JP5466557B2

JP5466557B2 - 差動配線を備えるプリント配線板

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Publication number: JP5466557B2
Application number: JP2010074131A
Authority: JP
Inventors: 純一齋藤
Original assignee: 日本シイエムケイ株式会社
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011210760A

Description

本発明はプリント配線板、特に差動配線を備えたプリント配線板に関する。

１本の配線で信号を伝送し、その基準をＧＮＤとするシングル伝送（非平衡伝送、或いは、不平衡伝送）に対し、２本の近接する平行配線に、２つの同一波形信号の一方を反転させた２信号を、当該平行する配線の各々に入力し、互いに他方の配線を基準として伝送し、伝送路終端で当該２信号の差を取る方式の差動伝送（平衡伝送）は、その構成から、信号／基準の比をシングル伝送の２倍とすることで、信号伝送品質を高めている。

ここで、当該２信号の差を取った後に、基準の電位が変化せず、伝送時の信号が正確に復元される為には、伝送路終端で差を取った時の２信号のタイミングが重要と成る。
通常、当該２信号は基準クロックにより同期が取れているので、同じタイミングで伝送路に入力された信号は、伝送路の長さが等しければ同じタイミングで終端に到達する。
つまり、差動伝送路では双配線の配線長を等しくすることが非常に重要であり、配線長の差を生み出す要因を極力少なくする必要が有る。
従って、差動伝送路の双配線は可能な限り短くし、且つ、屈曲部を持たない直線のみの構成とすることが望ましい。

しかし、製品の高機能化／高性能化と共に小型化／薄型化の要求も加速する昨今では、設計都合により差動伝送路の途中で屈曲部を持たせ進行方向を変えざるを得ない場合も発生する。

図６に示すように、差動伝送路の途中に屈曲部を持たせた場合、曲げた双配線Ｓ６の内側線Ｓ６ｉｎと外側線Ｓ６ｏｕｔで配線長差ΔＬ６が生じ、伝送路終端で差を取った時の２信号のタイミングがずれ、信号伝送品質が劣化する。
そこで、差動伝送路の途中に屈曲部を持たせた場合の品質劣化を抑える手段として、双配線の実質的な配線長を合せる為に層間接続ビアや貫通スルーホールを用いて迂回路を形成する方法（例えば特許文献１）や、差動配線層に近接した絶縁層の誘電率を双配線の一方の配線領域のみ変えて双配線のインピーダンス特性を調整し相互の遅延時間を合せる方法（例えば特許文献２）等が知られている。

ところが、前者は、層間接続を利用することによる直接的な設計自由度の低下に加え、伝送線路が平面的な回路配線とは異なる反射や損失特性を有する層間接続を介す為、当該層間接続により発生する反射や放射によって遅延時間や位相ずれが複雑と成り、更に設計が煩雑に成ると共に、変動要素が格段に増加して信号伝送品質の維持が極端に難しく成る。
又、後者は、異なる誘電率を得る為に、絶縁層を多段に加える為の工程が加わり、通常高速信号を扱う差動伝送路のような微細配線に於いて適切且つ正確に製造することが難しい上、製品単価の増加を伴うことと成る。

そこで、図７に示すように、層間接続や誘電率の変更といった手段を用いずに、配線のレイアウト変更のみで双配線の配線長を等しくする手法として、一般的に「メアンダ」といわれる矩形波形状の配線による迂回路Ｓｍｅａ７を、曲げた双配線Ｓ７の内側線（屈曲部により相対的に配線長が短い方の線）Ｓ７ｉｎの任意の位置に設け、双配線Ｓ７の実質的な配線長を合せる方法（例えば特許文献３）が用いられている。

ところが、この場合、メアンダを設けることで双配線の配線長を合せることは出来るが、メアンダを設けた内側線の配線自体が屈曲部する為、他方の配線(外側線)との間隔がメアンダの間隔毎に変化し差動信号の結合に粗密の変化が発生すると共に、メアンダを有する内側線を流れる信号が双配線の進行方向に対して垂直の配線領域を通過する際は外側線との結合が完全に切れてしまう為、差動インピーダンスの変化が発生すると共に耐ノイズ性が低下し、信号伝送品質が劣化するという問題があった。

特開２００７−２８７７５０号公報特開２００５−１７５０７８号公報特開２００３−１５２２９０号公報

本発明は、前述の問題と実状に鑑みて成されたもので、差動配線を備えたプリント配線板に関して、差動配線が配線の途中で方向を変える場合でも、大掛りな設計変更をすること無く信号伝送品質の劣化を抑制したプリント配線板を提供することを課題とする。

請求項１に係る本発明は、近接する双配線を平行配置する差動配線を備えるプリント配線板に於いて、差動配線の少なくとも一対が配線の途中で進行方向を変える屈曲部を有すると共に、当該屈曲部を有する差動配線の屈曲部の内側と成る配線の少なくとも一部に、当該屈曲部の外側と成る配線から離れる方向に突起した凸型の配線パターンと当該屈曲部の外側と成る配線に近づく方向に突起した凹型の配線パターンとを、複数個組み合わせた配線パターンにより、当該屈曲部の内側と成る配線の配線長と、当該屈曲部の外側と成る配線の配線長を等しくする迂回路が形成され、当該屈曲部の前後各々で配置された凸型と凹型の配線パターンの数が偶数であり、且つ、凸型の配線パターンの数と、凹型の配線パターンの数が等しいことを特徴とするプリント配線板により上記課題を解決したものである。
これにより、層間接続や誘電率の変更といった手段を用いずに、配線のレイアウト変更のみで「双配線の実質的配線長差」と「双配線間結合の粗密変化による差動インピーダンスの変化の発生」を同時に抑制可能と成ると共に、迂回路に配置された凸型の配線パターンと凹型の配線パターンが微細に引き起こす「双配線間結合の粗密変化」を、差動配線の屈曲部の前後各々で相殺することが出来る為、差動配線の周囲の配線等との関係に伴う屈曲部による影響を加味すること無く、当該迂回路が配置可能と成る。

請求項２に係る本発明は、前記凸型の配線パターンと凹型の配線パターンが交互に配置されていることを特徴とする。
これにより、迂回路に配置された凸型の配線パターンと凹型の配線パターンが微細に引き起こす「双配線間結合の粗密変化」を最小限の時間で互いに相殺することが出来る。

請求項３に係る本発明は、前記凸型の配線パターン同士は全て同形・同大であると共に、凹型の配線パターン同士も全て同形・同大であり、且つ、凸型の配線パターンと凹型の配線パターンは互に対称形であることを特徴とする。
これにより、迂回路に配置する凸型の配線パターンと凹型の配線パターンの最適設計が容易に成る。

請求項４に係る本発明は、前記凸型の配線パターンと凹型の配線パターンは、何れも屈曲部において外側となる配線と平行な底辺を有する等脚台形形状であることを特徴とする。
これにより、内側線に迂回路として配置された凸型の配線パターンと凹型の配線パターンは、全ての領域で、外側となる配線に対して平行と成るベクトル成分を有する為、差動配線を通過する差動信号間の結合が切れることが無くなり、差動インピーダンスの変化と耐ノイズ性の低下による信号伝送品質劣化を抑制出来る。
請求項５に係る本発明は、前記凸型の配線パターンの屈曲仰角（α）と、前記凹型の配線パターンの屈曲俯角（β）が共に、屈曲部において外側となる配線の屈曲仰角（θ）と等しいことを特徴とする。
一般に、迂回路に凸型と凹型の配線パターンを配置すると、信号が凸型や凹型の配線パターンを１つ通過する毎に、配線の屈曲変化が必ず４回発生するが、当該凸型と凹型の配線パターンの上昇角度（仰角）及び下降角度（俯角）が、屈曲において外側となる配線の屈曲角度（仰角）と等しければ、たとえ当該４回の位相の変化時に僅かな差が生じても、元々の双配線の屈曲部による変化との差を最小限に抑えることが出来る。

本発明により得られた差動配線を備えたプリント配線板は、差動配線が配線の途中で方向を変える場合でも、大掛りな設計変更をすること無く信号伝送品質の劣化を抑制することが可能と成る。

本発明のプリント配線板の差動配線の一例を説明する為の概略構成図。図１の屈曲部を説明する為の拡大概略構成図。図１の迂回路（凸型と凹型の配線パターン）を説明する為の拡大概略構成図。本発明のプリント配線板の差動配線の他の一例を説明する為の拡大概略構成図。本発明のプリント配線板の差動配線の一例を計算機によるシミュレーションで検証した結果と当該検証に用いたシミュレーション用パターン図。従来のプリント配線板の差動配線を説明する為の概略構成図。従来の別のプリント配線板の差動配線を説明する為の概略構成図。

本発明は、屈曲部を有する差動配線に於いて、当該屈曲部による差動の「双配線の実質的配線長差」と「双配線間結合の粗密変化」を同時に抑制するものであり、本発明に用いる迂回路は、「双配線の実質的配線長差を埋める機能」と「双配線間結合の粗密変化を抑制する機能」の両機能を備えている必要がある。
ここで、当該迂回路を凸型と凹型の配線パターンを複数個組み合わせた集合体として考えると、設計都合上利便性が高い。

具体的な迂回路を考える際、先ず、「双配線の実質的配線長差を埋める機能」に関しては、一般的に、双配線の実質的配線長差が、双配線の扱う信号の８分の１波長分の長さ以上ずれると信号伝送品質の劣化が顕著と成る可能性がある為、「扱う信号の８分の１波長分」以下の長さでの調整が必要と成る。

又、「双配線間結合の粗密変化を抑制する機能」に関しては、前述の凸型と凹型の配線パターンを複数個組み合わせた集合体である迂回路（屈曲部の内側の配線）と、双配線の他方（屈曲部の外側の配線）で、当該迂回路の領域内に於いて「双配線間結合の粗密変化」が閉じており、且つ、当該迂回路の領域内に於いて、当該粗密の変化量が抑制されている必要が有る。

又、信号伝送品質の劣化を更に抑制する為に、「双配線間の結合が途切れることが無い」ようにするならば、双配線の外側の配線に対して内側の配線が直角に近付く又は直角に離れる状態を避ける必要があるので、前述の凸型と凹型の配線パターンは、直角未満の鋭角を有する「斜辺」と、外側の配線の進行方向に対して平行な「平行線」とを組み合わせた「等脚台形形状」、若しくはこれに類似する「外側の配線の進行方向に対して平行と成る配線を底辺に持つ多角形形状」であればより望ましい。

尚、ここでの「他方との結合が途切れることが無い配線パターン」とは、「外側の配線の進行方向に対して垂直と成る配線領域を持たない凸型と凹型の配線パターン」つまり「外側の配線の進行方向に対して、全ての領域で必ず平行なベクトル成分を含有する凸型と凹型の配線パターン」と言い換えることも出来る。

ところで、凸型と凹型の配線パターンを配置すると、当該配線パターンを通過する信号は、凸型と凹型の配線パターン１つを通過する毎に、上昇及び下降よる配線の屈曲変化が必ず４回発生する。
従って、当該凸型と凹型の配線パターンの上昇角度（仰角）及び下降角度（俯角）を、双配線の屈曲部において外側となる配線の屈曲角度（仰角）と等しくすれば、たとえ当該４回の位相の変化時に僅かな差が生じても、元々の双配線の屈曲部による変化との差を最小限に抑えることが出来る。

又、当該凸型と凹型の配線パターンの等脚台形の高さは、高過ぎる場合、双配線のもう一方の配線である外側の配線との距離の変化が大きく成り過ぎ、差動信号の結合の変化から差動インピーダンスの変化が発生すると共に耐ノイズ性が劣化し、低過ぎる場合、曲げた双配線の内側線と外側線の配線長差を相殺する為の配線距離を当該凸型と凹型の配線パターンで稼ぐ為に、多数の配置を要してしまうので、通常は双配線間のピッチの４分の１程度が望ましい。

以上を踏まえ、本発明の実施の形態を図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本発明のプリント配線板の差動配線の一例を説明する為の概略構成図である。
図１に於いて、近接する双配線を平行配置した差動配線Ｓ１は、途中で進行方向を変える屈曲部を有するものであって、当該屈曲部の内側となる配線Ｓ１ｉｎ（以下「内側線Ｓ１ｉｎ」と云う）と当該屈曲部の外側となる配線Ｓ１ｏｕｔ（以下「外側線Ｓ１ｏｕｔ」と云う）で構成されている。因に、当該内側線Ｓ１ｉｎは屈曲点Ｗｉｎ１で、又当該外側線Ｓ１ｏｕｔは屈曲点Ｗｏｕｔ１でそれぞれ屈曲している。

又、当該内側線Ｓ１ｉｎには、外側線Ｓ１ｏｕｔから離れる方向に突起した凸型の配線パターンＡと外側線Ｓ１ｏｕｔに近づく方向に突起した凹型の配線パターンＢを複数個組み合せた配線パターンから成る迂回路Ｓｄｅｔ１が形成され、当該外側線Ｓ１ｏｕｔの配線長と当該内側線Ｓ１ｉｎの配線長が等しくなっている。
尚、ΔＬ１は、外側線Ｓ１ｏｕｔの配線長と、本発明の迂回路を用いていない場合の内側線Ｓ１ｉｎの配線長との配線長差を示している。

図２は、図１の屈曲部を説明する為の拡大概略構成図である。
図２に於いて、迂回路Ｓｄｅｔ１は、屈曲点Ｗｉｎ１の前後各々で配置された凸型の配線パターンＡと凹型の配線パターンＢの数がそれぞれ２個（偶数）ずつで等しいと共に、凸型の配線パターンＡと凹型の配線パターンＢが交互に配置されている。

又、当該凸型の配線パターンＡ同士は全て同形・同大であると共に、凹型の配線パターンＢ同士も全て同形・同大であり、且つ凸型の配線パターンＡと凹型の配線パターンＢは互いに対称形となっている。

又、当該凸型の配線パターンＡは、外側線Ｓ１ｏｕｔに対して０度より大きく９０度より小さい屈曲仰角αを有する上昇斜辺１ａと、外側線Ｓ１ｏｕｔと平行な底辺１ｂと、下降斜辺１ｃを有する等脚台形形状となっていると共に、当該凹型の配線パターンＢは、外側線Ｓ１ｏｕｔに対して０度より大きく９０度より小さい屈曲俯角βを有する下降斜辺２ａと、外側線Ｓ１ｏｕｔと平行な底辺２ｂと、上昇斜辺２ｃを有する等脚台形形状となっている。

又、当該凸型の配線パターンＡの屈曲仰角αと、当該凹型の配線パターンＢの屈曲俯角βは共に外側線Ｓ１ｏｕｔの屈曲仰角θと等しくなっている。

尚、Ｐは差動配線のピッチ（線間幅）を示しており、Ｌｄｍ１乃至Ｌｄｍ６は、本発明の説明に用いる補助線で、実際には存在しない。
すなわち、Ｌｄｍ１は屈曲点Ｗｉｎ１と屈曲点Ｗｏｕｔ１を直線で結んだ補助線、Ｌｄｍ２は図２に於いて屈曲点Ｗｏｕｔ１より上部において屈曲点Ｗｉｎ１から外側線Ｓ１ｏｕｔに対して垂直となる補助線、Ｌｄｍ３は図２に於いて屈曲点Ｗｏｕｔ１より下部において屈曲点Ｗｉｎ１から外側線Ｓ１ｏｕｔに対して垂直となる補助線、Ｌｄｍ４は図２に於いて屈曲点Ｗｏｕｔ１より上部の外側線Ｓ１ｏｕｔと平行な、かつ屈曲点Ｗｉｎ１を通る補助線、Ｌｄｍ５は図２に於いて屈曲点Ｗｏｕｔ１より上部の外側線Ｓ１ｏｕｔの延長線となる補助線、Ｌｄｍ６は図２に於いて屈曲点Ｗｏｕｔ１より下部の外側線Ｓ１ｏｕと平行な、かつ屈曲点Ｗｉｎ１を通る補助線を示している。

図３は、図１の迂回路Ｓｄｅｔ１（凸型と凹型の配線パターン）を説明する為の拡大概略構成図である。
図３に於いて、凸型と凹型の配線パターンＡ，Ｂを等脚台形形状とした時、ｈは当該等脚台形の高さ、ｙは当該等脚台形の斜辺の長さ、ｘはｙの外側線Ｓ１ｏｕｔと平行方向のベクトル成分を示す。
又、Ｌｄｍ７乃至Ｌｄｍ９は、本発明の説明に用いる補助線で、実際には存在しない。
因に、Ｌｄｍ７は当該等脚台形の配線パターンとして実在しない方の架空の底辺となる補助線、Ｌｄｍ８は凸型配線パターンＡの上昇斜辺１ａの起点に於いて外側線Ｓ１ｏｕｔに対して垂直となる補助線、Ｌｄｍ９は凸型配線パターンＡの上昇斜辺１ａの終点に於いて外側線Ｓ１ｏｕｔに対して垂直となる補助線を示す。
尚、当該凸型と凹型の配線パターンは、等脚台形形状であっても、実際には本来２つある底辺（上底及び下底）の内のどちらか一方のみしかない為、ここでいう底辺とは、例えば、配線パターンが凸型の場合は上底がこれに当たり、配線パターンが凹型の場合は下底がこれに当たる。

又、配線パターンを流れる信号の進行方向に対して、逆向きの流れとなるような配線配置は、自己結合によって特性インピーダンスに大きな影響を与える可能性がある為、通常は行わない。
従って、凸型と凹型の配線パターンＡ，Ｂを等脚台形形状とした時、実際に配線パターンとして存在する方の底辺は、必然的に存在しないもう一方の架空の底辺よりも短い長さと成る。

図４は、本発明のプリント配線板の差動配線の他の一例を説明する為の拡大概略構成図である。
図４は、迂回路Ｓｄｅｔ２を有し、前記図２に示した差動配線に対して、凸型と凹型の配線パターンＡ，Ｂの等脚台形同士を接続する配線パターン部分を無くした（長さを零とした）形状で、等脚台形同士を直接接続した配線パターンの例を示している。
尚、図４は、等脚台形同士を直接接続した配線パターンとなっていること以外は、図２に示した一例と基本的に同じ構成となっている為、図面４の他の符号の説明は省略する。

以上の図１乃至図４を用いて、本発明の迂回路と成る配線パターン部分を以下に理論式で示す。
先ず、屈曲部を有する双配線の外側と成る配線の長さをＬｏｕｔ［ｍ］、内側と成る配線の長さをＬｉｎ［ｍ］とすると、当該外側線の配線長と内側の配線長の配線長差ΔＬ［ｍ］は以下の式と成る。
ΔＬ＝Ｌｏｕｔ−Ｌｉｎ・・・・・（１）

ここで、前述のように、当該迂回路を凸型と凹型の配線パターンを複数個組み合わせた集合体として考え、便宜上、凸型と凹型の配線パターンの最小単位を等脚台形形状とし、外側線の進行方向に対する斜辺の屈曲仰角α及び屈曲俯角βが外側線の屈曲仰角θ［°］と同じとすると、等脚台形の斜辺の長さｙ［ｍ］、等脚台形の斜辺の長さｙの外側線と平行方向のベクトル成分の大きさｘ［ｍ］、凸型と凹型の配線パターンの底辺部分の長さｕ［ｍ］、凸型と凹型の配線パターン間の接続配線の合計の長さｂ［ｍ］、配置する凸型と凹型の配線パターンの数ａ［個］、迂回路領域以外の配線の合計の長さをＬｅｔｃ［ｍ］として、前記Ｌｏｕｔ及びＬｉｎは以下の関係式が成り立つ。

Ｌｏｕｔ＝（２ｙ＋ｕ）ａ＋ｂ＋Ｌｅｔｃ・・・・・（２）
Ｌｉｎ＝（２ｘ＋ｕ）ａ＋ｂ＋Ｌｅｔｃ・・・・・・（３）
式（１）に式（２）及び式（３）を代入するとΔＬは以下と成る。
ΔＬ＝２ａ（ｙ−ｘ）・・・・・（４）
又、双配線間のピッチをＰ［ｍ］とすると、外側線の屈曲仰角がθであるから、ΔＬは以下の式でも表せる。
ΔＬ＝２Ｐ・ｔａｎ（θ／２）・・・・・（５）
式（４）と式（５）のΔＬは共に同じものを示すことより等価式を立てると、配置する凸型と凹型の配線パターンの数ａは以下の式と成る。
ａ＝｛Ｐ・ｔａｎ（θ／２）｝／（ｙ−ｘ）・・・・・（６）

次に、等脚台形の斜辺の長さｙと、等脚台形の斜辺の長さｙの外側線と平行方向のベクトル成分の大きさｘは、外側線の進行方向に対する斜辺の屈曲仰角α及び屈曲俯角βが外側線の屈曲仰角θと同じである為、等脚台形の高さをｈ［ｍ］を用いて以下の関係式が成り立つ。

ｙ＝ｈ／ｓｉｎθ・・・・・・（７）
ｘ＝ｈ／ｔａｎθ・・・・・・（８）
ここで、等脚台形の高さｈを双配線間のピッチをＰで表す為に、便宜上、Ｐをｎ分割した長さとｈが等しいと定義する。
ｈ＝Ｐ／ｎ・・・・・・・（９）
式（６）乃至式（９）を用いると以下と成る。
ａ＝｛ｎ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ／２）｝／（１−ｃｏｓθ）・・・・・（１０）

続いて、信号伝送品質に顕著な影響を与えない為の迂回路長Ｌｓ［ｍ］の最大値Ｌｓｍａｘ［ｍ］を、通過する差動信号の立上り時間より求める。
前述したように、一般的に、双配線の実質的配線長差が、双配線の扱う信号の８分の１波長分の長さ以上ずれると信号伝送品質の劣化が顕著と成る可能性がある為、「扱う信号の８分の１波長分」以下の長さでの調整が必要と考えると、迂回路長Ｌｓの最大値Ｌｓｍａｘ［ｍ］は、当該迂回路を通過する差動信号の波長短縮率をＤ、波長をλ［ｍ］とすると以下の関係式で表せる。

Ｌｓｍａｘ＝（Ｄ・λ）／８・・・・・・（１１）
迂回路を通過する差動信号がＴｒ［ｓ］の立上り時間を有する矩形波とすると、入力信号が振幅の１％以内に安定するまでの時間を表す高域遮断周波数の概念を用いた一般的な関係式から、立上り時間Ｔｒの差動信号の換算周波数ｆ［Ｈｚ］は以下と成る。
ｆ＝０．３５／Ｔｒ・・・・・（１２）

又、迂回路を通過する差動信号の波長λは、前述の換算周波数をｆ、真空中の光速度をＣｏ［ｍ／ｓ］とすると以下と成る。
λ＝Ｃｏ／ｆ・・・・・・（１３）
又、迂回路を通過する差動信号の波長短縮率Ｄは、当該配線に関与する絶縁層の実効比誘電率をεｒとすると以下と成る。
Ｄ＝１／（εｒ）^0.5・・・・・・（１４）
式（１１）に式（１２）乃至式（１４）を代入する。
Ｌｓｍａｘ＝（Ｃｏ・Ｔｒ）／｛２．８・（εｒ）^0.5｝・・・・・・（１５）
式（１５）より、Ｌｓは以下の条件下が望ましいことと成る。
Ｌｓ＜（Ｃｏ・Ｔｒ）／｛２．８・（εｒ）^0.5｝・・・・・・（１６）

ところで、当該迂回路は、屈曲部を有する双配線の配線長差ΔＬを相殺すると共に、前述の信号伝送品質の劣化を回避する必要もある為、式（２）より、迂回路領域以外の配線の合計の長さをＬｅｔｃとして、当該迂回路長Ｌｓは以下のように表せる。
Ｌｓ＝Ｌｏｕｔ−Ｌｅｔｃ・・・・・・（１７）
ここで、凸型と凹型の配線パターンの底辺部分の長さｕ、凸型と凹型の配線パターン間の接続配線の合計の長さｂ、配置する凸型と凹型の配線パターンの数ａを用いて、式（２）より、当該迂回路長Ｌｓは以下の関係式と成る。
Ｌｓ＝（２ｙ＋ｕ）ａ＋ｂ・・・・・・（１８）
式（１８）に式（７）、式（９）、式（１０）を代入する。
Ｌｓ＝［｛２Ｐ／（ｎ・ｓｉｎθ）｝＋ｕ］・［｛ｎ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ／２）｝
／（１−ｃｏｓθ）］＋ｂ・・・・・・（１９）

続いて、各式中の定数及び変数に関して述べる。
先ず、真空中の光速度Ｃｏは定数である。
又、通常、配線に関与する絶縁層の実効比誘電率εｒ、外側線の屈曲仰角（＝外側線の進行方向に対する斜辺の角度α，β）θ、迂回路を通過する差動信号の立上り時間Ｔｒ、双配線間のピッチＰ、内側線の配線長Ｌｉｎ、外側線の配線長Ｌｏｕｔ、迂回路領域以外の配線の長さＬｅｔｃは、設計値として予め設定されている値と成る。
又、前述の設計値が予め設定されていると、式（１２）より差動信号の換算周波数ｆ、式（１４）より迂回路を通過する差動信号の波長短縮率Ｄ、式（１３）より迂回路を通過する差動信号の波長λが決定される。
又、同様に、式（１）より外側線の配線長と内側線の配線長の配線長差ΔＬ、式（１６）より信号伝送品質に顕著な影響を与えない為の迂回路長Ｌｓ、式（１５）より信号伝送品質に顕著な影響を与えない為の迂回路長Ｌｓの最大値Ｌｓｍａｘも必然的に決定される。

従って、残された変数と成る、配置する凸型と凹型の配線パターンの数ａ、凸型と凹型の配線パターン間の接続配線の合計の長さｂ、等脚台形形状の凸型と凹型の配線パターンの高さｈ、双配線のピッチＰをｎ分割した長さをｈとした時の分割数ｎ、凸型と凹型の配線パターンの底辺部分の長さｕ、等脚台形の斜辺に対する双配線の進行方向と同方向のベクトル成分の大きさｘ、等脚台形の斜辺の長さｙの決定が必要と成る。
この内、仮にｎを固定すると、式（７）よりｙ、式（８）よりｘ、式（９）よりｈ、式（１０）よりａが決定する。
よって、残りの変数と成るｂとｕの決定により、全ての変数が決まる。
尚、式（１８）でｕはａに掛かっている為、式（１９）の関係式を満たす為には、先ずｕを決定し、次にｂを決定することが望ましい。

以上より、前述の式（１）乃至式（１９）を用いて、設計値と、変数ｎ、ｕ、ｂを設定することで、差動配線に於いて配線の途中で方向を変える場合でも、大掛りな設計変更をすること無く信号伝送品質の劣化を抑制することが可能と成る。
尚、本発明のポイントとしては、層間接続や誘電率の変更といった手段を用いずに、配線のレイアウト変更のみで「双配線の実質的配線長差」と「双配線間結合の粗密変化」を同時に抑制することである。

具体的には、「屈曲部を有する双配線の内・外側線の配線長を等しくし、差動終端に於ける差動信号間のタイミングのずれを抑える」と同時に、「双配線間の結合度合の変化を抑える」配線手法であり、これにより、「差動インピーダンスの変化」と「耐ノイズ性の劣化」を同時に抑えることが可能と成る。
更には、「差動の双配線が互いに他方の配線との結合が途切れることが無い迂回路」を用いて、より優れた信号伝送品質の劣化抑制機能を得ることが出来る。

ここで、「他方との結合が途切れることが無い迂回路」とは、「外側線の進行方向に対して垂直と成る配線領域を持たない凸型と凹型の配線パターン」つまり「外側線の進行方向に対して必ず平行成分を含有する凸型と凹型の配線パターン」を示す。
尚、迂回路に信号が入ってから出るまでは、少なからずとも位相シフトの発生等、迂回路による影響を受ける可能性が有る為、この点を考慮すれば当該迂回路は出来るだけ短い距離であることが望ましい。
つまり、凸型と凹型の配線パターンが、前述の規定によりその形状と大きさが決定されるならば、唯一凸型と凹型の配線パターン間の接続配線の合計の長さｂだけは調整が可能で、設計上可能であれば凸型と凹型の配線パターン間の接続配線は存在しないこと、言い換えればｂが零であることが望ましい。

又、前述したように、１本の配線中に設ける凸型と凹型の配線パターンの数は偶数であることが望ましく、更には、屈曲点を境に半数ずつ配置されることが望ましい。
更に、屈曲の内側線となる配線が、屈曲点を中心として前後がシンメトリ(対称)と成る様に、凸型と凹型の配線パターンを設けることで、特性インピーダンスの不均衡や位相シフトを抑制しつつ、双配線の実質的な配線長を等しくし、結果、信号伝送品質の劣化を抑制する。

以上の関係式より、実際の設計の際にも、前述の連立方程式を立て、各パラメータに必要なデータを入力すれば、差動配線に於いて配線の途中で方向を変える場合でも、層間接続や誘電率の変更といった手段を用いずに、配線のレイアウト変更のみで、幅広い差動伝送回路設計に適切に且つ比較的容易に対応出来る。

以下、前述の理論式に具体的な定数や設計条件を数値で当て嵌め、設計時に必要な他の条件を求める。

設計例１
前述の理論式に於いて、Ｃｏは定数で（３×１０⁸ｍ／ｓ）とする。
又、Ｔｒ、θ、Ｐ、εｒ、ｎは設計条件として各々（５０ｐｓ、４５°、１００μｍ、４、４）とする。
又、ｕ、ｂは設計条件として（ｂ＝ａ・ｕ）とする。
前記数値条件と式（５）よりΔＬを求める。
ΔＬ＝２・Ｐ・ｔａｎ（θ／２）
＝２×１００×１０−６×ｔａｎ（４５°／２）
≒８３μｍ
前記数値条件と式（９）よりｈを求める。
ｈ＝Ｐ／ｎ
＝１００×１０^-6／４
＝２５μｍ
前記数値条件と式（１０）よりａを求める。
ａ＝｛ｎ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ／２）｝／（１−ｃｏｓθ）
＝｛４×ｓｉｎ４５°×ｔａｎ（４５°／２）｝／（１−ｃｏｓ４５°）
＝４個・・・・・・・・・（２０）
前記数値条件と式（１５）よりＬｓを求める。
Ｌｓ＜（Ｃｏ・Ｔｒ）／｛２．８・（εｒ）^0.5｝
＝（３×１０⁸×５０×１０^-12）／｛２．８×（４）^0.5｝
≒２６７９μｍ・・・・・・・（２１）
前記数値条件と式（１９）よりＬｓを求める。
Ｌｓ＝［｛２Ｐ／（ｎ・ｓｉｎθ）｝＋ｕ］
・［｛ｎ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ／２）｝／（１−ｃｏｓθ）］＋ｂ
＝［｛（２×１００×１０^-6）／（４×ｓｉｎ４５°）｝＋ｕ］
×［｛４×ｓｉｎ４５°×ｔａｎ（４５°／２）｝
／（１−ｃｏｓ４５°）］＋ａ・ｕ
≒｛２８３＋（４＋ａ）ｕ｝［μｍ］・・・・・・・（２２）
式（２１）と式（２２）が共にＬｓを示す値である為、以下の関係式が成り立つ。
｛２８３＋（４＋ａ）ｕ｝＜２６７９μｍ・・・・・・（２３）
従って、式（２３）に式（２０）を代入して、ｕが求められる。
ｕ＜（２６７９−２８３）／８
≒３００μｍ・・・・・・・（２４）
よって、本例に於いて、設計時に必要な求めるべき条件は以下と成る。
ΔＬ＝８３μｍ、ｈ＝２５μｍ、ａ＝４個、Ｌｓ＝２６７９μｍ、ｕ＝３００μｍ

設計例２
前記設計例１に於いて、ｂが零である最適化された設計例を以下に示す。
設計例１と同じ設計条件として、Ｃｏは定数で（３×１０⁸ｍ／ｓ）、Ｔｒ、θ、Ｐ、εｒ、ｎは設計条件として各々（５０ｐｓ、４５°、１００μｍ、４、４）とする。
又、設計例１と異なる設計条件として、ｂは（ｂ＝０）とする。
前記数値条件と式（１９）よりＬｓを求める。
Ｌｓ＝［｛２Ｐ／（ｎ・ｓｉｎθ）｝＋ｕ］
・［｛ｎ・ｓｉｎθ・ｔａｎ（θ／２）｝／（１−ｃｏｓθ）］＋ｂ
＝［｛（２×１００×１０−６）／（４×ｓｉｎ４５°）｝＋ｕ］
×［｛４×ｓｉｎ４５°×ｔａｎ（４５°／２）｝
／（１−ｃｏｓ４５°）］＋０
≒（２８３＋４ｕ）［μｍ］・・・・・・・（２５）
式（２１）及び式（２５）より、以下の関係式が成り立つ。
（２８３＋４ｕ）
≒Ｌｓ
＜２６７９μｍ・・・・・・・・（２６）
従って、式（２６）より、ｕが求められる。
ｕ＜（２６７９−２８３）／４
≒５９９μｍ・・・・・・・・（２７）
よって、本例に於いて、設計時に必要な求めるべき条件は以下と成る。
ΔＬ＝８３μｍ、ｈ＝２５μｍ、ａ＝４個、Ｌｓ＝２６７９μｍ、ｕ＝５９９μｍ

検証例
本発明の一例を計算機によるシミュレーションで検証した。
以下に、当該検証の結果を示す。
図５は、屈曲部を有する差動配線に於いて、特定配線区間内に於ける損失値［ｄＢ］の周波数特性を示したもので、双配線の配線長差を調整する迂回路が無い場合と、従来技術の迂回路が有る場合と、本発明の迂回路が有る場合の３つのケースを、計算機によるシミュレーションで検証した結果である。
尚、シミュレータは、アンシス社の「Ａｎｓｏｆｔ−Ｄｅｓｉｇｎｅｒ−ＳＶ」を用いた。
又、シミュレーション条件は、差動配線に於いて、配線パターン幅１００μｍ、配線間幅（ピッチ）１００μｍ、配線パターン厚（高さ）３０μｍ、屈曲点の前後の配線長（迂回路が無い場合は外側の長い方の配線長）が各々４ｍｍ（総配線長８ｍｍ）とし、配線パターン下の絶縁層は通常のＦＲ−４相当の絶縁材で厚みを６０μｍとした。

図５に於いて、横軸は、当該差動配線の配線パターンを通過する信号の周波数［ＧＨｚ］、縦軸は、特定の出力ポートから出力した出力信号レベルより、特定の入力ポートから入力した入力信号レベルを引いた、特定配線区間内に於ける損失値［ｄＢ］を示し、図内の３本のグラフはそれぞれ「＊」が双配線の配線長差を調整する迂回路が無い場合の損失値の周波数特性、「▲」が従来技術の迂回路が有る場合の損失値の周波数特性、「●」が本発明の迂回路が有る場合の損失値の周波数特性である。

図５より、「＊」の迂回路が無い場合や、「▲」の従来技術の迂回路が有る場合に比べて、「●」の本発明の迂回路が有る場合の損失値が極めて少ないことがわかる。
具体的には、周波数１ＧＨｚ（仮に５倍高調波のデジタル信号で換算すると４００Ｍｂｐｓ相当）以上で効果が得られることがわかる。
又、「＊」の迂回路が無い場合と、「●」の本発明の迂回路が有る場合との損失値を比較すると、周波数が１ＧＨｚの時に「＊」が約−０．４ｄＢであるのに対し「●」が約−０．１ｄＢ、周波数が６ＧＨｚの時に「＊」が約−１．３ｄＢであるのに対し「●」が約−０．４ｄＢ、周波数が１０ＧＨｚの時に「＊」が約−２．２ｄＢであるのに対し「●」が約−０．９ｄＢと、周波数が高く成るに連れて損失の差は大きく成っていることがわかる。
これより、「●」の本発明の迂回路が有る場合の信号伝送品質の劣化に対する改善度合いがわかる。

又、「▲」の従来技術の迂回路が有る場合は、図中の「▲」のグラフが緩い３次曲線を描いており、位相のずれの大きさが周波数によって大小に変化するのに伴って、全体の損失値もうねった形状を示すことと成っているが、「●」の本発明の迂回路が有る場合は、僅かながらの湾曲はあるものの、「＊」の迂回路が無い場合と同様に、略直線に近い形状を示している。
これより、「●」の本発明の迂回路が有る場合は、迂回路の領域内で位相のずれを都度打ち消しながら信号が伝送されていることがわかる。

以上より、本発明の迂回路が有る場合は、信号伝送品質の劣化に対し極めて良好な改善が施されていることが分かる。
本発明を説明するに当たって、前述の実施の形態を例として説明したが、本発明の構成はこれらの限りでなく、また、これらの例により何ら制限されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

Ａ：凸型の配線パターン
Ｂ：凹型の配線パターン
１ａ：上昇斜辺
１ｂ：底辺
１ｃ：下降斜辺
２ａ：下降斜辺
２ｂ：底辺
２ｃ：上昇斜辺
ｈ：等脚台形（形状の凸型と凹型の配線パターン）の高さ［ｍ］
Ｌｄｍ１乃至Ｌｄｍ９，Ｌｄｍ２１乃至Ｌｄｍ２６：補助線
Ｐ，Ｐ２：差動配線のピッチ（線間幅）［ｍ］
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ６，Ｓ７：差動配線
Ｓ１ｉｎ，Ｓ２ｉｎ，Ｓ６ｉｎ，Ｓ７ｉｎ：内側線
Ｓ１ｏｕｔ，Ｓ２ｏｕｔ，Ｓ６ｏｕｔ，Ｓ７ｏｕｔ：外側線
Ｓｄｅｔ１，Ｓｄｅｔ２，Ｓｍｅａ７：迂回路
Ｗｉｎ１，Ｗｉｎ２：内側線の屈曲点
Ｗｏｕｔ１，Ｗｏｕｔ２：外側線の屈曲点
ｘ：等脚台形の斜辺の長さの外側線と平行方向のベクトル成分の大きさ［ｍ］
ｙ：等脚台形の斜辺の長さ［ｍ］
ΔＬ１，ΔＬ６，ΔＬ７：外側線の配線長と内側線の配線長の配線長差［ｍ］
α：凸型の配線パターンの屈曲仰角［°］
β：凹型の配線パターンの屈曲俯角［°］
θ：屈曲部において外側となる配線の屈曲仰角［°］

Claims

近接する双配線を平行配置する差動配線を備えるプリント配線板に於いて、差動配線の少なくとも一対が配線の途中で進行方向を変える屈曲部を有すると共に、当該屈曲部を有する差動配線の屈曲部の内側と成る配線の少なくとも一部に、当該屈曲部の外側と成る配線から離れる方向に突起した凸型の配線パターンと当該屈曲部の外側と成る配線に近づく方向に突起した凹型の配線パターンとを、複数個組み合わせた配線パターンにより、当該屈曲部の内側と成る配線の配線長と、当該屈曲部の外側と成る配線の配線長を等しくする迂回路が形成され、当該屈曲部の前後各々で配置された凸型と凹型の配線パターンの数が偶数であり、且つ、凸型の配線パターンの数と、凹型の配線パターンの数が等しいことを特徴とするプリント配線板。
前記凸型の配線パターンと凹型の配線パターンが交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
前記凸型の配線パターン同士は全て同形・同大であると共に、凹型の配線パターン同士も全て同形・同大であり、且つ、凸型の配線パターンと凹型の配線パターンは互に対称形であることを特徴とする請求項１又は２記載のプリント配線板。
前記凸型の配線パターンと凹型の配線パターンは、何れも屈曲部において外側となる配線と平行な底辺を有する等脚台形形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のプリント配線板。
前記凸型の配線パターンの屈曲仰角（α）と、前記凹型の配線パターンの屈曲俯角（β）が共に、屈曲部において外側となる配線の屈曲仰角（θ）と等しいことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のプリント配線板。