a central portion (321) and a peripheral portion (322) surrounding the central portion (321) in plan view.

伝送路(31a,31b)は、GND接続パターン(31c)とともに、信号層(31)に形成する。配線基板(30)は、その四隅に2個の貫通スルーホール(38)が形成されている。貫通スルーホール(38)によって、GND接続パターン(31c)及びGNDプレーン(35,37)を電気的に接続する。また、配線基板(30)は、シールドボックス(39)内に収容され、GND接続パターン(31c)とシールドボックス(39)は電気的に接続する。   The transmission paths (31a, 31b) are formed in the signal layer (31) together with the GND connection pattern (31c). The wiring board (30) has two through-holes (38) formed at four corners thereof. The GND connection pattern (31c) and the GND planes (35, 37) are electrically connected by the through through holes (38). The wiring board (30) is accommodated in the shield box (39), and the GND connection pattern (31c) and the shield box (39) are electrically connected.

一対の信号線(31a,31b)の周辺部(311,312)のインピーダンスは信号線の線幅(W)と、第一絶縁層(32)の厚みによって同相インピーダンスと差動インピーダンスが定まる。 The in-phase impedance and the differential impedance of the impedance of the peripheral portions (311 and 312) of the pair of signal lines (31a and 31b) are determined by the line width (W) of the signal lines and the thickness of the first insulating layer (32).

中央部(313)の差動インピーダンスは、一対の信号線(31a,31b)の間隔(Gap1)と第一絶縁層(32)と一個目の第2絶縁層(34)の厚さの合計(H1+H2)で定まる。間隔(Gap1)が近いほど、電磁結合度が増加し、差動インピーダンスは低下する。絶縁層が厚くなれば、静電容量が減少し、差動インピーダンスは増加する。 The differential impedance of the central portion (313) is the sum of the distance (Gap1) between the pair of signal lines (31a, 31b), the thickness of the first insulating layer (32), and the thickness of the first second insulating layer (34) ( H1 + H2). As the interval (Gap1) becomes closer, the degree of electromagnetic coupling increases, and the differential impedance decreases. As the insulating layer becomes thicker, the capacitance decreases and the differential impedance increases.

外部シールドボックス(39)は、一対の信号線(31a,31b)の中央部(313)に対する同相信号成分に対するインピーダンスプレーンとして機能する。 The outer shield box (39) functions as an impedance plane for an in-phase signal component with respect to the central portion (313) of the pair of signal lines (31a, 31b).

本実施形態3では、「一対の信号線」の一例として伝送路(31a,31b)、「第一絶縁層」の一例として絶縁層(32)、「第一導体パターン」の一例としてFPパターン(33)、「一個目の第二絶縁層」の一例として絶縁層(34)、「一個目の第二導体パターン」の一例としてグラウンド電位に接続されるGNDプレーン(35)、「二個目の第二絶縁層」の一例として絶縁層(36)、「二個目の第二導体パターン」の一例としてグラウンド電位に接続されるGNDプレーン(37)、をそれぞれ採り上げる。   In the third embodiment, the transmission path (31a, 31b) is an example of a “pair of signal lines”, the insulating layer (32) is an example of a “first insulating layer”, and the FP pattern is an example of a “first conductor pattern”. 33), an insulating layer (34) as an example of a "first second insulating layer", a GND plane (35) connected to a ground potential as an example of a "first second conductor pattern", a "second An insulating layer (36) is taken as an example of the "second insulating layer", and a GND plane (37) connected to the ground potential is taken as an example of the "second second conductor pattern".

配線基板(30)の各層の材質は、一般的な配線基板又は多層配線基板のそれらに準ずる。配線基板(30)の製造方法は、一般的な配線基板又は多層配線基板の製造方法に準ずる。配線基板(30)は、非結合差動伝送路と結合差動伝送路が混在する配線構成であって、同相信号除去フィルタ機能を有する。なお、伝送路(31a,31b)は複数対としてもよいし、配線基板(30)の各層は複数層からなるとしてもよい。 The material of each layer of the wiring board (30) conforms to those of a general wiring board or a multilayer wiring board. The method for manufacturing the wiring board (30) conforms to a general method for manufacturing a wiring board or a multilayer wiring board. The wiring board (30) has a wiring configuration in which non-coupled differential transmission paths and coupled differential transmission paths coexist, and has an in-phase signal removal filter function. The transmission paths (31a, 31b) may be a plurality of pairs, and each layer of the wiring board (30) may be composed of a plurality of layers.

配線基板30の設計方法の一例を以下に記す。
○マイクロストリップラインからなる差動伝送線路とする。
○伝送路(31a,31b)は、両端部分(311,312)の線間距離を離し、中間部分(313)の線間距離を近づける。
○伝送路(31a,31b)の線幅Wは全長に渡って一定のままとする。
○絶縁層(32)を挟んでGNDプレーン(35)を設置する。GNDプレーン(35)は、線間距離を近づけた中間部分(331)に対向するパターンをくりぬいた枠状にする。
○絶縁層(32)の厚みを例えば0.2mmとし、線幅Wがシングルエンド動作のとき、例えば50Ωになるよう設定する
○絶縁層(34)を挟んでFPプレーン(33)を設置する。FPプレーン(33)は、GNDプレーン(35)のくりぬかれた部分に対向する島状パターンにする。
○絶縁層(34)の厚みを例えば0.2mmとし、絶縁層(32)と絶縁層(34)との厚みを合計した厚みに対して、線幅Wの配線の差動インピーダンスが例えば100Ωになるよう線間距離を設定する。
○絶縁層(36)を挟んでGNDプレーン(37)を設置する。GNDプレーン(37)は、中間部分(313)に対向するパターンをくりぬいた枠状であり、外部コネクタのGNDとの接続用である。
○貫通スルーホール(38)を使って、二枚のGNDプレーン(35,37)とGND接続用パターン(31c)とを接続する。
An example of a method for designing the wiring board 30 will be described below.
○ A differential transmission line consisting of microstrip lines.
In the transmission lines (31a, 31b), the line distance between both end portions (311, 312) is increased, and the line distance between the intermediate portions (313) is reduced.
The line width W of the transmission path (31a, 31b) is kept constant over the entire length.
○ A GND plane (35) is provided with the insulating layer (32) interposed therebetween. The GND plane (35) forms a pattern facing the intermediate portion (331) with a reduced distance between lines in a hollow frame shape.
The thickness of the insulating layer (32) is set to, for example, 0.2 mm, and the line width W is set to, for example, 50Ω when the single-ended operation is performed. The FP plane (33) is an island pattern facing the hollowed portion of the GND plane (35).
O The thickness of the insulating layer (34) is, for example, 0.2 mm, and the differential impedance of the wiring having the line width W is, for example, 100Ω with respect to the total thickness of the insulating layer (32) and the insulating layer (34). Set the distance between lines so that
○ The GND plane (37) is provided with the insulating layer (36) interposed therebetween. The GND plane (37) has a frame shape in which a pattern facing the intermediate portion (313) is hollowed out, and is used for connection with the external connector GND.
The two GND planes (35, 37) are connected to the GND connection pattern (31c) by using the through-holes (38).

図11は、実施形態3の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。配線基板(30)は、非結合差動伝送路と結合差動伝送路が混在する配線に同相除去フィルタ機能を実装したものであり、そのシミュレーションモデルは次のように作成した。   FIG. 11 is a graph showing a characteristic impedance by simulation of a specific example of the third embodiment. The wiring board (30) is one in which a common mode removal filter function is mounted on a wiring in which a non-coupled differential transmission path and a coupled differential transmission path are mixed, and a simulation model is created as follows.

図8に示すパラメータは、W=0.33mm、t=0.035mm、H1=H2=H3=0.2mm、Gap1=0.18mm、Gap2=4.0mm、L1=30mm、L2=10mmとした。ここで、Wは伝送路(31a,31b)の幅、tは伝送路(31a,31b)の厚み、H1は絶縁層(32)の厚み、H2は絶縁層(34)の厚み、H3は絶縁層(36)の厚み、Gap1は中央部(313)における伝送路(31a,31b)間の距離、Gap2は周囲部(311,312)における伝送路(31a,31b)の隙間、L1は配線基板30の全長、L2はGNDプレーン(35,37)の長さ方向の間隙長である。絶縁層(32,34,36)の比誘電率(Er)は4.3とした。   The parameters shown in FIG. 8 are W = 0.33 mm, t = 0.035 mm, H1 = H2 = H3 = 0.2 mm, Gap1 = 0.18 mm, Gap2 = 4.0 mm, L1 = 30 mm, and L2 = 10 mm. . Here, W is the width of the transmission path (31a, 31b), t is the thickness of the transmission path (31a, 31b), H1 is the thickness of the insulation layer (32), H2 is the thickness of the insulation layer (34), and H3 is the insulation. The thickness of the layer (36), Gap1 is the distance between the transmission paths (31a, 31b) in the central part (313), Gap2 is the gap between the transmission paths (31a, 31b) in the peripheral parts (311, 312), and L1 is the wiring board The total length of L30, L2, is the gap length in the length direction of the GND plane (35, 37). The relative permittivity (Er) of the insulating layers (32, 34, 36) was 4.3.

図11は、TDR法のシミュレーション結果であり、横軸が時間(ns)、縦軸がインピーダンス(Ω)、実線が差動インピーダンス、破線が同相インピーダンスを表示する。図11から明らかなように、差動インピーダンスに比べて同相インピーダンスがかなり大きくなっており、非結合差動伝送路と結合差動伝送路とが混在する配線に同相除去フィルタ機能が実装できたことを確認できる。本実施形態3のその他の構成、作用及び効果は、実施形態1及び実施形態2と同様である。   FIG. 11 shows a simulation result of the TDR method, in which the horizontal axis represents time (ns), the vertical axis represents impedance (Ω), the solid line represents differential impedance, and the broken line represents in-phase impedance. As is clear from FIG. 11, the common-mode impedance is considerably larger than the differential impedance, and the common-mode removing filter function can be implemented on the wiring in which the uncoupled differential transmission path and the coupled differential transmission path are mixed. Can be confirmed. Other configurations, operations, and effects of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.

<実施形態4>
図12は、実施形態4の配線基板を示す分解斜視図である。図13は、図12におけるXIII−XIII線断面を拡大して示す図である。図14は、図12におけるXIV−XIV線断面を拡大して示す図である。図13及び図14は、図12における各層を積み重ねた状態を示す。
<Embodiment 4>
FIG. 12 is an exploded perspective view showing the wiring board according to the fourth embodiment. FIG. 13 is an enlarged view showing a cross section taken along line XIII-XIII in FIG. FIG. 14 is an enlarged view showing a cross section taken along line XIV-XIV in FIG. 13 and 14 show a state in which the respective layers in FIG. 12 are stacked.

図12乃至図14に示すように、本実施形態4の配線基板(40)は、差動信号を伝送する一対の信号線(41a,41b)と、差動インピーダンスを決める第一絶縁層(42)を隔てて、中央部に枠状の穴(423)を明けた、グラウンド電位に接続される第二導体パターン(44)と、枠状の穴(423)の内側に物理的にどこにも接続しない第一導体パターン(43)を配置した両面配線基板で構成される。   As shown in FIGS. 12 to 14, the wiring board (40) of the fourth embodiment includes a pair of signal lines (41a, 41b) for transmitting a differential signal and a first insulating layer (42) for determining a differential impedance. ), A frame-shaped hole (423) is drilled in the center, and the second conductor pattern (44) is connected to the ground potential, and is physically connected anywhere inside the frame-shaped hole (423). And a double-sided wiring board on which a first conductive pattern (43) is disposed.

本実施形態4では、「一対の信号線」の一例として伝送路(41a,41b)、「第一絶縁層」の一例として絶縁層(42)、「第一導体パターン」の一例としてFPパターン(43)、「第二導体パターン」の一例としてグラウンド電位に接続されるGNDプレーン(44)をそれぞれ採り上げる。GNDプレーン(44)とFPパターン(43)との隙間をO型スリット(423)と称する。   In the fourth embodiment, the transmission path (41a, 41b) is an example of a “pair of signal lines”, the insulating layer (42) is an example of a “first insulating layer”, and the FP pattern is an example of a “first conductor pattern”. 43), a GND plane (44) connected to the ground potential is taken as an example of the "second conductor pattern". The gap between the GND plane (44) and the FP pattern (43) is referred to as an O-shaped slit (423).

伝送路(41a,41b)は、GND接続パターン(41c)とともに、信号層(41)から形成されている。配線基板(40)は、その四隅に二個ずつ貫通スルーホール(45)が形成されている。貫通スルーホール(45)によって、GND接続パターン(41c)及びGNDプレーン(44)が電気的に接続されている。同一面上に形成されたFPパターン(43)とGNDプレーン(44)は、Gap2(47),Gap3(48)の間隙を有するO型スリットになっている。また、配線基板(40)は、シールドボックス(49)内に収容されている。配線基板(40)の各層は、平面視して中央部(421)とそれを取り囲む周辺部(422)とに分けられる。   The transmission lines (41a, 41b) are formed from the signal layer (41) together with the GND connection pattern (41c). The wiring board (40) has two through-holes (45) at four corners. The GND connection pattern (41c) and the GND plane (44) are electrically connected by the through hole (45). The FP pattern (43) and the GND plane (44) formed on the same surface are O-type slits having a gap between Gap2 (47) and Gap3 (48). The wiring board (40) is housed in a shield box (49). Each layer of the wiring board (40) is divided into a central part (421) and a peripheral part (422) surrounding it in plan view.

換言すると、絶縁層(42)の下面の周辺部(422)にGNDプレーン(34)が枠状に形成され、絶縁層(42)の下面の中央部(421)にFPパターン(43)が島状に形成されている。配線基板(40)の各層の材質は、一般的な配線基板又は多層配線基板のそれらに準ずる。配線基板(40)の製造方法は、一般的な配線基板又は多層配線基板の製造方法に準ずる。配線基板(40)は、O型スリット(423)で構成した同相信号除去フィルタ機能を有する。   In other words, the GND plane (34) is formed in a frame shape on the peripheral portion (422) on the lower surface of the insulating layer (42), and the FP pattern (43) is formed on the central portion (421) on the lower surface of the insulating layer (42). It is formed in a shape. The material of each layer of the wiring board (40) conforms to those of a general wiring board or a multilayer wiring board. The method of manufacturing the wiring board (40) conforms to the method of manufacturing a general wiring board or a multilayer wiring board. The wiring board (40) has an in-phase signal removal filter function constituted by an O-shaped slit (423).

配線基板(40)の設計方法の一例を以下に記す。
○ マイクロストリップラインを使った差動伝送線路とする。
○ 絶縁層(42)の表面に伝送路(41a,41b)を配置する。
○ 伝送路(41a,41b)に対し、絶縁層(42)を挟んでFPパターン(43)とそれを囲むGNDプレーン(44)を配置する。
○ FPパターン(43)は物理的にどこにも接続しないフローティング状態とする
○ 伝送路(41a,41b)間の隙間であるGap1(46)は、伝送路(41a,41b)間の電磁界結合が多くなるよう接近させる。
○ O型スリット(423)の伝送路が交差するGap2(47)はインピーダンスの連続性が保てるよう狭く設定する。伝送路が交差しないGap3(48)はFPパターン(43)とGNDプレーン(44)間の静電結合が小さくなるように広く設定する。
An example of a method for designing the wiring board (40) will be described below.
○ Use differential transmission lines using microstrip lines.
The transmission lines (41a, 41b) are arranged on the surface of the insulating layer (42).
The FP pattern (43) and the GND plane (44) surrounding the FP pattern (43) are arranged on the transmission lines (41a, 41b) with the insulating layer (42) interposed therebetween.
○ The FP pattern (43) is in a floating state where it is not physically connected to any part. Make them approach each other.
Gap2 (47) where the transmission path of the O-shaped slit (423) intersects is set narrow so that the continuity of impedance can be maintained. Gap3 (48) where transmission lines do not intersect is set wide so that the electrostatic coupling between the FP pattern (43) and the GND plane (44) is reduced.

図15は、実施形態4の具体例についてのシミュレーションによる特性インピーダンスを示すグラフである。配線基板(40)は、マイクロストリップラインを使った基板にGNDプレーンにO型スリットを形成することで、同相除去フィルタ機能を実装したものである。シミュレーションモデルのパラメータを以下に示す。   FIG. 15 is a graph showing a characteristic impedance by simulation of a specific example of the fourth embodiment. The wiring board (40) has a common plane elimination filter function implemented by forming an O-shaped slit in a GND plane on a board using a microstrip line. The parameters of the simulation model are shown below.

図12に示すパラメータは、W=0.3mm、t=0.035mm、H=0.2mm、Gap1=1.0mm、Gap2=0.15mm、Gap3=0.5mm、L1=9mm、L2=4mmとした。ここで、Wは伝送路(41a,41b)の幅、t(47)は伝送路(41a,41b)の厚み、Hは絶縁層(42)の厚み、Gap1(46)は伝送路(41a,41b)の間隔、Gap2(47)は伝送路(41a,41b)が交差する位置での中央部(421)のパターンと周辺部(422)のパターンとの間隔。Gap3(48)は伝送路(41a,41b)が交差しない位置での中央部のパターン(421)と周辺部のパターン(422)との隙間です。絶縁層(42)比誘電率(Er)は4.3とした。   The parameters shown in FIG. 12 are: W = 0.3 mm, t = 0.035 mm, H = 0.2 mm, Gap1 = 1.0 mm, Gap2 = 0.15 mm, Gap3 = 0.5 mm, L1 = 9 mm, L2 = 4 mm And Here, W is the width of the transmission line (41a, 41b), t (47) is the thickness of the transmission line (41a, 41b), H is the thickness of the insulating layer (42), and Gap1 (46) is the transmission line (41a, 41b). Gap2 (47) is the distance between the pattern of the central part (421) and the pattern of the peripheral part (422) at the position where the transmission lines (41a, 41b) intersect. Gap3 (48) is a gap between the central pattern (421) and the peripheral pattern (422) at a position where the transmission lines (41a, 41b) do not intersect. The relative dielectric constant (Er) of the insulating layer (42) was 4.3.

図15は、TDR法のシミュレーション結果であり、横軸が時間(ns)、縦軸がインピーダンス(Ω)、実線が差動インピーダンス、破線が同相インピーダンスを表示する。図15から明らかなように、差動インピーダンスに比べて同相インピーダンスがかなり大きくなっており、Oスリット構造によってマイクロストリップラインに同相除去フィルタ機能が実装できたことを確認できる。本実施形態4のその他の構成、作用及び効果は、実施形態1〜3のそれらと同様である。   FIG. 15 shows a simulation result of the TDR method. The horizontal axis represents time (ns), the vertical axis represents impedance (Ω), the solid line represents differential impedance, and the broken line represents in-phase impedance. As is clear from FIG. 15, the common-mode impedance is considerably larger than the differential impedance, and it can be confirmed that the common-mode removal filter function can be implemented in the microstrip line by the O-slit structure. Other configurations, operations, and effects of the fourth embodiment are the same as those of the first to third embodiments.

<実施例及び比較例>
実施例及び比較例の実測結果について以下に説明する。実施例は、実施形態1を適用した配線基板にケーブルを配線したものである。(すなわち同相信号除去フィルタ機能付基板を使用したケーブルアセンブリ) 比較例は、従来技術による配線基板にケーブルを配線したものである。(すなわちスルー接続基板を使用したケーブルアセンブリ)ケーブル長はいずれも1mである。
<Examples and comparative examples>
The measurement results of Examples and Comparative Examples will be described below. In the example, a cable is wired on a wiring board to which the first embodiment is applied. (That is, a cable assembly using a board with an in-phase signal removal filter function) In a comparative example, a cable is wired on a wiring board according to a conventional technique. (That is, a cable assembly using a through connection board) Each of the cable lengths is 1 m.

図16は、実施例及び比較例の実測値から得られたインピーダンス特性を示すグラフである。 この図から、本実施例と比較例を比較すると、差動インピーダンスは、ほとんど差がないが、本実施例の同相インピーダンスが比較例より大きくなることを確認できる。   FIG. 16 is a graph showing impedance characteristics obtained from measured values of the example and the comparative example. From this figure, it can be confirmed that when the present embodiment is compared with the comparative example, the differential impedance has almost no difference, but the common-mode impedance of the present embodiment is larger than that of the comparative example.

図17は、実施例及び比較例についての実測による差動信号挿入損失及び同相信号挿入を示すグラフである。図18は、実施例及び比較例についての実測による同相信号除去性能(CMR)を示すグラフである。図17及び図18から、本実施例において、差動信号を減衰させることなく、同相信号を大幅に除去できることを確認できる。すなわち同相除去フィルタ機能が実装できたことを確認できる。   FIG. 17 is a graph showing the insertion loss of the differential signal and the insertion of the in-phase signal by the actual measurement in the example and the comparative example. FIG. 18 is a graph showing the in-phase signal rejection performance (CMR) by actual measurement for the example and the comparative example. From FIGS. 17 and 18, it can be confirmed that in the present embodiment, the in-phase signal can be largely removed without attenuating the differential signal. That is, it can be confirmed that the common mode removal filter function has been implemented.

<本発明の効果>
本発明は、課題の欄において「差動伝送線路に装備する同相信号除去フィルタに望まれる機能」として掲げた全ての項目に対して、解決策を提供する。
<Effect of the present invention>
The present invention provides a solution to all the items listed as “desired functions of a common-mode signal rejection filter provided in a differential transmission line” in the subject section.

(1)内層に配置された差動伝送線路に対しても適用可能なこと。
実施形態2で、ストリップラインを使用した差動伝送線路に同相信号成分除去フィルタ機能を付加する方法について解説した。これまでの技術では困難であった内層に配置された差動伝送線路に、極めて単純な方法で、同相信号成分除去フィルタ機能を組み込めることを示した。
(1) Applicable to a differential transmission line arranged in an inner layer.
In the second embodiment, a method of adding a common-mode signal component removal filter function to a differential transmission line using a stripline has been described. It has been shown that a common-mode signal component elimination filter function can be incorporated in a very simple manner into a differential transmission line arranged in an inner layer, which has been difficult with conventional techniques.

(2)カットオフ周波数がなく、高速伝送可能なこと。
本発明によれば、同相信号成分除去フィルタ機能を付加してもカットオフ周波数が変化することはない。すなわち、同相信号成分除去機能を伝送線路の全周波数帯域に対して付加することが可能である。図18に示した実施例の測定結果では、10GHz(20Gbpsでの基本周波数)で−13dB、そこから20GHzまで−6dB以上の同相信号成分除去比(CMR)特性を示している。図16に示した比較例の測定結果においてレセプタクル及びコネクタプラグ部の同相インピーダンスが大きくなっているのは、コネクタ内の差動信号線間の電磁結合が大きくなっていることを示している。
(2) There is no cutoff frequency and high-speed transmission is possible.
According to the present invention, the cutoff frequency does not change even if the in-phase signal component removal filter function is added. That is, it is possible to add the in-phase signal component removal function to the entire frequency band of the transmission line. The measurement results of the embodiment shown in FIG. 18 indicate a common mode signal component rejection ratio (CMR) characteristic of −13 dB at 10 GHz (fundamental frequency at 20 Gbps) and -6 dB or more from there to 20 GHz. In the measurement results of the comparative example shown in FIG. 16, the fact that the common-mode impedance of the receptacle and the connector plug portion is large indicates that the electromagnetic coupling between the differential signal lines in the connector is large.

(3)差動信号に対する挿入損失を増加させず同相信号成分のみ除去できる。
図16および図17に示す実施例の測定結果から、コモンモードフィルタ機能を組み込んでも、差動インピーダンスが変化せず、差動挿入損失(Sdd21)が変化しないことを確認できる。
(3) Only the in-phase signal component can be removed without increasing the insertion loss for the differential signal.
From the measurement results of the examples shown in FIGS. 16 and 17, it can be confirmed that even when the common mode filter function is incorporated, the differential impedance does not change and the differential insertion loss (Sdd21) does not change.

(4)平坦な郡遅延特性を持つこと。
各実施形態において磁性体を使用しないことで、郡遅延特性による符号間干渉ジッタの発生を回避する。
(4) Have a flat count delay characteristic.
By not using a magnetic material in each embodiment, generation of intersymbol interference jitter due to group delay characteristics is avoided.

(5)最少の基板面積で実装できること
FPパターンは差動伝送信号に対向する位置に設置するが、他の電源層、GND層、信号層等に設置することができるため、新たな専有面積を専有せずに同相信号成分除去フィルタ機能を実装することができる。
(5) The FP pattern can be mounted with the minimum board area. The FP pattern is installed at the position facing the differential transmission signal, but it can be installed on other power supply layers, GND layers, signal layers, etc. The in-phase signal component removal filter function can be implemented without occupation.

(6)特殊なプロセスを必要とせず、安定して製造できること。
同相信号成分除去フィルタ機能を実装するために、ファインパターンやスルーホールを追加する必要は無く、通常の製造プロセスを使って製造できる。
(6) It can be manufactured stably without requiring a special process.
There is no need to add a fine pattern or through-hole in order to implement the in-phase signal component removal filter function, and the device can be manufactured using a normal manufacturing process.

<基板設計上の効果>
離れた位置に設置された同軸コネクタ等から半導体チップ間に差動伝送信号を配線する場合、非結合差動配線と結合差動配線とを組み合わせて使用する。結合差動配線部ではペア線間の電磁結合によって差動インピーダンスが小さくなる効果を補正するため、パターン幅を狭くして配線する必要があった。
<Effect on board design>
When a differential transmission signal is wired between semiconductor chips from a coaxial connector or the like installed at a distant position, non-coupled differential wiring and coupled differential wiring are used in combination. In the coupled differential wiring portion, it was necessary to reduce the pattern width and perform wiring in order to correct the effect of reducing the differential impedance due to the electromagnetic coupling between the paired wires.

パターン幅の切り替わり部分ではエッジ効果の発生を避けるためにテーパー状にパターン幅を形成する必要があるため、パターン設計がきわめて面倒であった。実施形態3に示した構造では、信号線の幅を一定に保ったまま差動伝送線路を配置できるため、パターン設計が単純になり、ペア線それぞれの長さを完全に同じにすることが簡単に実現できるようになった。   Since it is necessary to form the pattern width in a tapered shape at the portion where the pattern width is switched, it is extremely troublesome to design the pattern. In the structure shown in the third embodiment, since the differential transmission lines can be arranged while keeping the width of the signal line constant, the pattern design becomes simple and it is easy to make the lengths of the pair lines completely the same. Now it can be realized.

また、線幅が細くなる部分は表皮効果が顕著になるため挿入損失が増加する。同じ線幅のまま配線すればこの問題を回避できる   In addition, since the skin effect becomes remarkable in a portion where the line width is small, the insertion loss increases. This problem can be avoided by wiring with the same line width

<配線システムとしての効果>
本発明は、差動伝送線路そのものにコモンモードフィルタ機能を実装することによって、EMIの信号源そのものからのノイズ信号すなわち同相信号成分を取り除く。また、ペア内スキューが配線長に比例して増加することがなくなり、伝送距離の限界を押し広げることを可能とした。このことは、もはやペア内スキューが伝送速度限界の主たる制限要因でなくなることを意味する。
<Effects as a wiring system>
The present invention removes a noise signal from the EMI signal source itself, that is, a common-mode signal component, by mounting a common mode filter function on the differential transmission line itself. In addition, the skew in the pair does not increase in proportion to the wiring length, and it is possible to push the limit of the transmission distance. This means that intra-pair skew is no longer the main limiting factor of the transmission rate limit.

本発明は、システム設計上の自由度を大幅に広げることを可能にする。プリント配線基板の多層配線に、実施形態1〜4に示した技術や、本発明の基本原理にのっとった技術を、設計上の必要に合わせて組み合わせることにより、最適な回路設計を実現する手段を提供できる。   The present invention enables a great deal of flexibility in system design. By combining the techniques shown in Embodiments 1 to 4 and the techniques based on the basic principle of the present invention with the multilayer wiring of the printed wiring board according to the design needs, a means for realizing an optimal circuit design is provided. Can be provided.

<その他>
以上、本発明を上記各実施形態に即して説明したが、本発明は、上記各実施形態の構成や動作にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得ることが可能な各種変形及び修正を含むことはもちろんである。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
<Others>
As described above, the present invention has been described with reference to each of the above embodiments. However, the present invention is not limited to the configuration and operation of each of the above embodiments, and can be made by those skilled in the art within the scope of the present invention. Of course, the possible variations and modifications are included. Further, the present invention also includes a configuration in which some or all of the configurations of the above embodiments are appropriately combined with each other.

換言すると、本発明は以下のようにまとめることもできる。   In other words, the present invention can be summarized as follows.

本発明は、差動信号成分を減衰させることなく同相信号成分を減衰できる同相信号除去フィルタ機能を有する差動伝送配線を、半導体部品やコネクタ等の電子部品を搭載した基板配線のみを使って実現するパターン設計方法を提供する。   The present invention uses a differential transmission wiring having a common-mode signal removal filter function capable of attenuating a common-mode signal component without attenuating a differential signal component, using only a substrate wiring on which electronic components such as semiconductor components and connectors are mounted. Provide a pattern design method that can be realized by

メタル配線を使う差動伝送通信の動作限界を決める主な要因の一つがペア内スキューである。ペア内スキューの発生原因は、1組の差動伝送信号の配線長のばらつきや、伝送路の特性のばらつき、信号を駆動する集積回路の出力信号のばらつき等がある。10Gbpsを超える伝送速度では、従来使用されてきたコモンモード・チョークによる同相信号成分除去の性能が限界に達しており、これに代わる解決法が求められている。   One of the main factors that determines the operation limit of differential transmission communication using metal wiring is skew within a pair. The causes of the intra-pair skew include variations in the wiring length of one set of differential transmission signals, variations in the characteristics of the transmission path, and variations in the output signals of the integrated circuits that drive the signals. At transmission speeds exceeding 10 Gbps, the performance of removing common-mode signal components by the conventionally used common mode choke has reached its limit, and an alternative solution is required.

本発明は、差動伝送信号の損失を増やすことなく、同相信号成分のみを除去する同相信号除去フィルタ機能を有する高速差動伝送線路を、配線パターンのみを使用して積層基板に形成することで、ペア内スキューの発生要因であった伝送路そのものにペア内スキューを抑制する機能を追加することでペア内スキューを削減し、高速差動伝送の伝送速度限界を拡張するとともに、EMIの発生を抑制する。   The present invention forms a high-speed differential transmission line having a common-mode signal elimination filter function for eliminating only a common-mode signal component without increasing loss of a differential transmission signal on a laminated substrate using only a wiring pattern. By adding a function to suppress intra-pair skew to the transmission line itself, which caused intra-pair skew, the intra-pair skew was reduced, the transmission speed limit of high-speed differential transmission was expanded, and the EMI Suppress the occurrence.

差動伝送線路の差動インピーダンスと同相インピーダンスとを独自に設定できる基板の配線構造を実現することで上記の課題を達成する。本発明により実現される同相信号除去フィルタ機能は広帯域であり、かつコモンモード・チョークのような部品を使用しないため、基板の内層に配線された差動伝送線路にも同相信号除去フィルタ機能を組み込むことが可能となる。また、コモンモード・チョークが磁性体を使用しているため、郡遅延が周波数特性を持ち、伝送信号の波形を歪めるため10Gbps以上での動作が困難であるという問題を、磁性体を使用しないことで回避している。   The above object is achieved by realizing a wiring structure of a substrate on which the differential impedance and the common mode impedance of the differential transmission line can be independently set. Since the common-mode signal rejection filter function realized by the present invention has a wide band and does not use components such as a common mode choke, the common-mode signal rejection filter function can be applied to the differential transmission line wired in the inner layer of the substrate. Can be incorporated. Also, since the common mode choke uses a magnetic material, the group delay has a frequency characteristic, and the waveform of a transmission signal is distorted, so that it is difficult to operate at 10 Gbps or more. Is avoiding.

4種の具体的設計例と1種の実施例と比較例の実測結果を示した。
設計例1
配線基板10は、差動信号を伝送する一対の信号線(11a,11b)と、第一絶縁層(12)と、一対の信号線(11a,11b)に対向する位置に配置され物理的にどこにも接続しない第一導体パターン(13)と、第二絶縁層(14)と、第二絶縁層(14)を挟んでグラウンド又は電源に接続する第二導体パターン(15)と、を備え、一対の信号線(11a,11b)、第一絶縁層(12)、第一導体パターン(13)、第二絶縁層(14)、及び、第二導体パターン(15)を、この順に積層する。
Actual measurement results of four specific design examples, one example, and a comparative example are shown.
Design example 1
The wiring board 10 is disposed at a position facing the pair of signal lines (11a, 11b) for transmitting differential signals, the first insulating layer (12), and the pair of signal lines (11a, 11b), and is physically disposed. A first conductor pattern (13) not connected to anywhere, a second insulating layer (14), and a second conductor pattern (15) connected to ground or a power supply with the second insulating layer (14) interposed therebetween; A pair of signal lines (11a, 11b), a first insulating layer (12), a first conductor pattern (13), a second insulating layer (14), and a second conductor pattern (15) are laminated in this order.

本発明は、例えばLVDS(Low Voltage Differential Signal)などの差動インターフェースを用いた超高速差動伝送線路に好適に用いることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for an ultrahigh-speed differential transmission line using a differential interface such as LVDS (Low Voltage Differential Signal).

<実施形態1>
10 配線基板
11 信号層
11a,11b 伝送路(一対の信号線)
12 絶縁層(第一絶縁層)
13 FPパターン(第一導体パターン)
14 絶縁層(第二絶縁層)
15 GNDプレーン(第二導体パターン)
<実施形態2>
20 配線基板
21 信号層
21a,21b 伝送路(一対の信号線)
22 絶縁層(二個目の第一絶縁層)
23 FPパターン(二個目の第一導体パターン)
24 絶縁層(第二絶縁層)
25 GNDプレーン(第二導体パターン)
26 FPパターン(一個目の第一導体パターン)
27 絶縁層(一個目の第一絶縁層)
<実施形態3>
30 配線基板
31 信号層
31a,31b 伝送路(一対の信号線)
31c GND接続パターン
311,312 非結合差動伝送区間
313 結合差動伝送区間
32 絶縁層(第一絶縁層)
321 中央部
322 周辺部
33 FPパターン(第一導体パターン)
34 絶縁層(一個目の第二絶縁層)
35 GNDプレーン(一個目の第二導体パターン)
36 絶縁層(二個目の第二絶縁層)
37 GNDプレーン(二個目の第二導体パターン)
38 貫通スルーホール
39 シールドボックス
311,312 両端部
351,371 穴
<実施形態4>
40 配線基板
41 信号層
41a,41b 伝送路(一対の信号線)
41c GND接続パターン
42 絶縁層(第一絶縁層)
421 中央部
422 周辺部
423 0型スリット
43 FPパターン(第一導体パターン)
44 GNDプレーン(第二導体パターン)
45 貫通スルーホール
47 伝送路が交差する中央部と周辺部の隙間
48 伝送路が交差しない中央部と周辺部の隙間
49 シールドボックス
<First embodiment>
Reference Signs List 10 wiring board 11 signal layer 11a, 11b transmission line (pair of signal lines)
12 Insulating layer (first insulating layer)
13 FP pattern (first conductor pattern)
14 Insulating layer (second insulating layer)
15 GND plane (second conductor pattern)
<Embodiment 2>
Reference Signs List 20 wiring board 21 signal layer 21a, 21b transmission line (pair of signal lines)
22 Insulating layer (second insulating layer)
23 FP pattern (second first conductor pattern)
24 Insulating layer (second insulating layer)
25 GND plane (second conductor pattern)
26 FP pattern (first conductor pattern)
27 Insulating layer (first insulating layer)
<Embodiment 3>
Reference Signs List 30 wiring board 31 signal layer 31a, 31b transmission line (pair of signal lines)
31c GND connection pattern 311, 312 Non-coupled differential transmission section 313 Coupled differential transmission section 32 Insulating layer (first insulating layer)
321 Central part 322 Peripheral part 33 FP pattern (first conductor pattern)
34 insulating layer (first insulating layer)
35 GND plane (first second conductor pattern)
36 insulating layer (second insulating layer)
37 GND plane (second second conductor pattern)
38 Through Through Hole 39 Shield Box 311, 312 Both Ends 351,371 Hole <Embodiment 4>
Reference Signs List 40 Wiring board 41 Signal layer 41a, 41b Transmission line (pair of signal lines)
41c GND connection pattern 42 Insulating layer (first insulating layer)
421 central part 422 peripheral part 423 0 type slit 43 FP pattern (first conductor pattern)
44 GND plane (second conductor pattern)
45 Penetration through hole 47 Crevice between central part and peripheral part where transmission line intersects 48 Gap between central part and peripheral part where transmission line does not intersect 49 Shield box

Claims (5)

差動信号を伝送する一対の信号線と、第一絶縁層と、前記一対の信号線に対向する位置に配置されたグラウンド又は電源に接続する第二導体パターンとに加え、少なくとも前記第一絶縁層を挟み前記一対の信号線に対向する位置で、前記第二導体パターンなど何処にも物理的に接続しない第一導体パターンを任意の層に配置した、積層基板に形成した高速差動伝送線路。   In addition to a pair of signal lines transmitting a differential signal, a first insulating layer, and a second conductor pattern connected to a ground or a power supply disposed at a position facing the pair of signal lines, at least the first insulating layer A high-speed differential transmission line formed on a laminated substrate, in which a first conductor pattern that is not physically connected to anywhere, such as the second conductor pattern, is disposed in an arbitrary layer at a position opposed to the pair of signal lines with a layer interposed therebetween. . 第二絶縁層を更に備え、
前記一対の信号線、前記第一絶縁層、前記第一導体パターン、前記第二絶縁層、及び、前記第二導体パターンがこの順に積層された、
請求項1記載の積層基板に形成した高速差動伝送線路。
Further comprising a second insulating layer,
The pair of signal lines, the first insulating layer, the first conductor pattern, the second insulating layer, and the second conductor pattern were stacked in this order,
A high-speed differential transmission line formed on the laminated substrate according to claim 1.
第二絶縁層を更に備え、
前記第一導電パターンとして一個目と二個目とを備え、前記第一絶縁層として一個目と二個目とを備え、
一個目の前記第一導電パターン、一個目の前記第一絶縁層、前記一対の信号線、二個目の前記第一絶縁層、二個目の前記第一導電パターン、前記第二絶縁層、及び、前記第二導体パターンがこの順に積層された、
請求項1記載の積層基板に形成した高速差動伝送線路。
Further comprising a second insulating layer,
The first conductive pattern includes a first and a second, and the first insulating layer includes a first and a second,
A first first conductive pattern, a first first insulating layer, the pair of signal lines, a second first insulating layer, a second first conductive pattern, the second insulating layer, And, the second conductor pattern is laminated in this order,
A high-speed differential transmission line formed on the laminated substrate according to claim 1.
第二絶縁層を更に備え、
前記第二導電パターンとして一個目と二個目とを備え、前記第二絶縁層として一個目と二個目とを備え、
前記一対の信号線は、両端部が非結合差動配線、中央部が結合差動配線となっており、
一個目及び二個目の前記第二導体パターンは、前記一対の信号線の前記中央部に対向する部分に穴が開けられ、
前記第一導体パターンは、前記一対の信号線の前記中央部に対向する部分にのみ配置され、
前記一対の信号線、前記第一絶縁層、一個目の前記第二導体パターン、一個目の前記第二絶縁層、前記第一導電パターン、二個目の前記第二絶縁層、及び、二個目の前記第二導体パターンがこの順に積層された、
請求項1記載の積層基板に形成した高速差動伝送線路。
Further comprising a second insulating layer,
The second conductive pattern includes a first and a second, and the second insulating layer includes a first and a second,
Both ends of the pair of signal lines are non-coupled differential wiring, and a central part is coupled differential wiring,
The first and second second conductor patterns are perforated in portions facing the central portion of the pair of signal lines,
The first conductor pattern is disposed only in a portion facing the central portion of the pair of signal lines,
The pair of signal lines, the first insulating layer, a first second conductive pattern, a first second insulating layer, a first conductive pattern, a second second insulating layer, and two The second conductor pattern of the eye was laminated in this order,
A high-speed differential transmission line formed on the laminated substrate according to claim 1.
前記第一導電パターンは、前記一対の信号線の中央部に対向する位置に島状に配置され、
前記第二導電パターンは、前記第一導電パターンと同じ層に、前記第一導電パターンを取り囲むように配置され、
前記一対の信号線、前記第一絶縁層、並びに、同じ層に配置された前記第一導体パターン及び前記第二導体パターンがこの順に積層された、
請求項1記載の積層基板に形成した高速差動伝送線路。
The first conductive pattern is arranged in an island shape at a position facing a central portion of the pair of signal lines,
The second conductive pattern is arranged on the same layer as the first conductive pattern so as to surround the first conductive pattern,
The pair of signal lines, the first insulating layer, and the first conductor pattern and the second conductor pattern arranged in the same layer were stacked in this order,
A high-speed differential transmission line formed on the laminated substrate according to claim 1.
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