JP2020107882A - 高速差動信号相互接続用のゴールドフィンガーコネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】高速差動信号相互接続に用いられるゴールドフィンガーコネクタを提供する。【解決手段】ゴールドフィンガーコネクタと回路基板上のコンポーネントとの間のインピーダンスの不連続性を減少させるコネクタアセンブリが開示されている。アセンブリは、コネクタエッジ（connector edge）を有する回路基板を含む。複数のコネクタは、回路基板の第１表面上のコネクタエッジに形成されている。接地面は、第１表面とは反対側の第２表面の回路基板の一部に形成されている。接地面は、コネクタエッジの下方の第２表面を露出したままにする。複数のコネクタのうち少なくとも２つの下方の第２表面上に接地ループが形成されている。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、概して、コネクタに関し、特に、接続間のインピーダンスを減少させる接地リングを有するゴールドフィンガーコネクタに関する。
電子デバイス（例えば、サーバ）は、モジュール化された多数の電子コンポーネントを有する。例えば、多くのサーバは、図１に示すデバイスカード１０等のデバイスカードを有する。モジュール化されたデバイスカードは、異なる機能コンポーネントをサーバに追加することを可能にするので、サーバに柔軟性を提供する。デバイスカード１０は、エッジ領域１２を有し、エッジ領域１２には、エッジ領域１２上に形成されたゴールドフィンガーコネクタ１４が含まれる。エッジ領域１２は、デバイスの回路基板（例えば、サーバ又は他の回路基板等）に存在し得るソケット２０に挿入される。ゴールドフィンガーコネクタ１４は、指の形状をしており、ソケット２０と繰り返し接続することが可能な耐久性のある金属で製造されているので、ゴールドフィンガーと呼ばれる。コネクタ１４は、デバイスカード１０上に形成された回路トレースに電気的に接続されている。コネクタ１４は、サーバが、デバイスカード１０上のコンポーネントと信号を交換することを可能にする。エッジ領域１２は、カード１０上の接地領域１８によって画定されている。接地領域１８は、ほぼ、デバイスカード１０の全般的な領域の下方に位置する。しかし、接地領域１８は、エッジ領域１２下方に延在していない。
サーバは、一般的に、コントローラとライザーボードを接続するためのいくつかのソケットとを有するマザーボードを有する。ライザーボードは、マザーボード上のソケットと嵌合するエッジ領域を有する。また、ライザーボードは、デバイスカード（例えば、デバイスカード１０）の挿入を可能にする複数のソケット（例えば、ソケット２０）を有する。よって、サーバマザーボードを、各ライザーボードを介して複数のデバイスカードに接続することができる。各デバイスカードは、ライザーボードを介してマザーボード上のソケットに接続されている。
例示的なライザーボード５０が図１Ｂに示されている。ライザーボード５０は、ゴールドフィンガーコネクタ５４を有するエッジ領域５２を有する。また、ライザーボード５０は、ライザーボード５０を介して複数のカードをサーバマザーボード上の単一のソケットに接続するのを可能にする複数のソケット（例えば、ソケット６２，６４）を有する。ライザーボード５０は、ゴールドフィンガーコネクタをソケット６２，６４に接続するトレース６６を有する。よって、ソケット６２，６４と、ゴールドフィンガーコネクタ５４に接続されたデバイス（例えば、サーバマザーボード）との間で電気信号を交換することができる。
上述したように、ゴールドフィンガータイプのコネクタは、入出力拡張デバイス（例えば、図１Ａのデバイスカード１０）の信号接続において、ライザーボード（例えば、図１Ｂのライザーボード５０）と共に広く用いられている。しかし、ゴールドフィンガーコネクタは、往々にして、サーバシステムのライザー又はリンケージボード上で、インピーダンス不連続性を生じる。ゴールとフィンガーコネクタとソケットとの間のトレース長が短いライザー又はリンケージボードの場合、２つの接続が存在するので（１つはライザーボードとサーバマザーボードとの間に存在し、もう１つはライザーボードとデバイスカードとの間に存在する）、ライザーボードの両端に２つのインピーダンス不連続接続領域が存在する。これらの不連続性は、信号がゴールドフィンガーコネクタを介して送信される場合に、多重反射を引き起こす。このような構造的欠陥は、信号マージン（signal margin）をさらに減少させ、マージンの減少によって、各ボード間の信号の予期せぬ障害を引き起こす。
比較的大きいゴールドフィンガーコネクタは、対応するインピーダンスを大幅に減少させるので、現在の設計要件は、一般的に、エッジの接地面をゴールドフィンガーコネクタからカットして、インピーダンスを増加させる。
図２Ａは、ライザーボード１００上のゴールドフィンガーコネクタの平面図である。図２Ｂは、ライザーボード１００の斜視図である。ライザーボード１００は、エッジ領域１０２と、接地面１０４と、ボード層１０６と、を有する。上述したように、接地面１０４は、ボード層１０６下方に延在するが、エッジ領域１０２の下方まで延在しない。エッジ領域１０２は、一連のゴールドフィンガーコネクタ１１０を有する。ゴールドフィンガーコネクタ１１０の近位端には、様々な回路トレース１１２が電気的に接続されている。ゴールドフィンガーコネクタ１１０の反対側の遠位端は、ソケット内の対応する接続面と接触するように開放されている。ライザーボード１００上のソケット又は他のコンポーネントへの電気的接続を提供するために、一連のコネクタホール１２０がボード層１０６上に形成されている。
信号データ伝送速度が増加すると、図２Ａ及び図２Ｂに示すゴールドフィンガー構造の副作用が発生する。ライザーボード１００上の１５０，１５２として示す領域間では、ゴールドフィンガーコネクタ１１０上の信号からの多重反射が発生し。このような反射は信号マージンの減少を引き起こす。例えば、元のチャネル損失は約−０．５ｄＢであるが、ゴールドフィンガーコネクタの中央位置でプローブすると−４．９７ｄＢになる。これは、反射によって余分な損失（−４．９７−（−０．５）＝−４．４７ｄＢ）が生じることを示している。この問題を解決する１つの方法は、ゴールドフィンガーコネクタとソケットとの間のトレースの長さを増加して、信号反射の大きさを減少させることである。ラック搭載サーバに用いられるライザーボードの高さに制限があるために、このような解決策は、通常、実現することができない。例えば、ライザーボードの高さは１Ｕ又は２Ｕサーバに制限されているので、トレースの長さがライザーボードの高さによって制限される。
よって、ゴールドフィンガー領域のインピーダンス不連続性を低下させて信号の反射を減少させる回路基板エッジ設計が必要とされている。さらに、ゴールドフィンガータイプのコネクタとライザーボード上のソケットとの間のトレース長を最小にして、ライザーボードを標準的なサーバ設計高さに適合させるメカニズムが必要である。
本発明は、高速差動信号相互接続用のゴールドフィンガーコネクタを提供する。
開示される一例は、コネクタエッジを有する回路基板を有する回路デバイスである。複数のコネクタは、回路基板の第１表面上のコネクタエッジに形成されている。接地面は、第１表面とは反対側の第２表面上の回路基板の一部に形成されている。接地面は、コネクタエッジの下方の第２表面を露出させる。接地ループは、複数のコネクタのうち少なくとも２つの下方の第２表面に形成される。
開示される他の例は、カードデバイスをサーバボードに接続するためのライザーカードである。ライザーカードは、第１表面と反対側の第２表面とを有する回路基板を有する。回路基板は、第１表面に形成された複数のコネクタを有するコネクタエッジ領域を有する。第２表面には接地面が形成されている。接地面は、コネクタエッジ領域の下方の第２表面の露出領域を形成する。エッジ領域の下方の第２表面には接地ループが形成されている。複数のトレースは、複数のコネクタに電気的に接続されている。ライザーカードは、第１表面にソケットを有する。ソケットは、複数のトレースの少なくとも一部に電気的に接続されている。
上記の概要は、本開示の各実施形態又は各態様を表すことを意図するものではない。むしろ、上述した概要は、本明細書に記載されるいくつかの新規な態様及び特徴の例を単に提供するに過ぎない。上記の特徴及び利点と他の特徴及び利点とは、添付の図面及び特許請求の範囲に関連して考慮される場合、本発明を実施するための代表的な実施形態及びモードの以下の詳細の説明から容易に明らかになるであろう。
本発明によれば、ゴールドフィンガー領域のインピーダンス不連続性を低下させて、信号の反射を減少させることができる。
本開示は、添付の図面を参照して、例示的な実施形態の以下の説明からより良く理解されるであろう。
ゴールドフィンガータイプのコネクタ及びマッチングソケットを有する従来の回路基板の斜視図である。 マザーボード及びデバイスカードのソケットに接続するためのゴールドフィンガータイプのコネクタを有する従来のライザーボードの斜視図である。 潜在的な信号不連続領域を示すライザーボード内の従来のコネクタの拡大図である。 ゴールドフィンガーコネクタを有する例示的な従来のエッジ領域の斜視図である。 接地ループが下方に存在する例示的な改良されたゴールドフィンガーコネクタ設計の拡大平面図である。 接地ループが下方に存在する例示的な改良されたゴールドフィンガーコネクタ設計の回路基板レイアウトの斜視図である。 図３Ａ及び図３Ｂの例示的な改良されたゴールドフィンガーコネクタ設計に接続されたプローブの信号出力を従来のゴールドフィンガーコネクタと比較したグラフである。 図３Ａ及び図３Ｂの例示的な改良されたゴールドフィンガーコネクタに接続されたプローブの異なる周波数での信号出力を従来のゴールドフィンガーコネクタと比較したグラフである。
本発明は、様々な変更及び代替形態を受け入れることができる。いくつかの代表的な実施形態は、例として図面に示されており、本明細書で詳細に説明される。しかし、本発明は、開示された特定の形態に限定されることを意図していないことを理解されたい。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲に含まれる全ての変更、均等物及び代替物を包含する。
本発明は、多くの異なる形態で具体化することができる。代表的な実施形態を図面に示し、本明細書で詳細に説明する。本開示は、本発明の原理の一例又は例示であり、本発明の広い態様を、図示した実施形態に限定することを意図していない。その範囲において、例えば、要約、概要及び詳細な説明に開示されているが、特許請求の範囲の明示的に記載されていない要素及び限定は、単独で又は集合的に、黙示、推論又は他の方法によって特許請求の範囲に組み込まれてはならない。本発明を詳細に説明する目的のために、特に否定しない限り、単数形は複数形を含み、その逆もまた同様である。「含む」という用語は、「制限なしに含む」ことを意味している。さらに、例えば、「約」、「殆ど」、「実質的に」、「およそ」等の近似語は、本明細書では、例えば、「〜に」、「〜に近い」、「大体」、「〜の３〜５％の範囲内」、「許容される製造公差内」、又は、これらの任意の論理的組み合わせを意味するものとして用いることができる。
本発明は、回路基板のエッジコネクタ領域において、ゴールドフィンガーコネクタの下方に延在する接地リング又はループの追加に関連する。接地リングは、ゴールドフィンガーコネクタにより運ばれる信号のインピーダンス不連続性及び対応する反射を減少させる。接地リングの形状は任意であるが、接地面に接続される必要がある。この例では、４つのゴールドフィンガーコネクタの各々にループが形成されている。
図３Ａは、回路基板表面２１４に形成されたゴールドフィンガーコネクタ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆを有するエッジ領域２１０を有する回路基板２００の拡大平面図である。図３Ｂは、ゴールドフィンガーコネクタ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆを有する回路基板２００の斜視図である。また、回路基板２００は、回路基板表面２１４の下方に反対側表面２１６を有する。回路基板表面２１４には、様々なトレース２２０が形成されている。この例では、回路基板２００は、非導電材料で形成されている。回路基板２００は、コネクタ２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆと信号を交換する他のコンポーネント（例えば、回路基板表面２１４上の集積回路又はソケット等）を含むことができる。この例では、回路基板２００は、デバイスカード（例えば、ＳＳＤカード）、又は、複数のデバイスカードを別の回路基板（例えば、サーバのマザーボード等）に接続できるようにするコネクタタイプのカード（例えば、ライザーカード）であってもよい。
例えば、差動信号トレースペアは、ゴールドフィンガーコネクタ２１２ｃに接続された第１トレース２２２と、ゴールドフィンガーコネクタ２１２ｄに接続された第２トレース２２４とによって画定されてもよい。よって、差動電気信号は、ゴールドフィンガーコネクタ２１２ｃ，２１２ｄを介してソケットから送受信される。反対側表面２１６の回路基板表面２１４の下方には接地面２３０が設けられている。図３から分かるように、接地面２３０は、エッジ領域２１０の下方に延在していない。
上述した反射問題に対処するために、接地ループ２４０が、エッジ領域２１０の下方の露出表面２１４上の接地面２３０から延在するように形成されている。この例では、接地ループ２４０及び接地面２３０は、銅から製造されている。この例では、接地ループ２４０は、ゴールドフィンガーコネクタ２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅの下方に延在する。コネクタ２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅを有するエッジ領域２１０の領域の下方に追加されたリング又は接地ループ２４０は、インピーダンスの不連続性及び対応する反射を減少させる。この例では、接地ループ２４０によって、図２Ｂに示すように現在知られているゴールドフィンガーコネクタ設計と比較して、チャネル損失から２．３ｄＢのマージン利得が得られる。
ゴールドフィンガーコネクタ（例えば、図２Ｂに示す）を有する従来の回路基板からの信号を判別し、このような信号を、下方の接地ループ（図３Ａ及び図３Ｂに示す）を有する改良されたゴールドフィンガーコネクタと比較することによって、接地ループ２４０の有効性をテストすることができる。このような判別において、２つのプローブ点１６０，１６２が設けられ（図２Ｂに示す）、差動信号チャネルｓパラメータ又はゴールドフィンガーコネクタの差動信号からのインピーダンスを測定する。第１プローブ点１６０は、接地面１０４のエッジからゴールドフィンガーコネクタ１１０の半分の長さの位置に配置される（図２Ｂ）。第２プローブ点１６２は、接地面１０４のエッジからゴールドフィンガーコネクタ１１０の約3分の1の長さの位置に配置される。同様に、プローブ点２６０，２６２が、図３の差動信号トレース２２４上に設けられる。プローブ点２６０は、接地面２３０のエッジからゴールドフィンガー２１２ｄの約半分の長さの位置に配置され、プローブ点２６２は、接地面２３０のエッジからゴールドフィンガー２１２ｄの約３分の１の長さの位置に配置される。
図４は、差動信号が各ゴールドフィンガーコネクタに印加されたときの図２Ｂのプローブ点１６０，１６２及び図３Ａのプローブ点２６０，２６２から測定された抵抗の経時変化のグラフである。図４のグラフは、Ｙ軸が抵抗（オーム）を示し、Ｘ軸が時間（ナノ秒）を示している。第１トレース４１０は、接地リングがない場合の図２Ｂのプローブ１６０の出力を経時的に示す。第２トレース４２０は、接地リングがない場合の図２Ｂのプローブ１６２の出力を経時的に示す。第３トレース４３０は、接地ループ２４０がある場合の図３Ａのプローブ点２６０のプローブの出力を経時的に示す。第４トレース４４０は、接地ループ２４０がある場合の図３Ａのプローブ点２６２のプローブの出力を経時的に示す。図４から分かるように、トレース４１０，４２０，４３０，４４０は、４つの異なる状態の差動信号チャネルインピーダンスを示す。低い抵抗は、チャネルインピーダンスが元のターゲットにより近いことを意味する。したがって、接地リング２４０によって、トレース４１０，４２０と比較して低いトレース４３０，４４０の抵抗は、小さいインピーダンス偏差及び小さい信号反射を提供する。
図５は、差動信号が各ゴールドフィンガーコネクタに印加されたときの図２Ｂのプローブ点１６０，１６２及び図３Ａのプローブ点２６０，２６２からの信号の挿入損失比較を示すグラフである。図５のグラフは、Ｙ軸が信号振幅（ｄＢ）を示し、Ｘ軸が信号の周波数（ＧＨｚ）を示す。第１トレース５１０は、接地リングがない場合の図２Ｂのプローブ点１６０の周波数範囲に亘る出力（ｄＢ）を示す。第２トレース５２０は、接地リングがない場合の図２Ｂのプローブ点１６２の周波数範囲に亘る出力を示す。第３トレース５３０は、接地ループ２４０がある場合の図３Ａのプローブ点２６０のプローブの周波数範囲に亘る出力を示す。第４トレース５４０は、接地ループ２４０がある場合の図３Ａのプローブ点２６２のプローブの周波数範囲に亘る出力を示す。図５は、特に、８ＧＨｚ（ＰＣＩｅ Ｇｅｎ４（１６Ｇｂｐｓ）アプリケーションのメジャー周波数）における挿入損失比較を示しており、プローブ点２６０，２６２の損失（１．６０及び２．６０）は、プローブ点１６０，１６２の対応する損失（３．８２及び４．９７）よりも小さい。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用されているように、「一」、「１つの」、「この」という単数形は、文脈が他のことを明確に示さない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「含む」、「有する」やこれらの変化形が、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲に用いられており、このような用語の意味は、「備える」という用語と同様に包括的であることを意図している。
特に定義されない限り、本明細書で使用される用語（技術用語及び科学用語）は、当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書において定義されるような用語は、関連技術の文脈におけるこれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示的に定義されない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味で解釈されない。
以上、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は例示的なものであり、限定的なものではないことを理解されたい。本発明の実施形態に基づく多くの変更は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書の開示に従って行うことができる。よって、本発明の幅及び範囲は、上述した実施形態の何れによっても限定されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びこれらの均等物に従って定義されるべきである。
本発明は、１つ以上の実施形態に関して例示及び説明されているが、当業者であれば、本明細書及び添付の図面を読んで理解すれば、同等の変更及び修正を行うことができるであろう。また、本発明の特定の特徴は、複数の実施形態のうち１つのみに関連して述べられているが、このような特徴は、所定の又は特定の用途に必要で有利な１つ以上の他の実施形態の他の特徴と組み合わせることができる。
１０…デバイスカード
１２，５２，１０２，２１０…エッジ領域
１４，５４，１１０…ゴールドフィンガーコネクタ
１８…接地領域
２０，６２，６４…ソケット
５０，１００…ライザーボード
６６，２２０…トレース
１０４，２３０…設置面
１０６…ボード層
１１２…回路トレース
１２０…コネクタホール
１５０，１５２…領域
１６０，１６２…プローブ点（プローブ）
２００…回路基板
２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆ…ゴールドフィンガーコネクタ
２１４…回路基板表面
２１６…反対側表面
２２２…第１トレース
２２４…第２トレース
２４０…接地ループ
２６０，２６２…プローブ点
４１０，５１０…第１トレース
４２０，５２０…第２トレース
４３０，５３０…第３トレース
４４０，５４０…第４トレース

Claims (10)

  1. 回路デバイスであって、
    コネクタエッジを有する回路基板と、
    前記コネクタエッジに形成され、前記回路基板の第１表面上に位置する複数のコネクタと、
    前記回路基板の一部に形成された接地面であって、前記第１表面とは反対側の第２表面上に位置し、前記コネクタエッジの下方の前記第２表面を露出させる接地面と、
    前記複数のコネクタのうち少なくとも２つの下方の前記第２表面に形成された接地ループと、
    を備えることを特徴とする回路デバイス。
  2. 前記複数のコネクタは、ゴールドフィンガータイプのコネクタであることを特徴とする請求項１に記載の回路デバイス。
  3. 前記回路基板の前記第１表面上にソケットをさらに備え、前記ソケットは、前記回路基板の前記第１表面上のトレースを介して、前記複数のコネクタのうち少なくとも２つに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回路デバイス。
  4. 前記ソケットに接続されたマッチングコネクタ（mating connector）を有する回路カードをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の回路デバイス。
  5. 前記接地ループは矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の回路デバイス。
  6. 前記接地ループ及び前記接地面の材料は銅であることを特徴とする請求項１に記載の回路デバイス。
  7. 前記接地ループは、前記複数のコネクタのうち４つの下方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路デバイス。
  8. カードデバイスをサーバボードに接続するためのライザーカードであって、
    第１表面と、前記第１表面とは反対側の第２表面とを有する回路基板であって、前記第１表面に形成された複数のコネクタを有するコネクタエッジ領域を有する回路基板と、
    前記第２表面に形成された接地面であって、前記コネクタエッジ領域の下方の前記第２表面の露出領域を形成する接地面と、
    前記コネクタエッジ領域の下方の前記第２表面に形成された接地ループと、
    前記複数のコネクタに電気的に接続された複数のトレースと、
    前記第１表面上のソケットであって、前記複数のトレースのうち少なくとも２つに電気的に接続されたソケットと、
    を備えることを特徴とするライザーカード。
  9. 前記回路基板の前記第１表面上に第２ソケットをさらに備え、前記第２ソケットは、前記複数のトレースのうち少なくとも２つを介して、前記複数のコネクタのうち少なくとも２つに電気的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載のライザーカード。
  10. 前記ソケットに接続されたマッチングコネクタを有するデバイスカードをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のライザーカード。
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