JP4567038B2 - 高速差動信号エッジカードコネクタの回路基板レイアウト - Google Patents

Description

本発明は、一般に高速コネクタに関し、より詳細には、差動信号ペアを含む高速エッジカードコネクタに関する。

当技術分野では、多くのタイプのコネクタが知られている。そのようなタイプのコネクタの一つは、回路基板と、当技術分野では一般に「ドータボード（daughter board）」として知られる別の基板との間で相互接続するために使用される「エッジカード」コネクタである。端子の高密度化を実現し、かつ、より多くの回路へのより多くの接続を行うために、端子は小さなピッチで近接して配置されている。コネクタが、高速アプリケーションに使用される例では、信号端子間にクロストークが生じ、これにより、典型的には信号のエラーと劣化が起こる。差動信号アプリケーションにおけるクロストークを最小にし、また差動信号ペアを終端する際に使用されるコネクタのインピーダンスを調整することは重要である。

クロストークを抑制し、かつ、信号干渉を減少させるための、当技術分野で既知の１つの解決策は、各信号端子に近接して少なくとも１つの基準アースを設けることである。

従来の高速コネクタアプリケーション、すなわち、１．０〔ＧＨｚ〕以上で動作できるコネクタアプリケーションでは、特定のコネクタの最適インピーダンスを調整するために、端子、特に接地端子に、より導電性の高い材料を加えることにより、インピーダンスが制御される。このタイプの構成は、１９９９年１２月２９日に発行された米国特許第５，８５３，３０３号に記載されており、端子の全体的なキャパシタンスを変化させるために、端子のサイズと形状が操作されている。そのようなタイプのコネクタでは、‘３０３特許に示されているように、エッジカードコネクタの端子は、一般に、信号−接地−信号−接地など（すなわち、「Ｓ−Ｇ−Ｓ−Ｇ」など）の順序で配置され、従って、それぞれのすべての信号端子が、２つの接地端子の間に配置されている。

インピーダンスを決定する式は、一般に、

であることが認められており、この場合、Ｌ＝インダクタンス、Ｃ＝キャパシタンス、及び、Ｚ＝インピーダンスであり、前述の好ましいＧ−Ｓ−Ｇ−Ｓ−Ｇ端子配列の場合に、各対の信号端子と接地端子は、キャパシタとして働き、それにより、動作中にキャパシタンスを生成する。このキャパシタンスは、接続の総インピーダンスを決定する際に考慮されなければならない。システムのキャパシタンスを求める場合、コネクタシステムの個々の構成要素のキャパシタンスをすべて合算することが必要となる。システムキャパシタンスが大きくなるほど、システムの総インピーダンスは低下する。同様に、システムキャパシタンスが小さくなると、その領域で、システムの総インピーダンスが増大する。インピーダンスの低下は、エッジカードとコネクタの接続部分（interface ）とコネクタと回路基板の接続部分に沿って起こる。特に、約３〔ギガヘルツ〕以上の、新しい将来の電子アプリケーションを狙いとしている望ましい高い伝送速度では、エッジカードコネクタシステムのインピーダンスが大きく変化して増減しないことが望まれる。

エッジカードコネクタの技術分野における従来の解決策は、設計要素としてインピーダンスの低下だけに取り組んでおり、出願人の知る限り、コネクタ接続部（connector interface ）におけるシステムインピーダンスを１００〔オーム〕を中心として許容範囲内に維持するために、コネクタ自体の構造を修正することによってコネクタシステムのインピーダンスを高めようとする技術はない。２００２年８月１３日に発行された米国特許第６，４３３，２８６号は、基板接地基準平面に複数の空所を形成し、信号トレースを空所のパターンと位置合わせすることによって、プリント回路基板上のインピーダンスを高める手段を説明している。これは、複雑な解決策であり、回路基板の設計に余分な費用を必要とし、回路基板に特定数の空所を形成してこれを利用することが必要となる。更に、信号トレースが接地基準平面の空所と位置合わせされない場合は、基板レイアウトのインピーダンス修正効果が容易に達成されなくなる。

従って、本発明は、コネクタ自体の構造と回路基板の構造の両方における前述の欠点を克服するコネクタシステムを対象とする。

従って、本発明の一般的な目的は、より調整された動作インピーダンスレベルを提供する改良されたエッジカードコネクタシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、あらかじめ選択された動作インピーダンスレンジを有する対応するコネクタとともに使用される改良されたエッジカードを提供することであり、エッジカードは、その１つのエッジに沿って形成された複数の導電トレースを有し、トレースは、２つの差動信号トレース及び関連する接地トレースを含む「三つ組」パターンで配列されており、そのような三つ組のトレースはそれぞれ、エッジカード上の他のトレースから介在スペースだけ離間されており、電気的性能を改良するためにエッジカード上の別個の各トレース三つ組を空間的、かつ、電気的に分離する。

本発明の更に他の目的は、エッジカードアプリケーションのための電気コネクタを提供することであり、コネクタは、コネクタハウジングの長手方向に延在するカード収容スロットを備えた絶縁性ハウジングを有し、コネクタは、カード収容スロットの両側においてハウジングによって支持された複数の導電端子を含み、端子は「三つ組」（"triplet" 又は"triad" ）の組分けで配列されており、その各組が一対の差動信号端子と１つの関連した接地端子とを含み、ハウジングには、カード収容スロットの両側に、複数の端子収容空洞が形成されており、端子は、前記空洞内に、別個の前記三つ組を構成するように配列されており、そのような組分けによって作られた各組が、その間にある空の端子収容空洞によって離間されており、その結果、各端子三つ組は、２ピッチと等しい介在スペース又は別の介在スペースで支持される。

本発明の更に他の目的は、エッジカードコネクタとともに使用するための新規な回路基板構成を提供することであり、回路基板には、エッジカードコネクタのための「フットプリント」（実装領域）を画定するあらかじめ選択されたパターンで複数の導電トレースが形成されており、フットプリントは、コネクタハウジングの長さを画定する仮想長手軸と、相互係合軸の両側に配置されたビアとを含み、該ビアが、コネクタを実装する回路基板上の同じ回路に至る一対の差動信号導電終端トレース及び関連したアース終端トレースとを含む三つ組パターンで配列されており、差動信号終端トレースが、互いに離間されており、更にアース終端トレースから離間されており、終端トレースは、前記回路基板の上から見たときに三角パターンで配列されている。

本発明の更に他の目的は、前述の回路基板と関連した接地基準平面を提供することであり、基準平面には、複数の大きな非導電性の空所又は穴が形成されており、そのそれぞれが、差動信号ペアのビアを構成する回路基板の「送出（launch）」領域内の回路基板ビアのうちの２つを取り囲んでおり、接地基準平面が、差動対信号ビアと関連付けられた接地ビアを構成する第３のビアに接続されており、空所は、差動信号ビアと接地平面の間のキャパシタンスを小さくし、それにより、回路基板の送出領域内のインピーダンスを高める。

本発明の更に他の目的は、差動信号アプリケーションにおいて有用であり、また、高速信号アプリケーションにおいてあらかじめ選択された範囲のインピーダンスで動作する改良されたエッジカードコネクタを提供することであり、コネクタは、細長い絶縁性ハウジングを有し、ハウジングの長手方向に延在するスロットが中に形成されており、コネクタは、更に、ハウジング内のスロットの両側に形成された空洞内に配置された複数の導電端子を含み、端子は、空洞内において、信号「Ａ」、接地、信号「Ｂ」、スペース、信号「Ａ」、接地、信号「Ｂ」、スペースなどの繰り返しパターンで配列され、その結果、複数の別個の三つ組の端子が、コネクタ内に介在スペースによって画定され、各三つ組が、信号端子「Ａ」及び「Ｂ」及び関連した接地端子とを含み、接地端子が関連付けられた信号端子によって挟まれ、介在スペースが、隣り合った三つ組間の容量結合を減少させる。

本発明の上記及びその他の目的、特徴、利点は、以下の詳細な説明を検討することにより明瞭に理解されよう。

この詳細の説明において添付図面が度々参照される。

本発明は、所望のインピーダンスレベルにおいて差動信号法による高速性能を可能にする改良されたエッジカードコネクタを対象とする。

コンピュータ業界は、高速を達成するために常に努力している。すべてのアプリケーションの要求を統合することができる汎（はん）用入出力（「Ｉ／Ｏ」）相互接続に向けられた１つの提案されたコンピュータアーキテクチャが開発されている。この提案されたアーキテクチャは、差動信号法を使用して１ピン当たりのボード幅を最大にする。差動信号法は、長い間、伝送ケーブルアプリケーションで使用されてきており、ペアの線が、大きさが同一で、かつ、極性が異なる信号を運ぶ。すなわち、ペアの一方の線が＋１．０〔ボルト〕の信号を運び、ペアの他方の線が−１．０〔ボルト〕の信号を運ぶ。信号の伝送に伴う干渉を防ぐために、差動信号線の近くに接地を設け、これにより、差動信号線と他の信号線とではなく、差動信号線と接地とを結合させる。そのようなペアを構成する２つの差動信号線は、当技術分野では、通常、「信号チャネル」と呼ばれる。

差動信号アプリケーションは、線を使用したケーブルアプリケーションに限定されず、回路基板とドータボード上の導電トレース及びコネクタハウジング内に支持された導電端子の使用も含まれる。差動信号アプリケーションは、大容量サーバ、ワークステーション、及び、パーソナルコンピュータ（「ＰＣ」）で使用される。これらの構成部品はエッジカード構造の拡張カードを利用するが、この拡張カードは、装置のマザーボードと拡張カードとの間での相互接続を実現するコネクタを必要とする。当技術分野で知られているように、エッジカードには、一連の回路と電気部品が実装されており、エッジカードの片面又は両面には、その差し込みエッジに沿って複数の導電パッドが配置されている。差動信号アプリケーションにおいて最適な相互接続を実現するためには、相互接続インピーダンスを所望のレベルに制御又は調整する、すなわち、インピーダンスを所望の範囲内に維持することが望ましい。そのような１つの最適レベルは１００〔オーム〕であり、そのレベルと関連した最適な範囲は公差＋／−１０〔％〕、すなわち、９０〜１１０〔オーム〕の範囲である。

従来のエッジカードコネクタは、信号端子と接地端子のサイズ及び形状を操作することによって、それらのインピーダンスを制御しようとしている。従来の設計知識は、１９９６年６月４日に発行され本発明の譲受人が所有する米国特許第５，５２２，７５７号に記載されているような、特定の信号端子と接地端子の配置の使用を提案しており、各信号端子の横に接地端子が配置されている。インピーダンスを制御する当技術分野において既知の他のコネクタは、２００１年８月２８日に発行された米国特許第６，２８０，２０９号のように、接地端子を関連した差動信号端子ペアから離間させている。しかしながら、エッジカードコネクタとの関連において、差動信号伝送線の３つの端子の構造的関係には言及していない。

図１に、エッジカード構造とそのコネクタに使用される既知のタイプの配列を示し、この図において、エッジカード２０が、カードに沿って長手方向に延在する差し込みエッジ２２を備えた細長い本体部分２１を有することが分かる。複数の接点パッド２４が、エッジカード２０の一方又は両方の外側面に配置され、これらの接点パッド２４は、導電トレース及び／又は電子部品を含むであろうエッジカード２０上の様々な回路に接続されている。接点パッド２４、すなわち、信号接点パッド２４ａと接地接点パッド２４ｂは、エッジカードコネクタと同じパターンで配列されている。これらの接点パッド２４はそれぞれ、カード２０のエッジ２２に沿って同じ均等なピッチＰで配列されている。各信号接点パッド２４ａは何らかの種類の電圧を伝え、各接地接点パッド２４ｂは伝えないので、信号接点パッドと接地接点パッドのすべての組は、通電されたときにキャパシタとして働き、相互接続システムにキャパシタンスを導入する。図１に示したように、各信号チャネル毎に、一対の差動信号接点パッドＳ１Ａ及びＳ１Ｂと、３つの関連付けられた接地接点パッドがあり、それらの間に４つのキャパシタンスＣ１〜Ｃ４が形成される。図１で分かるように、エッジカード導電体トレース又はパッドの順序は、Ｇ−Ｓ−Ｇ−Ｓ−Ｇとなり、各信号パッドは２つの接地パッドによって挟まれている。

システムの全キャパシタンスを得るには、エッジカードコネクタ端子及び支持マザーボードのキャパシタンスとともに、前述のキャパシタンスと、カードエッジに沿った他のすべての組の接点パッドのキャパシタンスを合計しなければならない。このキャパシタンスの値は、前に参照した一般的なインピーダンス式の分母であり、従って、相互接続システムのこの領域におけるインピーダンスを小さくする傾向がある。しかしながら、相互接続によるインピーダンスを、一定に、好ましくは１００〔オーム〕＋／−１０〔％〕にしてそれを維持することが望ましい。大きなインピーダンス「ディップ（dip ）」、すなわち、コネクタシステムの総インピーダンスの「低下（drop）」が生じることを恐れて、エッジカードコネクタのこのエッジカード・端子接続部分の領域においてインピーダンスを大幅に小さくすることは望ましくない。本発明は、この問題の解決策を提供する。

図２は、本発明の原理により構成された回路カード３０を示し、複数の接点パッド３４が、エッジカードの表面に配置され、挿入エッジ３２に沿って互いに離間されている。しかしながら、我々は、選択した接地接点パッド３４ｃを除去することにより、システムキャパシタンスが全体的に減少し、その結果、後で説明するように、特に端子の個別の「三つ組」（「triplets」又は「triads」）内でシステムのインピーダンスが高くなることを発見した。差動信号接点パッドの別個の組の間の接地接点パッド３４ｃを除去することによって、各差動信号ペアの接点パッド、すなわち、Ｓ１ＡとＳ１Ｂ、Ｓ２ＡとＳ２Ｂは、それらに関連する１つの接地接点パッドだけ、すなわち、それぞれＧ１とＧ２だけを備えている。従って、各信号チャネルに２つのキャパシタだけが形成され、このキャパシタは、図２に、信号ペアＳ１ＡとＳ１ＢについてはＣ１とＣ２、信号ペアＳ２ＡとＳ２ＢについてはＣ３とＣ４として示されている。

接点パッド３４は、同じピッチで維持されており、そのような接点パッドのグループは、図２に示したように、２ピッチ、すなわち、２Ｐと等しい距離だけ離されていることが好ましい。このようにして、本発明のシステムのコネクタシステムにおいては、接点パッド（及びコネクタ端子）の所望のピッチが維持される。このような接地接点パッドを除去することは、他の目的も果たす。第１に、接点パッドを、本明細書において端子「三つ組」と呼ばれる、各組が一対の差動信号接点パッドと１つの関連した接地接点パッドを含む３つの端子の別個の組に分ける。第２に、そのような各信号チャネル三つ組を互いに物理的（又は空間的）に分離する。また、この空間的な分離は、三つ組を互いに電気的に分離するとも考えられ、それにより、差動信号接点パッド３４ａ（Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ）が接地との間に有する電気的親和性の殆（ほとん）どは、関連した接地３４ｂ（Ｇ１）との間のものであり、別の信号チャネルの信号接点パッド又は接地接点パッドとの間のものではなくなる。そのような３つの端子の別個の組の各々が、回路カードの差し込みエッジにおいて差動信号伝送線を画定する。

図３は、本発明の原理により構成されたエッジカード４０の他の実施形態を示す。この実施形態では、エッジカード４０は、図示のように、わずかな傾斜４３を有しているであろう挿入エッジ４２を有する。この実施形態においては、接点パッド４４は、２つの差動信号接点パッド４４ａが関連した接地接点パッド４４ｂを挟む形態の三つ組で配列される。接点パッド４４の間隔は単一ピッチＰであり、隣り合った三つ組は、１ピッチよりも大きい距離、好ましくは約２ピッチ（２Ｐ）の距離だけ互いに離され、接地接点パッド４４ｂは、信号接点パッド４４ａとは異なる高さに配置されており、その結果、２つの異なる接点パッドの中心の間に垂直方向の間隔ができる。

図４は、プリント回路基板６１、コネクタ６２、及び、図３に示したタイプのエッジカード４０を含むコネクタシステム６０の全体を示す。コネクタ６２は、好ましくはプラスチックなどの絶縁性材料で形成された細長いハウジング６３を有し、ハウジングは個別の端子収容空洞６６内に複数の導電端子６４、６５を支持する。この端子収容空洞は、コネクタハウジング６３内の、ハウジング６３の両端６７の間で、かつ、端子収容空洞６６が形成された２つの側壁部分６８間で長手方向に延在するカード収容スロット６６の両側に配置されている。

ここで、コネクタ６２に注目すると、端子６４、６５の形状とサイズは従来通りでよく、その用途、すなわち、信号端子か接地端子かだけによって異なっている。そのような各端子は、基部５０と、この基部から下方に延びたテール部５１とを有する。また、端子６４、６５は、図１１に最もよく示されているように、コネクタハウジング６３の差し込み口又はスロット６９内に収容され係合する係合スタブ５３を含むことができる。各端子６４、６５は、端子基部５０から斜めに延在し、自由端で終わる片持ち式の接点アーム又はビーム５５と、コネクタハウジングのカード収容スロット６６内に部分的に延在し、図１１に示したようにエッジカードが差し込まれたときに後方に撓（たわ）む接触部５７とを含む。端子の構成は単なる例として示され、他の形状の端子を使用できることを理解されよう。

前述した三つ組の概念により、端子６４、６５も、互いに離間された別個の信号チャネル（又は、伝送線）の組を構成するように配列されている。１つの実施形態においては、図５に示したように、コネクタハウジング６３は、完全な組の端子収容空洞６６を有するが、空洞のうちの選択された空洞には、端子が挿入されていない。そのような空洞は、図５では、「Ｖ」によって空（vacant）として示される。従って、各信号チャネルＳＣＨ１、ＳＣＨ２などは、約２ピッチ（２Ｐ）と等しい介在スペースだけ、隣りの信号チャネルから離されている。信号チャネルは、エッジカード接点パッドのパターンと一致するように、２つの差動信号端子Ｓが関連した接地端子Ｇを挟み込む独特な形で配列されている。この配置によって、各信号チャネルと関連したキャパシタンスは、空の端子収容空洞に接地端子が挿入された場合に得られる４つのキャパシタンスではなく、関連した接地端子に対する差動信号端子の親和性から得られる２つのキャパシタンスだけに減少する。この実施形態により、端子をスペース−信号−接地−信号のパターンで挿入するだけでよく、それらの間のスペース「Ｖ」が空のまま残されるので、標準のコネクタハウジングによって本発明を実施することが可能になる。従って、端子を新規な三つ組Ｓ−Ｇ−Ｓ配列で選択的に挿入するか縫い込む（stitching ）ことによって、従来のコネクタハウジングを、本発明の端子配列を受け入れるように修正することができる。

図６は、本発明の原理により構成されたコネクタの他の実施形態を示す。この実施形態７０においては、コネクタハウジング７１には、一つの信号チャネルの組に対して３つの端子収容空洞７２が形成されている。このタイプの構造では、三つ組の間の介在スペースに充填するコネクタハウジング材料７５が、三つ組を互いに電気的に絶縁するのを支援する。前述のように、隣り合った端子三つ組の間隔は、約２ピッチの距離であることが好ましいが、この間隔は、コネクタに要求される性能によって異なる。端子三つ組は、図では、コネクタのカード収容スロットの両側に互いに位置合わせされているように示されているが、これらの三つ組が、互い違いに配置されていてもよいことは分るであろう。

また、本発明は、従来のエッジカードコネクタのフットプリントレイアウトと比べて、独特な回路基板（マザーボード）のフットプリントレイアウトを意図している。そのような従来のレイアウトを図７に示し、回路基板８０は、複数のビア８１を有し、このビア８１は、一般にめっきされ、回路基板８０を厚さ方向に貫通しており、コネクタの端子のテール部を収容する。ビアは、コネクタの仮想中心線「Ｃ」の両側に配列されており、仮想中心線「Ｃ」は、コネクタの取り付けスタッド又はペグ（図示せず）を収容する基板の取り付け穴８２を位置決めする働きをする。これらのビアは、一般に、中心線Ｃの両側に、１ピッチ（Ｐ）の間隔で配列される。従来のビアパターンは、図７において、接地ビア８１ａが黒丸として示され、信号ビア８１ｂが白丸として示された、典型的な接地−信号−接地−信号などのパターンで示されている。

この従来の配列は、システムの全キャパシタンスを高め、これがシステムインピーダンスを低下させる傾向がある。そのようなシステム内の電流の殆どが、ビア内に収容された端子テール部によって運ばれるが、信号ビアがまだ電位を保持しており、また、接地ビアには電位がないので、これらのビアは、キャパシタとして働く傾向がある。電位を有さない接地ビアの隣りにある電位を有する信号ビアによって、キャパシタンスを有するキャパシタができる。このキャパシタンスは、システムインピーダンスの変化を大きくし、その調整を困難にする。

本発明の意図は、高速差動相互接続のシステムインピーダンスの制御性を高めることであり、従って、回路基板の本発明の扱いは、エッジカードの扱いと類似している。これにより、ビアに起因するある程度のキャパシタンスがなくなり、これは、本発明の１つの形態では、回路基板から選択したビアをなくすことによってなくなる。これは、図４に示した回路（マザー）基板のコネクタを取り付ける領域で行われ、この領域は、「送出（launch）」領域として知られ、回路基板の回路からの信号が、コネクタ内に「送出」され、またその逆に送出される。

図８は、本発明の原理による新規な構造を含む回路基板９０を示す。回路基板９０には、一対の取り付け穴９１が形成されており、その穴を仮想中心線「Ｃ」が通る。中心線Ｃの両側には、対応する差動信号端子と接地端子（図示せず）のテール部を収容するように適合された複数の導電ビア９３が形成されている。ビア又は終端トレース９３は、それぞれ一対の差動信号ビア９３ａと１つの関連した接地ビア９３ｂを含む（３つの）三つ組で配列されている。図に示したように、２つの差動信号ビア９３ａは、好ましくは長手方向の位置合わせ線に沿って互いに離間され、接地ビア９３ｂは、更に、差動信号ビア９３ａから横方向に離間されている。

信号ビア９３ａと接地ビア９３ｂは、介在スペースによって互いに横方向に離されているが、長手方向に、すなわち、中心線「Ｃ」と平行に見たとき、各接地ビア９３ｂは２つの関連した差動信号ビア９３ａの間にある。これらの３つの端子は、単一ピッチＰだけ互いに離されており、１つの三つ組の信号ビアは、図８の右下に示した２ピッチ間隔２Ｐのようなより大きな間隔だけ、隣り合った三つ組の信号端子から離されている。三つ組間のこの大きな隔離距離によって、この「送出」領域内のビアのシステムインピーダンスの増大とともに、システムの端子セットのビアのキャパシタンスの低下が達成された。図８の中央に示した３つの終端ビア９３ａ、９３ｂの配列で分かるように、各差動信号セットのビアは、三角パターンで配列されており、各差動信号ぺアセットのビアは、３つの仮想線で結んだ場合に、図８に「Ｔ」で示したような三角形の頂点にある。

図９は、各三つ組を構成するビア９３ａ、９３ｂ間の三角関係を示す。各三つ組のビアは、単一ピッチＰだけ離されているだけでなく、中心線Ｃに交わる方向に、距離又は間隔Ｌだけ離されている。接地ビア９３ｂは、（コネクタ中心線Ｃを横切る）Ｌと同じ方向において、２つの関連した信号ビア９３ａの間にあると見なすことができる。この距離を大きくすると、本発明のシステム全体のこの形態でのキャパシタンスの低下が更に強化され、コネクタシステムのインピーダンスが大きくなり、システムインピーダンスの大きな増減が減少する。

更に、インピーダンスを高める有利な効果は、選択した接地ビアを除去することによって達成されるが、我々は、回路基板接地平面に「アンチパッド（anti-pad）」と呼ぶものを使用することによって、より良好なインピーダンス制御を達成できることを発見した。これは、図１２に示されており、回路基板部分９０が示されており、回路基板部分９０は、内部接地又は基準平面９６を備えている。この基準平面９６は、図示のように、回路基板の本体部分の２つの外側基板層９５の間に形成されているが、当技術分野で知られているように本体部分の下面に形成されていてもよい。接地平面９６は、銅シート又は銅溶着物などの導電性材料層の使用によって形成され、回路基板の本体内に挟まれる。あるいは、接地平面は、回路基板の表面、一般に下面に設けてもよい。基板は、独特な三つ組パターンで形成され離間された一連のビア９３ａ、９３ｂを有する。各ビアは、ビアの垂直延び方向全体に亘（わた）って延在する関連付けられためっき領域９８を含む。信号ビア９３の領域において、信号ビア９３ａの少なくとも１つを取り囲む大きな「アンチパッド」、すなわち、開口又は空所９９を接地平面９６に形成するために、接地平面の一部分が除去されるが、アンチパッド９９は、好ましくは三つ組の両方の信号ビアを取り囲むように描かれている。このアンチパッド又は開口９９の外周は、差動信号ペアのビアを構成する、回路基板の「送出」領域内の各三つ組の２つの差動信号ビアを取り囲む。接地基準平面９６は、三つ組のビアのうちの接地ビアに接続され、従って、開口が、差動信号ビアと接地ビアの間のキャパシタンスを小さくし、それにより、回路基板の送出領域内のインピーダンスが増大する。

開口９９の形状は、図１２では円形のように見えるが、これは、特定の形状を代表するものでないことが分るであろう。この切り抜き、すなわち、「アンチパッド」の形状は、図１３に示したような卵形又はホッケーリンク型の形を採ることが好ましく、この形状は、そのような楕（だ）円及び卵形と関連した従来の長軸と短軸を有する。開口の形状は円形でもよい。この形態を含む本発明の回路基板は、それぞれのビア三つ組と関連したアンチパッドを含むことができる。

図１０は、図１１の断面図に示したような本発明の相互接続システムによって得られたインピーダンスプロファイルの、立上がり時間２００〔ピコ秒〕で得られたＴＤＲグラフである。グラフには、次のような異なるデータＡ〜Ｄが示されている。
Ａ＝コネクタテール部
Ｂ＝コネクタ接点アーム
Ｃ＝エッジカード接点パッド
Ｄ＝エッジカードの接地平面
インピーダンスプロファイル（図１０に太線で示したような）のピークと谷（点ＡとＢ又は点ＣとＤ）の間の垂直距離は、約７〔オーム〕であり、このシステムが、所望の１００〔オーム〕＋／−１０〔％〕のインピーダンスを達成することが分かる。このグラフから、本発明によってシステムのインピーダンスがどのように制御されたかが分かる。

本発明の好ましい実施形態を示し説明したが、当業者には、本発明の精神から逸脱することなく実施形態に変更と修正を行うことができ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義されることが分るであろう。

配置された導電トレースの配列を示す従来のエッジカードの差し込みエッジの拡大詳細概要図である。 配置された導電トレースの新規な配列を示す、本発明の原理により構成されたエッジカードの差し込みエッジの拡大詳細概要図である。 本発明のエッジカードの他の実施形態の拡大詳細概要図である。 本発明の原理により構成された改良されたエッジカードコネクタシステムの分解斜視図である。 エッジカードコネクタ内の端子の配列を示す図４のコネクタの上面概要図である。 コネクタハウジング内の適所に隣り合った各組の三つ組端子間の間隔が成形されている代替コネクタの上面概要図である。 接地−信号−接地−信号−接地などの端子配列を使用する従来のコネクタ内のフットプリントを示す従来の回路基板の一部分の上面詳細図である。 新規な信号−接地−信号の三つ組ビアのフットプリント配列を示す、本発明の原理により構成された回路基板の一部分の上面詳細図である。 図８の回路基板の一部分の拡大詳細部分断面図である。 コネクタシステムの様々なデータをＡ〜Ｄで示した、信号−接地−信号の三つ組端子を使用するエッジカードコネクタ及び現在の基板システムのインピーダンスを示すグラフである。 データＡ〜Ｄを示した図１０のコネクタシステムの断面図である。 関連した接地平面の一部分の除去を示す回路基板部分の部分的に断面した拡大詳細断面図である。 非円形の接地平面の穴を示している他は図１２と同じ図である。

Claims (14)

1. 差動信号エッジカードコネクタ（６２）と結合する結合領域内にインピーダンスを制御された領域が画定されている回路基板（９０）であって、前記エッジカードコネクタ（６２）がそこから延在して回路基板（９０）上の導電トレースと結合する複数の導電ピン（６４、６５）を含み、該導電ピン（６４、６５）は各々が３つの導電ピンから成る個別の組を構成するように配列され、各組が一対の差動信号導電ピン（６４）と該一対の差動信号導電ピン（６４）と関連付けられた１つの接地導電ピン（６５）とを含み、３つの導電ピン（６４、６５）が３つの結合ピンから成る組を画定し、前記回路基板（９０）は一対の差動信号導電トレース（９３ａ）及びそれと関連付けられた単一の接地導電トレース（９３ｂ）を有し、接地導電トレース（９３ｂ）及び差動信号導電トレース（９３ａ）が、前記コネクタ（６２）の結合ピンと結合する３つの導電トレースから成る組を構成するように配列され、
   前記差動信号導電トレース（９３ａ）が前記コネクタ（６２）の回路基板（９０）への接続端が延在する方向である第１の方向に互いに離間され、前記３つの導電トレースから成る組における前記単一の接地導電トレース（９３ｂ）が、前記差動信号導電トレース（９３ａ）から、前記第１の方向と異なり、かつ、第１の方向から角度的にオフセットした第２の方向に離間されており、これにより、前記３つの導電トレースから成る組における差動信号導電トレース（９３ａ）と接地導電トレース（９３ｂ）とが三角形状に配列され、前記３つの導電トレースから成る組の導電トレースを相互に結ぶ仮想的直線によって形成される仮想三角形の各頂点に前記導電トレースが位置し、差動信号導電トレース（９３ａ）が位置する頂点の１つと接地導電トレース（９３ｂ）が位置する頂点とを結ぶ仮想的直線は、差動信号導電トレース（９３ａ）が位置する頂点同士を結ぶ仮想的直線よりも長いことを特徴とする回路基板（９０）。
2. 前記導電トレース（９３ａ、９３ｂ）が、前記回路基板（９０）を貫通する導電ビアを含む、請求項１に記載の回路基板。
3. 前記導電トレース（９３ａ、９３ｂ）から離間された導電基準平面（９６）を更に含み、該導電基準平面（９６）には少なくとも１つの開口（９９）が形成され、前記３つの導電トレースから成る組における導電トレース（９３ａ、９３ｂ）の一対の差動信号導電トレースが前記開口（９９）の周縁に取り囲まれるように、導電基準平面の１つの開口（９９）が導電トレース（９３ａ、９３ｂ）の一対の差動信号導電トレースと位置合わせされている、請求項１に記載の回路基板。
4. 前記導電基準平面の開口（９９）が円形の開口である、請求項３に記載の回路基板。
5. 前記導電基準平面の開口（９９）が非円形の開口である、請求項３に記載の回路基板。
6. 前記接地導電トレース（９３ｂ）が前記導電基準平面（９６）に接続されている、請求項３に記載の回路基板。
7. 回路基板の導電トレースのパターンの仮想中心線Ｃであって前記コネクタ（６２）の幅方向両端の間において前記コネクタ（６２）の回路基板（９０）への接続端が延在する方向に延在する仮想中心線Ｃの両側の位置に長手方向に配列された３つの導電トレース（９３ａ、９３ｂ）から成る組を複数組更に含む、請求項１に記載の回路基板。
8. 前記回路基板（９０）内で関連付けられた導電基準平面（９６）を更に含み、該導電基準平面（９６）には複数の非導電性の開口（９９）が形成され、各非導電性の開口（９９）が前記３つの導電トレースから成る組のうちの１つと関連付けられるとともに位置合わせされ、これにより、導電トレース（９３ａ、９３ｂ）の一対の差動信号導電トレースが前記非導電性の開口（９９）のうちの関連付けられた開口の周縁内に位置している、請求項７に記載の回路基板。
9. 前記導電トレース（９３ａ、９３ｂ）の各々が前記回路基板（９０）を貫通するめっきビアを含み、該めっきビアが前記導電基準平面（９６）と接触している、請求項８に記載の回路基板。
10. 前記非導電性の開口（９９）が円形の形状を有する、請求項８に記載の回路基板。
11. 差動信号エッジカードコネクタ（６２）と結合する結合領域内にインピーダンスを制御された領域が画定されている回路基板（９０）であって、前記エッジカードコネクタ（６２）がそこから延在して回路基板（９０）上の導電トレースと結合する複数の導電ピン（６４、６５）を含み、該導電ピン（６４、６５）は各々が３つの導電ピンから成る個別の組を構成するように配列され、各組が一対の差動信号導電ピン（６４）と該一対の差動信号導電ピン（６４）と関連付けられた１つの接地導電ピン（６５）とを含み、３つの導電ピン（６４、６５）が３つの結合ピンの三角形状配列を画定し、前記回路基板（９０）は該回路基板（９０）に形成された一対の差動信号導電ビア（９３ａ）及び単一の接地導電ビア（９３ｂ）を更に有し、接地導電ビア（９３ｂ）及び差動信号導電ビア（９３ａ）が、前記コネクタの結合ピン（６４、６５）の三角形状配列と結合する導電ビア（９３）の三角形状配列を画定し、
    前記差動信号導電ビア（９３ａ）が前記コネクタ（６２）の回路基板（９０）への接続端が延在する方向である第１の方向に互いに離間され、前記導電ビアの三角形状配列における前記単一の接地導電ビア（９３ｂ）が前記差動信号導電ビア（９３ａ）から、前記第１の方向と異なる第２の方向であって差動信号導電ビア（９３ａ）の１つとそれに対応する接地導電ビア（９３ｂ）との間の距離が差動信号導電ビア（９３ａ）間の距離よりも長くなる方向に離間され、前記回路基板（９０）が該回路基板の表面から離間された導電基準平面（９６）を更に含み、該導電基準平面（９６）には少なくとも１つの非導電性の開口（９９）が形成されており、導電基準平面の少なくとも１つの非導電性の開口（９９）が前記差動信号導電ビア（９３ａ）と位置合わせされ、これにより、前記導電ビアの三角形状配列における前記差動信号導電ビア（９３ａ）が前記少なくとも１つの開口（９９）の周縁に取り囲まれていることを特徴とする回路基板（９０）。
12. 前記差動信号導電ビア（９３ａ）及び接地導電ビア（９３ｂ）の各々が導電性材料でめっきされるとともに前記回路基板（９０）を貫通し、前記接地導電ビア（９３ｂ）が前記導電基準平面（９６）と接触する、請求項１１に記載の回路基板。
13. 前記非導電性の開口（９９）が円形の形状を有する、請求項１１に記載の回路基板。
14. 前記非導電性の開口（９９）が非円形の形状を有する、請求項１１に記載の回路基板。

Images