JP4857477B2

JP4857477B2 - 位相調整基板

Info

Publication number: JP4857477B2
Application number: JP2001076116A
Authority: JP
Inventors: 義弘立岩
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2002280804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板の信号配線を伝送する信号の位相を調整する場合等に使用して好適な位相調整基板に関する。
【０００２】
たとえば、比誘電率１０の誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路での伝送信号の波長は、周波数が１０ＭＨｚの場合には約９.５ｍ、１０ＧＨｚの場合には約９.５ｍｍ、４０ＧＨｚの場合には約２.３７ｍｍとなる。
【０００３】
したがって、伝送信号の周波数が１０ＧＨｚ程度であれば、回路基板に実装したＩＣの位置ズレや回路基板の接続部分の位置ズレ等により信号配線長に設計値からのズレがあったとしても、ＩＣの動作に影響を与えることはないが、伝送信号が４０ＧＨｚ程度の高周波になると、信号配線長の設計値からのズレがＩＣの動作に大きな影響を与えることになる。
【０００４】
たとえば、差動信号を与えるＩＣを実装した回路基板においては、差動信号配線の長さにバラツキがあると、ＩＣに与える差動信号の対称性が悪化してＩＣの差動動作に大きな影響を与えてしまう。このような場合には、差動信号の位相調整を行い、ＩＣに対称性の良い差動信号を与えるようにする必要がある。
【０００５】
また、クロックにより同期動作を行う複数のＩＣを実装した回路基板においては、クロック配線の長さに設計値からのズレがあると、ＩＣに与えるクロックに位相のバラツキが発生することになり、ＩＣの同期動作に大きな影響を与えてしまう。このような場合には、クロックの位相調整を行い、全てのＩＣに同期の取れたクロックを与えるようにする必要がある。
【０００６】
【従来の技術】
従来、回路基板の信号配線を伝送する信号の位相調整方法として、回路基板に実装するＩＣ内に位相調整回路を設ける方法と、信号配線長を調整する機構を設ける方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＣ内に位相調整回路を設ける方法は、半導体のｐｎ接合容量を利用するものであり、広帯域に調整することが難しく、主として発振器等の狭帯域回路で使用されている。
【０００８】
また、回路基板においては、伝送信号の波長が短くなると、高次の伝搬モードが立ちやすく、損失が極めて大きくなったり、不要な共振を起こしたりといった問題が生じてしまう。このため、信号配線長を調整する機構を設ける方法では、構造設計及び制御が非常に困難であるという問題点があった。
【０００９】
また、回路基板においては、周波数が高くなるほど損失が大きくなるため、信号配線長を極力短くする必要があるが、部品レイアウトの制限から伝送信号の位相調整手段を設ける必要がある場合、信号配線長を調整する機構を設ける方法では、信号配線を引き回すためのスペースを設ける必要があるために、さらに信号配線が伸びてしまうと共に、信号配線間のクロストークも起きやすくなるため、設計が難しくなるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑み、広帯域に調整することができ、しかも、回路基板の設計の容易化と、回路基板の小型化と、高次伝搬モードの結合による損失の回避を図ることができるようにした位相調整基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の位相調整基板は、誘電率の異なる第１、第２の誘電体基板を水平に配置して成り、第１、第２の誘電体基板の水平面の形状は、第１、第２の誘電体基板を横断する位置を変えると、第１、第２の誘電体基板を横断する割合を変えることができる形状とされているというものである。
【００１２】
本発明の位相調整基板は、回路基板の信号配線が第１、第２の誘電体基板を横断するように、かつ、横断する割合を可変できるように回路基板に配置して使用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を参照して、本発明の第１実施形態〜第３実施形態について説明する。
【００１４】
（第１実施形態・・図１〜図４）
図１は本発明の第１実施形態を示す図であり、図１Ａは概略的斜視図、図１Ｂは概略的平面図、図１Ｃは図１ＢのＸ１−Ｘ１線に沿った概略的断面図である。図１中、１は誘電率が相対的に高い高誘電率基板、２は誘電率が相対的に低く、かつ、厚みが高誘電率基板１よりも薄い低誘電率基板、３は金属ベースであり、本発明の第１実施形態は、厚みが相対的に厚い三角板状の高誘電率基板１と厚みが相対的に薄い三角板状の低誘電率基板２とを上面が水平かつ四角形となるように（面一となるように）配置することができる金属ベース３に高誘電率基板１と低誘電率基板２とを上面が水平かつ四角形になるように（面一となるように）張り合わせたものである。
【００１５】
図２は本発明の第１実施形態の第１使用方法を説明するための概略的斜視図である。図２中、４は本発明の第１実施形態、５は回路基板の一部分、６は回路基板５の信号配線を示しており、本発明の第１実施形態の第１使用方法は、図２Ａに示すように、本発明の第１実施形態４を、金属ベース３を上側とし、図２Ｂに示すように、信号配線６が高誘電率基板１と低誘電率基板２を横断するように、かつ、矢印Ｘ２、Ｘ３の方向に水平に移動可能に回路基板５に重ねて使用するというものである。図２Ｂ〜図２Ｄでは、本発明の第１実施形態４の厚みは、図示を省略している。
【００１６】
ここで、図２Ｃに示すように、本発明の第１実施形態４を矢印Ｘ２の方向に移動すると、信号配線６が高誘電率基板１を横断する割合が小さくなるので、信号配線６を伝送する信号の位相を遅らせることができる。これに対して、図２Ｄに示すように、本発明の第１実施形態４を矢印Ｘ３の方向に移動すると、信号配線６が高誘電率基板１を横断する割合が大きくなるので、信号配線６を伝送する信号の位相を進ませることができる。
【００１７】
本発明の第１実施形態４においては、高誘電率基板１と低誘電率基板２を横断する信号配線６の幅を一定としても、信号配線６のインピーダンス整合が取れるように高誘電率基板１と低誘電率基板２の厚さが決定されている。
【００１８】
また、本発明の第１実施形態４においては、金属ベース３を有するようにし、信号配線６を伝送する信号による電磁界が高誘電率基板１及び低誘電率基板２を通る割合を大きくし、位相調整の効率化を図っているが、信号配線６を伝送する信号による電磁界が高誘電率基板１及び低誘電率基板２を通る割合を更に大きくするためには、回路基板５の誘電率が低い方が望ましく、電波吸収材上に信号配線６を形成するようにしても良い。
【００１９】
図３は本発明の第１実施形態４の第２使用方法を説明するための概略的斜視図である。本発明の第１実施形態４の第２使用方法は、図３Ｂに示すように、本発明の第１実施形態４を、金属ベース３を下側とし、信号配線６が高誘電率基板１と低誘電率基板２を横断するように、かつ、矢印Ｘ２、Ｘ３の方向に水平に移動可能に回路基板５の裏側（信号配線６が形成されていない側）に重ねて使用するというものである。なお、本発明の第１実施形態４の第２使用方法の場合には、本発明の第１実施形態４を水平方向に移動させる回路基板部分には接地導体を形成しないようにし、信号配線６を伝送する信号の電磁界が高誘電率基板１及び低誘電率基板２を通過するようにする。
【００２０】
ここで、図３Ｃに示すように、本発明の第１実施形態４を矢印Ｘ３の方向に移動すると、信号配線６が高誘電率基板１を横断する割合が小さくなるので、信号配線６を伝送する信号の位相を遅らせることができる。これに対して、図３Ｄに示すように、本発明の第１実施形態４を矢印Ｘ２の方向に移動すると、信号配線６が高誘電率基板１を横断する割合が大きくなるので、信号配線６を伝送する信号の位相を進ませることができる。
【００２１】
図４は本発明の第１実施形態４の使用例を示す概略的平面図である。図４中、７は回路基板、８、９はＩＣ、１０はデータ入力端子、１１〜１３はデータ用配線、１４はデータ出力端子、１５はクロック入力端子、１６〜２０はクロック用配線、２１、２２はクロック分配器、２３はクロック出力端子、２４〜２６は本発明の第１実施形態４を図２に示す第１使用方法に従って移動可能に装着した位相調整装置である。
【００２２】
この使用例においては、位相調整装置２４によりＩＣ８に与えるクロックの位相調整を行うことができ、位相調整装置２５によりＩＣ９に与えるクロックの位相調整を行うことができるので、同期ズレによるＩＣ８、９の誤動作を回避することができる。また、位相調整装置２６によりデータ信号とクロックとを同期させた状態で出力することができるため、回路基板７を備えるモジュールの後段に接続するモジュールの誤動作を低減することができる。なお、位相調整装置２４〜２６を回路基板７の裏側（信号配線が形成されていない面）に設置する場合には、回路基板７の表側（信号配線が形成されている面）を有効に使用することができる。
【００２３】
以上のように、本発明の第１実施形態４によれば、信号配線が高誘電率基板１を横断する割合を調整することにより、信号配線を伝送する信号の位相調整を行うことができるので、広帯域に調整することができる。また、信号配線を直線に引いたまま自由に位相調整を行うことができ、信号配線の引き回しの自由度が拡大するので、回路基板の設計の容易化と、回路基板の小型化と、高次伝搬モードの結合による損失の回避を図ることができる。
【００２４】
（第２実施形態・・図５）
図５は本発明の第２実施形態を示す図であり、図５Ａは概略的斜視図、図５Ｂは概略的平面図、図５Ｃは図５ＢのＸ４−Ｘ４線に沿った概略的断面図である。本発明の第２実施形態は、高誘電率基板１と低誘電率基板２の接続部分ではインダクタンス成分が大きくなることから、高誘電率基板１と低誘電率基板２の接続部分の形状を容量成分が大きくなるような形状にして信号配線のインピーダンス整合を図るようにし、その他については、本発明の第１実施形態と同様に構成したものである。
【００２５】
本発明の第２実施形態によれば、本発明の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができると共に、高誘電率基板１と低誘電率基板２を横断する信号配線のインピーダンス整合を本発明の第１実施形態の場合よりも精度高く取ることができる。
【００２６】
（第３実施形態・・図６〜図１０）
図６は本発明の第３実施形態の概略的斜視図である。図６中、２７は誘電率が相対的に高い高誘電率基板、２８は誘電率が相対的に低く、かつ、厚みが高誘電率基板２７よりも薄い低誘電率基板、２９は金属ベースであり、本発明の第３実施形態は、厚みが相対的に厚い半円板状の高誘電率基板２７と厚みが相対的に薄い半円板状の低誘電率基板２８とを上面が水平かつ円形となるように（面一となるように）配置することができる金属ベース２９に高誘電率基板２７と低誘電率基板２８とを上面が水平かつ円形となるように（面一となるように）張り合わせたものである。
【００２７】
図７は本発明の第３実施形態の第１使用方法を説明するための概略的斜視図である。図７Ａ中、３０は本発明の第３実施形態、３１は回路基板の一部分、３２は回路基板３１の信号配線を示しており、本発明の第３実施形態の第１使用方法は、図７Ｂに示すように、本発明の第３実施形態３０を、金属ベース２９を上側とし、信号配線３２が本発明の第３実施形態３０の中央部を避けるようにして高誘電率基板２７と低誘電率基板２８を横断するように、かつ、矢印Ｘ５、Ｘ６の方向に水平回転可能に回路基板３１に重ねて使用するというものである。図７Ｃ、図７Ｄでは、本発明の第３実施形態３０の厚みは、図示を省略している。
【００２８】
ここで、図７Ｃに示すように、本発明の第３実施形態３０を矢印Ｘ５の方向に回転すると、信号配線３２が高誘電率基板２７を横断する割合が小さくなるので、信号配線３２を伝送する信号の位相を遅らせることができる。これに対して、図７Ｄに示すように、本発明の第３実施形態３０を矢印Ｘ６の方向に回転すると、信号配線３２が高誘電率基板２７を横断する割合が大きくなるので、信号配線３２を伝送する信号の位相を進ませることができる。
【００２９】
本発明の第３実施形態３０においては、高誘電率基板２７と低誘電率基板２８を横断する信号配線３２の幅を一定としても、信号配線３２のインピーダンス整合が取れるように、高誘電率基板２７と低誘電率基板２８の厚さが決定されている。
【００３０】
また、本発明の第３実施形態３０においては、金属ベース２９を有するようにし、信号配線３２を伝送する信号による電磁界が高誘電率基板２７及び低誘電率基板２８を通る割合を大きくし、位相調整の効率化を図っているが、信号配線３２を伝送する信号による電磁界が高誘電率基板２７及び低誘電率基板２８を通る割合を更に大きくするためには、回路基板３１の誘電率が低い方が望ましく、電波吸収材上に信号配線３２を形成するようにしても良い。
【００３１】
なお、本発明の第３実施形態３０を回路基板３１の裏側（信号配線３２が形成されていない側）に重ねるようにして使用することもできる。但し、この場合には、本発明の第３実施形態３０を重ねる回路基板部分には接地導体を形成しないようにし、信号配線３２を伝送する信号の電磁界が高誘電率基板２９及び低誘電率基板２８を通過するようにする。また、高誘電率基板２７と低誘電率基板２８の接続部分ではインダクタンス成分が大きくなることから、本発明の第２実施形態のように、高誘電率基板２７と低誘電率基板２８の接続部分の形状を容量成分が大きくなるような形状にして信号配線３２のインピーダンス整合の高精度化を図るようにしても良い。
【００３２】
図８は本発明の第３実施形態３０の第２使用方法を説明するための概略的斜視図であり、本発明の第３実施形態３０の第２使用方法は、本発明の第３実施形態３０を差動信号の位相調整に使用する場合である。図８中、３３は正相信号配線、３４は逆相信号配線である。
【００３３】
本発明の第３実施形態３０の第２使用方法は、図８Ｂに示すように、金属ベース２９を上側とし、正相信号配線３３及び逆相信号配線３４が本発明の第３実施形態３０の中央部を避けるようにして高誘電率基板２７と低誘電率基板２８を横断するように、かつ、矢印Ｘ５、Ｘ６の方向に水平回転可能に回路基板３１に重ねて使用するというものである。図８Ｃ、図８Ｄでは、本発明の第３実施形態３０の厚みは、図示を省略している。
【００３４】
ここで、図８Ｃに示すように、本発明の第３実施形態３０を矢印Ｘ５の方向に回転すると、正相信号配線３３が高誘電率基板２７を横断する割合が小さくなるので、正相信号配線３３を伝送する正相信号の位相を遅らせることができると共に、逆相信号配線３４が高誘電率基板２７を横断する割合が大きくなるので、逆相信号配線３４を伝送する逆相信号の位相を進ませることができる。
【００３５】
これに対して、図８Ｄに示すように、本発明の第３実施形態３０を矢印Ｘ６の方向に回転させると、正相信号配線３３が高誘電率基板２７を横断する割合が大きくなるので、正相信号配線３３を伝送する正相信号の位相を進ませることができると共に、逆相信号配線３４が高誘電率基板２７を横断する割合が小さくなるので、逆相信号配線３４を伝送する逆相信号の位相を遅らせることができる。
【００３６】
図９は本発明の第３実施形態３０の第１使用例を示す概略的平面図である。本発明の第３実施形態の第１使用例は、図４に示す回路基板７に対して、位相調整装置２４〜２６の代わりに、本発明の第３実施形態３０を回転可能に装着した位相調整装置３５〜３７を図７に示す第１使用方法を実行することができるように設けたものである。
【００３７】
本発明の第３実施形態３０の第１使用例においては、位相調整装置３５によりＩＣ８に与えるクロックの位相調整を行うことができ、位相調整装置３６によりＩＣ９に与えるクロックの位相調整を行うことができるので、同期ズレによるＩＣ８、９の誤動作を回避することができる。また、位相調整装置３７によりデータ信号とクロックとを同期させた状態で出力することができるため、回路基板７を備えるモジュールの後段に接続するモジュールの誤動作を低減することができる。なお、位相調整装置３５〜３７を回路基板７の裏側（信号配線が形成されていない面）に設置する場合には、回路基板７の表側（信号配線が形成されている面）を有効に使用することができる。
【００３８】
図１０は本発明の第３実施形態３０の第２使用例を示す概略的平面図である。
図１０中、３８は回路基板、３９、４０はＩＣ、４１は正相信号入力端子、４２は逆相信号入力端子、４３〜４５は正相信号配線、４６〜４８は逆相信号配線、４９は正相信号出力端子、５０は逆相信号出力端子、５１〜５３は本発明の第３実施形態３０を回転可能に装着し、本発明の第３実施形態３０の第２使用方法を実行することができるように設けられた位相調整装置である。
【００３９】
本発明の第３実施形態３０の第２使用例においては、位相調整装置５１によりＩＣ３９に与える差動信号の位相調整を行うことができ、位相調整装置５２によりＩＣ４０に与える差動信号の位相調整を行うことができるので、差動信号の位相ズレによるＩＣ３９、４０の誤動作を回避することができる。また、位相調整装置５３により、回路基板３８を備えるモジュールの後段に接続するモジュールに与える差動信号の位相調整を行うことができ、後段に接続するモジュールの誤動作を低減することができる。
【００４０】
以上のように、本発明の第３実施形態３０によれば、信号配線が高誘電率基板２７を横断する割合を調整することにより、信号配線を伝送する信号の位相調整を行うことができるので、広帯域に調整することができ、また、特に、差動信号の位相調整を行う場合に効率的な位相調整を行うことができる。また、信号配線を直線に引いたまま自由に位相調整を行うことができ、信号配線の引き回しの自由度が拡大するので、回路基板の設計の容易化と、回路基板の小型化と、高次伝搬モードの結合による損失の回避を図ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の位相調整基板によれば、信号配線が第１の誘電体基板を横断する割合と第２の誘電体基板を横断する割合を調整することにより、信号配線を伝送する信号の位相調整を行うことができるので、広帯域に調整することができる。また、信号配線を直線に引いたまま自由に位相調整が可能であり、信号配線自身の引き回しの自由度が拡大するので、回路基板の小型化と、高次伝搬モードの結合による損失の回避を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の第１使用方法を説明するための概略的斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の第２使用方法を説明するための概略的斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の使用例を示す概略的平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す概略的斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態の第１使用方法を説明するための概略的斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態の第２使用方法を説明するための概略的斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態の第１使用例を示す概略的平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の第２使用例を示す概略的平面図である。
【符号の説明】
１０データ入力端子
１１〜１３データ用配線
１４データ出力端子
１５クロック入力端子
１６〜２０クロック用配線
２１、２２クロック分配器
２３クロック出力端子
２４〜２６位相調整装置
３５〜３７位相調整装置
４１正相信号入力端子
４２逆相信号入力端子
４３〜４５正相信号用配線
４６〜４８逆相信号用配線
４９正相信号出力端子
５０逆相信号出力端子
５１〜５３位相調整装置

Claims

誘電率の異なる第１、第２の誘電体基板を、信号配線を横断させる面が面一となり、前記信号配線を横断させる面の裏面が金属ベース側に配置されるように金属ベースに固定して成り、
前記第１、第２の誘電体基板の前記信号配線を横断させる面の形状は、前記第１、第２の誘電体基板を横断する前記信号配線の前記第１、第２の誘電体基板に対する横断位置を変えると、前記信号配線が前記第１、第２の誘電体基板を横断する割合を変えることができる形状とされ、
前記第１の誘電体基板の前記第２の誘電体基板との接続部分の厚さを、前記第１の誘電体基板の前記第２の誘電体基板との接続部分以外の部分の厚さよりも薄くし、前記第２の誘電体基板の前記第１の誘電体基板との接続部分の厚さを、前記第２の誘電体基板の前記第１の誘電体基板との接続部分以外の部分の厚さよりも薄くし、前記信号配線の幅を一定としても、前記信号配線のインピーダンス整合を図ることができるようにされていること
を特徴とする位相調整基板。