JP6177349B2 - Chip-to-chip interface using low-power, high-speed multi-channel dielectric waveguide - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上で信号を送信（ｐｒｏｐａｇａｔｅ）するウェーブガイドに関する。 Embodiments of the present invention relate to a waveguide for propagating a signal on a printed circuit board (PCB).
有線通信において帯域幅の需要が増加しているが、これは高速、低電力、低費用のＩ／Ｏを要求する。既存の銅相互連結における表皮効果（ｓｋｉｎ ｅｆｆｅｃｔ）などによる減衰は、システム性能を制限する。既存の銅相互連結における損失を保全するためにパワーや費用面においてペナルティが加えられるようになり、このようなペナルティはデータレートまたは送信距離などの増加に伴って指数的に増加する。 Bandwidth demand is increasing in wired communications, which requires high speed, low power, low cost I / O. Attenuation, such as due to skin effects in existing copper interconnects, limits system performance. Power and cost penalties will be added to preserve losses in existing copper interconnects, and such penalties will increase exponentially with increasing data rates or transmission distances.
送信チャネルに誘電体を使用した新たなチップツーチップインタフェースは、上述した問題を解決するために提案される。 A new chip-to-chip interface using a dielectric for the transmission channel is proposed to solve the above-mentioned problems.
本発明の例示的な一実施形態は、トランシーバＩ／Ｏ間でボードツーボード相互連結のための電気的ファイバを開示し、電気的ファイバは、送信機側ボードから受信機側ボードに信号を送信（ｐｒｏｐａｇａｔｅ）するための誘電体ウェーブガイド、および前記誘電体ウェーブガイドを仕上げる（ｗｒａｐ ｕｐ）金属クラッディングを含み、
前記電気的ファイバは、任意の位置で前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードの少なくとも一つに連結されるように、物理的に柔軟であり、前記誘電体ウェーブガイドの両終端は、前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードと垂直にカップリングされてもよい。
One exemplary embodiment of the present invention discloses an electrical fiber for board-to-board interconnection between transceiver I / Os, which transmits signals from a transmitter side board to a receiver side board. A dielectric waveguide for propagating, and a metal cladding that wraps up the dielectric waveguide;
Said electrical fiber is to be coupled to at least one of the transmitter boards and the receiver board at any position, Ri physically flexible der, both ends of the dielectric waveguide is It may be coupled perpendicularly to the transmitter side board and the receiver side board .
前記誘電体ウェーブガイドの両終端の少なくとも１つは、前記誘電体ウェーブガイドおよびマイクロストリップ回路の間でインピーダンスマッチングのためにテーパリングされてもよい。 At least one of both ends of the dielectric waveguide may be tapered for impedance matching between the dielectric waveguide and the microstrip circuit.
前記誘電体ウェーブガイドの両終端の少なくとも１つは、最大のパワー伝達効率を備える前記誘電体ウェーブガイドのインピーダンスを最適化するために線形的にシェーピングされる。 At least one of the ends of the dielectric waveguide is linearly shaped to optimize the impedance of the dielectric waveguide with maximum power transfer efficiency.
前記金属クラッディングは、銅クラッディングを含む。 The metal cladding includes a copper cladding.
前記誘電体ウェーブガイドの長さに対する前記金属クラッディングの長さの比率は、電気的ファイバの長さが増加するにつれて増える。 The ratio of the length of the metal cladding to the length of the dielectric waveguide increases as the length of the electrical fiber increases .
本発明の例示的な一実施形態は、電気的ファイバを備えるボードツーボード相互連結装置を開示し、相互連結装置は、送信機側ボードから受信機側ボードに信号を送信し、金属クラッディングを備える電気的ファイバ、前記電気的ファイバと連結し、マイクロストリップツーウェーブガイドトランジション（Microstrip to waveguide transition;ＭＷＴ）を備えるマイクロストリップ回路、および前記電気的ファイバを前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードのうち少なくとも１つと垂直に連結するためのボードツーファイバコネクタを含み、前記電気的ファイバは、任意の位置で前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードの少なくとも一つに連結されるように、物理的に柔軟であってもよい。 One exemplary embodiment of the present invention discloses a board-to-board interconnect device comprising electrical fibers, wherein the interconnect device transmits a signal from a transmitter-side board to a receiver-side board to provide a metal cladding. An electrical fiber comprising: a microstrip circuit coupled to the electrical fiber and comprising a microstrip to waveguide transition (MWT); and the electrical fiber comprising the transmitter side board and the receiver side board A board-to-fiber connector for vertically coupling to at least one of the electrical fiber, wherein the electrical fiber is coupled to at least one of the transmitter-side board and the receiver-side board at any position, It may be physically flexible.
前記電気的ファイバの両終端の少なくとも１つは、前記電気的ファイバおよび前記相互連結装置に存在するマイクロストリップ回路の間でインピーダンスマッチングのためにテーパリングされてもよい。 At least one of both ends of the electrical fiber may be tapered for impedance matching between the electrical fiber and a microstrip circuit present in the interconnect device.
前記相互連結装置は、第１層で前記マイクロストリップ回路に前記信号を供給するマイクロストリップフィーディングライン、第２層で順方向進行ウェーブに対する逆方向進行ウェーブの割合を最小化するためのスロットを含むスロッティドグラウンドプレーン、第３層で前記スロッティドグラウンドプレーンとグラウンドプレーンの間の電気的連結を形成するためのビアのアレイを含むグラウンドプレーン、および共振周波数で前記信号を放射するためのパッチを含んでもよい。 The interconnection device includes a microstrip feeding line for supplying the signal to the microstrip circuit in a first layer, and a slot for minimizing a ratio of a backward traveling wave to a forward traveling wave in a second layer. A slotted ground plane, a ground plane including an array of vias for forming an electrical connection between the slotted ground plane and the ground plane in a third layer, and a patch for radiating the signal at a resonant frequency May be included.
上述した一般的な記載および後述する詳細な説明はすべて例示的かつ説明的なものであり、請求された発明の追加的な説明を提供するために意図されたものと理解されなければならない。 It is to be understood that the above general description and the following detailed description are all exemplary and explanatory and are intended to provide additional explanation of the claimed invention.
本発明の追加的な理解を提供するために含まれた明細書に統合されてその一部を構成する、添付の図面は発明の実施形態を説明し、詳細な説明と共に発明の原理を説明するための役割をする。
本発明は、下記において、本発明の例示的な実施形態が図示された、添付の図面を参照しながらさらに完全に説明される。このような発明は多くの相違した形態で実現されることも可能で、ここに記載した実施形態に制限されると理解してはならない。このような例示的な実施形態は、本開示を徹底させるように提供されるものであり、該当する技術分野において通常の知識を有する者に本発明の範囲は完全に伝達されるであろう。図面において層および領域の大きさおよび相対的な大きさは、明確性のために誇張されることもある。図面において類似する参照番号は、類似する構成要素を示す。 The present invention will be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown. Such invention may be implemented in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Such exemplary embodiments are provided so that this disclosure will be thorough, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the relevant art. In the drawings, the size and relative size of layers and regions may be exaggerated for clarity. Like reference numbers in the drawings indicate like elements.
本発明の例示的な実施形態は、電気的な有線ラインの代りに改善された相互連結を提供することができる。例えば、新たな類型の誘電体ウェーブガイドと称される電気的ファイバ（ｆｉｂｅｒ）は、既存の銅ラインを代替することができる。このような電気的ファイバは、金属クラッディングを備える誘電体ウェーブガイドによって定義されてもよい。 Exemplary embodiments of the present invention can provide improved interconnections instead of electrical wired lines. For example, a new type of dielectric fiber called a dielectric waveguide can replace existing copper lines. Such an electrical fiber may be defined by a dielectric waveguide with a metal cladding.
周波数の独立的な減衰特性をもつ誘電体は、いかなる追加の受信端補償がなくとも、あるいはそのような受信端補償が極めて少なくとも、高速のデータレートを達成できるようにする。並列的なチャネルデータ伝達は、電気的ファイバとＰＣＢの垂直的な結合によって可能となる。トランシーバＩ／Ｏ間のボードツーボード相互連結に対する電気的ファイバを備えるＰＣＢは、ボードツーボード相互連結装置によって定義されてもよい。例えば、このような相互連結装置は、電気的ファイバ、送信端ボード、受信端ボード、ボードツーファイバコネクタ、マイクロストリップフィーディングライン、スロッティド（ｓｌｏｔｔｅｄ）グラウンド平面、グラウンド平面、およびパッチを含んでもよい。 A dielectric with frequency-independent attenuation characteristics enables a high data rate to be achieved without any additional receive end compensation, or at least such receive end compensation. Parallel channel data transmission is enabled by vertical coupling of electrical fiber and PCB. A PCB with electrical fibers for board-to-board interconnection between transceiver I / Os may be defined by a board-to-board interconnection device. For example, such interconnection devices may include electrical fibers, transmitting end boards, receiving end boards, board to fiber connectors, microstrip feeding lines, slotted ground planes, ground planes, and patches.
新たなボードツーファイバコネクタは、安全に複数の電気的ファイバをＰＣＢに固定して互いを最大限に近づけることにより、空間（領域）効率を最大化するために提供される。物理的に、電気的ファイバの柔軟な特性は、自由空間で任意の位置から任意の終端を連結することをサポートすることができる。電気的ファイバの金属クラッディングは、電気的ファイバの長さとは関係なく、全体トランシーバパワーの消耗を維持することができる。また、クラッディングは、他の無線チャネルおよび隣接した電気的ファイバで信号の干渉を隔離させることができる。ここで、その干渉は、帯域−制限問題の原因となることがある。 New board-to-fiber connectors are provided to maximize space (area) efficiency by securely securing multiple electrical fibers to the PCB and maximizing each other. Physically, the flexible properties of electrical fibers can support connecting any termination from any location in free space. The metal cladding of the electrical fiber can maintain overall transceiver power consumption regardless of the length of the electrical fiber. Cladding can also isolate signal interference in other wireless channels and adjacent electrical fibers. Here, the interference may cause a band-limitation problem.
スロットとカップリングされたパッチタイプのマイクロストリップツーウェーブガイドトランジションは、マイクロストリップとウェーブガイドの間の反射を最小化することができる。マイクロストリップツーウェーブガイドトランジションは、マイクロストリップ信号をウェーブガイド信号に送信するが、それは低費用という長所を招来する。これは、一般的なＰＣＢ製造過程で有効に使用できるためである。 A patch-type microstrip-to-waveguide transition coupled with a slot can minimize reflections between the microstrip and the waveguide. The microstrip-to-waveguide transition sends a microstrip signal to the waveguide signal, which introduces the advantage of low cost. This is because it can be used effectively in a general PCB manufacturing process.
図１は、本発明の例示的な一実施形態に係る等角投影鳥瞰図を示している。 FIG. 1 shows an isometric bird's eye view according to an exemplary embodiment of the present invention.
図１を参照すると、本発明の例示的な一実施形態に係る全体的な相互連結は、図示された等角投映鳥瞰図に示されている。図１は、ボードツーボード相互連結として使用される電気的ファイバ１０１を説明している。入力信号は５０Ω（Ｏｈｍ）マッチングされた送信機ダイ１０２の出力から入って送信線路１０３に沿って送信（ｐｒｏｐａｇａｔｅ）され、送信機側ボードにあるマイクロストリップツーウェーブガイドトランジション１０４（例えば、ＭＷＴ）は、マイクロストリップ信号をウェーブガイド信号に変換する。前記ウェーブ、例えば、ウェーブガイド信号は、電気的ファイバ１０１に沿って送信され、それは受信機側ボードにあるＭＷＴ１０５でマイクロストリップ信号に変換される。これと同様に、信号は送信線路１０６に沿って送信され、５０Ωマッチングされた受信機入力１０７に進む。ここで、誘電体ウェーブガイドは、送信機側ボードから受信機側ボードに信号を送信することができる。 Referring to FIG. 1, the overall interconnection according to an exemplary embodiment of the present invention is shown in the illustrated isometric projection bird's eye view. FIG. 1 illustrates an electrical fiber 101 used as a board-to-board interconnect. The input signal enters from the output of the 50Ω (Ohm) matched transmitter die 102 and is propagated along the transmission line 103, and the microstrip-to-waveguide transition 104 (eg, MWT) on the transmitter side board is The microstrip signal is converted into a waveguide signal. The wave, for example a waveguide signal, is transmitted along the electrical fiber 101, which is converted to a microstrip signal by the MWT 105 on the receiver side board. Similarly, the signal is transmitted along the transmission line 106 and proceeds to the 50Ω matched receiver input 107. Here, the dielectric waveguide can transmit a signal from the transmitter side board to the receiver side board.
図２は、本発明の例示的な一実施形態によって２ポートネットワークで相互連結したモデルおよび各トランジションから反射したウェーブと送信されたウェーブの関係を説明するための図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a model interconnected in a two-port network and a relationship between a wave reflected from each transition and a transmitted wave according to an exemplary embodiment of the present invention.
電気的ファイバの各終端において、インピーダンスの不連続は、送信線路からウェーブガイドへのエネルギー送信効率および／またはウェーブガイドから送信線路へのエネルギー送信効率を低下させることがある。このような不連続の効果を解釈するために、全体的な相互連結は図２に示すような簡単な２ポートネットワークが考慮されてもよいが、これは数式１〜３によってモデリングされてもよい。 At each end of the electrical fiber, impedance discontinuities may reduce the energy transmission efficiency from the transmission line to the waveguide and / or the energy transmission efficiency from the waveguide to the transmission line. In order to interpret such discontinuous effects, the overall interconnection may be considered a simple two-port network as shown in FIG. 2, but this may be modeled by equations 1-3. .
送信線路からウェーブガイドへのトランジションにおいて、送信線路およびウェーブガイド側への入力ウェーブそれぞれはu1 +とw-で表現されてもよい。また、反射したウェーブはw+とu1 -で表現されてもよい。これと同様に、ウェーブガイドから送信線路へのトランジションにおいて、ウェーブガイド側および送信線路側への入力ウェーブそれぞれはw+’とu2 -で表現されてもよい。また、反射したウェーブはw-’とu2 +で表現されてもよい。このような簡略化されたモデルから、反射したウェーブおよび送信されたウェーブの関係式は次を仮定する。送信線路からウェーブガイドへのトランジションにおいて、複素反射係数は
であり、複素送信係数は
である。また、ウェーブガイドから送信線路へのトランジションにおいて、複素反射係数は
であり、複素送信係数は
である。
In the transition from the transmission line to the waveguide, the input waves to the transmission line and the waveguide side may be represented by u 1 + and w − , respectively. Further, the reflected wave is w + and u 1 - may be expressed in. Similarly, in the transition from the waveguide to the transmission line, the input waves to the waveguide side and the transmission line side may be represented by w + ′ and u 2 − , respectively. The reflected wave may be expressed by w − ′ and u 2 + . From such a simplified model, the reflected wave and transmitted wave relations assume the following: In the transition from the transmission line to the waveguide, the complex reflection coefficient is
And the complex transmission coefficient is
It is. Also, in the transition from the waveguide to the transmission line, the complex reflection coefficient is
And the complex transmission coefficient is
It is.
次の数式は、全体的な相互連結に対するスキャッタリングマトリックス（例えば、Ｓパラメータ）を示す。 The following formula shows the scattering matrix (eg, S parameter) for the overall interconnect.
図３は、本発明によって全体的な相互連結された構造でＳパラメータに対する解釈推定およびシミュレーションされた結果を示したグラフである。図４は、本発明の一実施形態によって全体的な相互連結された構造でＳパラメータに対する解釈推定およびシミュレーションされた結果を示したグラフである。図５は、本発明の一実施形態によって全体的な相互連結された構造でグループディレイに対する解釈推定およびシミュレーションされた結果を示したグラフである。 FIG. 3 is a graph showing interpretation estimation and simulation results for S-parameters in an overall interconnected structure according to the present invention. FIG. 4 is a graph illustrating interpretation estimated and simulated results for S-parameters in an overall interconnected structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph illustrating interpretation and simulation results for a group delay in an overall interconnected structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
図３、図４、図５は、本発明の例示的な一実施形態によって構成された全体的な相互連結でＳパラメータに対する解釈的な推定結果を示したグラフである。例えば、図３、図４、図５は、前記数式５〜８をフローティングしたものであって、ウェーブガイドの長さの互いに異なるケース（例えば、５ｃｍ、１０ｃｍ）に対する結果を示すものである。各結果は、３次元電磁気シミュレーションツール（Ａｎｓｙｓ、ＨＦＳＳ）から導き出されたシミュレーション結果と比較されている。 FIGS. 3, 4 and 5 are graphs illustrating interpretive estimation results for S-parameters with overall interconnection constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. For example, FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5 show the results for cases where the lengths of the waveguides are different from each other (for example, 5 cm and 10 cm) in which the equations 5 to 8 are floated. Each result is compared with a simulation result derived from a three-dimensional electromagnetic simulation tool (Ansys, HFSS).
図３、図４、図５は、全体的な相互連結に関してＳパラメータおよびグループディレイに対する結果でウェーブガイド−長さ−依存振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）が存在することを意味する。ウェーブガイドが長くなるほど、このような振動の影響はより深刻になる。アイ（Ｅｙｅ）ダイアグラムがこのような送信システムの評価のためのマトリックとして使用されると、このような振動はアイオープニングおよびゼロクロッシングにおいて深刻な問題を生成するようになり、さらには符号誤り率（ＢＥＲ）を増加させる主な原因となる。 3, 4, and 5 mean that there is a waveguide-length-dependent oscillation in the results for S-parameters and group delay with respect to the overall interconnection. The longer the waveguide, the more severe the effects of such vibrations. When an Eye diagram is used as a matrix for the evaluation of such a transmission system, such vibrations can create serious problems in eye opening and zero crossing, and even a code error rate ( BER) is the main cause of increase.
Ｓパラメータおよびグループディレイに対する結果に存在する振動は、次の事実から起因したものであるといえる。インピーダンスの不連続で発生する反射したウェーブは、進行（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）にしたがって多少の減衰を経るようになるが、これはキャビティ共振器で起こるものと類似した現象を生成するようになる。このようなウェーブは、電気的ファイバ内から前後に散乱するようになり、スタンディングウェーブを強固にする。 The vibrations present in the results for S-parameters and group delay can be attributed to the following facts. Reflected waves generated by impedance discontinuities will undergo some attenuation as they propagate, but this will produce a phenomenon similar to that occurring in a cavity resonator. Such waves are scattered back and forth from within the electrical fiber, strengthening the standing wave.
このような問題を解決するための戦略としては、次のようなものがある。 There are the following strategies for solving such problems.
第１に、可能な限り小さく反射係数（ｒ２）を生成すること。 First, generate the reflection coefficient (r2) as small as possible.
第２に、相対的に小さなレベルのチャネル損失を保証する反面、電気的ファイバによる適切な減衰を生成すること。 Second, it produces adequate attenuation by the electrical fiber while ensuring a relatively small level of channel loss.
第３に、ウェーブガイドのために低い誘電率の物質を使用すること。 Third, use a low dielectric constant material for the waveguide.
このような戦略は、前記数式５〜８によって立証することができる。したがって、ＭＷＴは、より低い反射（ｒ２）を提供するために本発明の例示的な一実施形態に係る目的となる。 Such a strategy can be verified by Equations 5-8. Therefore, MWT is an object according to an exemplary embodiment of the present invention to provide lower reflection (r2).
図６は、本発明の一実施形態によって構成されたウェーブガイドマイクロストリップトランジションを示した側面図である。図７は、本発明の一実施形態によって構成されたウェーブガイドマイクロストリップトランジションを示した正面図である。 FIG. 6 is a side view illustrating a waveguide microstrip transition constructed in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a front view showing a waveguide microstrip transition constructed according to an embodiment of the present invention.
図６はＭＷＴの側面図を示しており、図７は本発明の一実施形態によって構成されたＭＷＴの正面図を示している。金属クラッディング６０１、７０１を備える電気的ファイバ６０４、７０４はマイクロストリップ回路と連結してもよく、特にボード上に配置されたパッチエレメント６０３、７０３と連結してもよい。ここで、金属クラッディング６０１、７０１は、誘電体ウェーブガイド６０２、７０２を仕上げるようになる。例えば、金属クラッディング６０１、７０１は銅クラッディングを含んでもよく、パッチエレメント６０３、７０３はマイクロストリップラインを含んでもよい。パッチエレメント６０３、７０３は、共振周波数で信号を放射してもよい。 FIG. 6 shows a side view of the MWT, and FIG. 7 shows a front view of the MWT constructed according to one embodiment of the present invention. Electrical fibers 604, 704 comprising metal claddings 601, 701 may be connected to a microstrip circuit, in particular to patch elements 603, 703 arranged on a board. Here, the metal claddings 601 and 701 finish the dielectric waveguides 602 and 702. For example, the metal cladding 601, 701 may include a copper cladding and the patch elements 603, 703 may include a microstrip line. Patch elements 603, 703 may radiate signals at the resonant frequency.
本発明の一実施形態によると、金属クラッディング６０１、７０１は、誘電体ウェーブガイド６０２、７０２を予め決められた形態で仕上げてもよい。例えば、金属クラッディング６０１、７０１の予め決められた形態は、誘電体ウェーブガイド６０２、７０２の中端部を露出してもよく、金属クラッディング６０１、７０１のさらに他の形態は、誘電体ウェーブガイド６０２、７０２の特定部分を露出するためにパンクチュアリングされてもよい。さらに、金属クラッディング６０１、７０１の予め決められた形態は多様であってもよい。 According to one embodiment of the present invention, the metal cladding 601, 701 may finish the dielectric waveguides 602, 702 in a predetermined form. For example, a predetermined form of the metal cladding 601, 701 may expose the middle end of the dielectric waveguides 602, 702, and yet another form of the metal cladding 601, 701 may be a dielectric wave guide. It may be punctured to expose specific portions of guides 602, 702. Further, the predetermined shapes of the metal claddings 601 and 701 may vary.
図８は、本発明の一実施形態によって構成されたウェーブガイドマイクロストリップトランジションを示した分解図である。 FIG. 8 is an exploded view illustrating a waveguide microstrip transition constructed in accordance with one embodiment of the present invention.
図８は、ボードの各層の詳細な構造を示している。３層構造は、ボードの製作のために用いられてもよい。マイクロストリップフィーディングライン８０１は第１層に位置してもよく、開口面（ａｐｅｒｔｕｒｅ）によって孔があいているスロッティドグラウンドプレーン８０２は第２層に配置されてもよい。パッチエレメント８０３とグラウンドプレーン８０４は第３層に配置されてもよい。例えば、マイクロストリップフィーディングライン８０１は、信号を第１層にあるマイクロストリップ回路にフィーディングしてもよく、スロッティドグラウンドプレーン８０２は、第２層で順方向進行ウェーブに対する逆方向進行ウェーブの割合を最小化するためのスロットを含んでもよい。また、グラウンドプレーンはビア８０７を含み、第３層でスロッティドグラウンドプレーン８０２とグラウンドプレーン８０４間の電気的連結を形成する。ここで、ビア８０７はアレイに配置されてもよい。 FIG. 8 shows the detailed structure of each layer of the board. A three-layer structure may be used for board fabrication. The microstrip feeding line 801 may be located in the first layer, and the slotted ground plane 802 that is perforated by an aperture may be arranged in the second layer. The patch element 803 and the ground plane 804 may be arranged in the third layer. For example, the microstrip feeding line 801 may feed the signal to the microstrip circuit in the first layer, and the slotted ground plane 802 may be a reverse traveling wave for the forward traveling wave in the second layer. Slots may be included to minimize the percentage. In addition, the ground plane includes a via 807 and forms an electrical connection between the slotted ground plane 802 and the ground plane 804 in the third layer. Here, the vias 807 may be arranged in an array.
第１層と第２層の間の基板８０５は、タコニック（Ｔａｃｏｎｉｃ）社のＣＥＲ−１０で構成されてもよい。ここで、前記ＣＥＲ−１０は、12mm×5.68mmの大きさと0.28mmの厚さを有する。第２層と第３層間の他のコア基板８０６は、ロジャース（Ｒｏｇｅｒｓ）社のＲＯ３０１０ Ｐｒｅｐｒｅｇで構成されてもよく、これは12mm×5.68mmの大きさと0.287mmの厚さを有する。 The substrate 805 between the first layer and the second layer may be composed of Taconic CER-10. Here, the CER-10 has a size of 12 mm × 5.68 mm and a thickness of 0.28 mm. The other core substrate 806 of the second layer and the third layer may be composed of Rogers RO3010 Prepreg, which has a size of 12 mm × 5.68 mm and a thickness of 0.287 mm.
ビア８０７は、第２グラウンドプレーンおよび第３グラウンドプレーン間の電気的な連結を生成する役割をする。マイクロストリップ幅（ｗｉｄｔｈ）、基板厚さ、スロットサイズ、パッチサイズ、ビア直径、ビア空間（ｓｐａｃｉｎｇ）、ウェーブガイドサイズ、ウェーブガイド材料は、マイクロストリップ回路の特定の共振周波数および電気的ファイバによる進行ウェーブのモードに依存して変更されてもよいが、これは技術分野の技術者にとって自明である。 The via 807 serves to generate an electrical connection between the second ground plane and the third ground plane. The microstrip width (width), substrate thickness, slot size, patch size, via diameter, via space (spacing), wave guide size, wave guide material, the specific resonant frequency of the microstrip circuit and the traveling wave due to the electrical fiber This may be changed depending on the mode, but this is obvious to those skilled in the art.
特に、スロットおよび開口面のサイズは、信号の送信および反射において重要なファクタとなる。スロットおよび開口面のサイズは、繰り返されるシミュレーションにより、順方向進行ウェーブに対する逆方向進行ウェーブの割合を最小化できるように最適化される。ウェーブガイドのカットオフ周波数およびインピーダンスは、交差面の大きさおよび使用される物質の種類によって決められてもよい。本発明において、2.9mm×2.7mmの大きさを有するＥＣＣＯＳＴＯＣＫ ＰＰ（Ｌａｉｒｄ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ．）は、６０ＧＨｚ帯域信号をＭＷＴで最小の反射で通過させるために使用されてもよい。ウェーブガイドの交差面のサイズが大きくなるほど、ＴＥ／ＴＭモードでプロパゲートする回数が増加する。そして、それはトランジションの挿入損失で改善をもたらすようになる。 In particular, the size of the slot and aperture is an important factor in signal transmission and reflection. The size of the slot and aperture is optimized so that the ratio of the backward traveling wave to the forward traveling wave can be minimized by repeated simulation. The waveguide cut-off frequency and impedance may be determined by the size of the crossing plane and the type of material used. In the present invention, ECCOSTOK PP (Laired TECHNOLOGIES.) Having a size of 2.9 mm × 2.7 mm may be used to pass a 60 GHz band signal with minimum reflection at the MWT. The larger the waveguide cross-section size, the greater the number of propagations in TE / TM mode. And it comes to improve with transition insertion loss.
図９は、本発明によって構成された金属クラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）を有する電気的ファイバ（ｆｉｂｅｒ）とテーパード（ｔａｐｅｒｅｄ）ウェーブガイドの互いに異なる長さを示した等角投影図である。 FIG. 9 is an isometric view showing different lengths of an electrical fiber having a metal cladding constructed according to the present invention and a tapered waveguide.
Ｓパラメータの結果で振動による影響を減少させるために、ＭＷＴで発生する反射を最小化するだけなく、電気的ファイバ９０１、９０２、９０３による最適化した減衰をなすものが使用されてもよい。このような戦略は、各終端で電気的ファイバ９０１、９０２、９０３の誘電体ウェーブガイドを仕上げる金属クラッディングの長さを短くすることによって実現されてもよい。メタルグルレディングは、エネルギーの放射損失を阻む電磁気ウェーブを完全に極限させる。このような理由により、短い金属クラッディングの活用によって大きな放射損失を引き起こすことがある。このような種類のエネルギー損失は、電気的ファイバ９０１、９０２、９０３による減衰として考慮され、それはＳパラメータの結果で振動に極めて大きい影響を及ぼすようになる。 In order to reduce the effects of vibration on the S-parameter results, one that not only minimizes the reflections generated by the MWT but also provides optimized attenuation by the electrical fibers 901, 902, 903 may be used. Such a strategy may be realized by reducing the length of the metal cladding that finishes the dielectric waveguide of the electrical fibers 901, 902, 903 at each end. Metal glureading completely limits the electromagnetic wave that prevents radiation loss of energy. For these reasons, the use of short metal cladding can cause significant radiation loss. This type of energy loss is considered as attenuation by the electrical fibers 901, 902, 903, which will have a very large impact on vibration as a result of the S-parameters.
また、誘電体損失は、電気的ファイバ９０１、９０２、９０３による減衰として考慮されることもある。それは、誘電体ウェーブガイドのタンジェント損失に起因するようになり、ウェーブガイドの長さと関連するようになる。長いウェーブガイドによって消耗する誘電体損失は、振動の効果を減らすことがある。 Dielectric loss may also be considered as attenuation by the electrical fibers 901, 902, 903. It becomes due to the tangent loss of the dielectric waveguide and becomes related to the length of the waveguide. Dielectric loss consumed by long waveguides can reduce the effects of vibration.
このため、長い誘電体ファイバ９０３は、同じチャネル損失を考慮した場合、短い電気的ファイバ９０１よりもさらに大きい比例（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｔｙ）の金属クラッディングを備えるようになる。電気的ファイバ９０４の一終端は、テーパード（ｔａｐｅｒｅｄ）ウェーブガイドの等角投影図を示している。誘電体ウェーブガイドのために使用される誘電体とボード上のマイクロストリップ回路間でインピーダンスマッチングが可能となる。例えば、誘電体ウェーブガイドの長さにおいて金属クラッディングの長さの比例（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｔｙ）は、電気的ファイバ９０１、９０２、９０３の長さに基づいて設計されてもよい。 For this reason, the long dielectric fiber 903 has a larger proportion of metallic cladding than the short electrical fiber 901 when considering the same channel loss. One end of the electrical fiber 904 shows an isometric view of a tapered waveguide. Impedance matching is possible between the dielectric used for the dielectric waveguide and the microstrip circuit on the board. For example, the proportionality of the length of the metal cladding to the length of the dielectric waveguide may be designed based on the length of the electrical fibers 901, 902, 903.
また、ウェーブガイドの大きさがそのインピーダンスを決定するという事実に基づくと、誘電体ウェーブガイドの両終端の少なくとも１つを線形的にシェーピングすることは、最適なインピーダンスを探すために効率的となる。すなわち、誘電体ウェーブガイドの両終端の少なくとも１つは、誘電体ウェーブガイドおよびマイクロストリップ回路間でインピーダンスマッチングのためにテーパードされるようになる（細くなるように構成される）。例えば、誘電体ウェーブガイドの両終端の少なくとも１つは、最大のパワー伝達効率をもつ誘電体ウェーブガイドのインピーダンスを線形的に最適化するためにシェーピングされるようになる。 Also, based on the fact that the size of the waveguide determines its impedance, linearly shaping at least one of both ends of the dielectric waveguide is efficient to find the optimum impedance . That is, at least one of the both ends of the dielectric waveguide becomes tapered (configured to be thin) for impedance matching between the dielectric waveguide and the microstrip circuit. For example, at least one of both ends of the dielectric waveguide will be shaped to linearly optimize the impedance of the dielectric waveguide with maximum power transfer efficiency.
本発明の一実施形態によると、トランシーバＩ／Ｏ間のボードツーボード相互連結のための電気的ファイバ９０１、９０２、９０３との相互連結装置は、送信機側ボードから金属クラッディングを備える受信機側ボードに信号を送信するための電気的ファイバ９０１、９０２、９０３、およびＭＷＴを備える電気的ファイバ９０１、９０２、９０３と連結するためのマイクロストリップ回路を含む。 According to one embodiment of the present invention, an interconnect device with electrical fibers 901, 902, 903 for board-to-board interconnection between transceiver I / Os comprises a receiver comprising metal cladding from a transmitter side board. Electrical fibers 901, 902, 903 for transmitting signals to the side board, and a microstrip circuit for coupling with the electrical fibers 901, 902, 903 comprising the MWT.
図１０は、本発明によって構成されたボードツーウェーブガイドコネクタを示した等角投影図である。 FIG. 10 is an isometric view showing a board-to-wave guide connector constructed in accordance with the present invention.
図１０は、ボードツーファイバコネクタ１００１の等角投影図を示している。電気的ファイバは、ボードツーファイバコネクタ１００１と共にボードにしっかりと固定される。コネクタブリッジ１００２、１００３は、ボードにブリッジを固定するために、ボードに孔があけられたホールに挿入される。例えば、ボードツーファイバコネクタ１００１は、電気的ファイバを電送機側ボードおよび受信機側ボードの少なくとも１つに垂直に連結する。 FIG. 10 shows an isometric view of the board-to-fiber connector 1001. The electrical fiber is secured to the board together with the board-to-fiber connector 1001. The connector bridges 1002 and 1003 are inserted into holes formed in the board in order to fix the bridge to the board. For example, the board-to-fiber connector 1001 vertically couples the electrical fiber to at least one of the transmitter side board and the receiver side board.
また、電気的ファイバの物理的な固定のためのコネクタとして、トランジション装置１００４、１００５、１００６のアレイが存在してもよい。このようなコネクタを利用することにより、電気的ファイバはボードにマイクロストリップ回路を連結できるようになる。これは、誘電体ウェーブガイドの両終端が垂直に送信機側および受信機側ボードとカップリングする領域をセービング（ｓａｖｉｎｇ）するために極めて効率的な方法であり、これに関しては図１０に詳細に示されている。このような構成上の理由により、多数の電気的ファイバが、広帯域を有する並列システムのための複数のチャネルを同時に連結するために使用されるようになる。例えば、誘電体ウェーブガイドは、送信機側ボードおよび受信機側ボードの少なくとも１つと垂直にカップリングされる。 An array of transition devices 1004, 1005, and 1006 may exist as a connector for physically fixing the electrical fiber. By utilizing such a connector, the electrical fiber can connect a microstrip circuit to the board. This is a very efficient way to save the area where both ends of the dielectric waveguide are vertically coupled to the transmitter and receiver boards, and this is illustrated in detail in FIG. It is shown. For this reason, a number of electrical fibers are used to simultaneously connect multiple channels for parallel systems with wide bandwidth. For example, the dielectric waveguide is coupled vertically with at least one of a transmitter side board and a receiver side board.
図１１は、本発明によって構成された相互連結でＳパラメータに対するシミュレーションされた結果を示したグラフである。図１１を参照すると、本発明の一実施形態によって構成された全体的な相互連結でＳパラメータに対するシミュレーションされた結果は、グラフによって示されている。例えば、その結果は、５０ｃｍの電気的ファイバを利用して達成されるようになる。１０ｄＢのリターンロスのために、５４ＧＨｚから７９ＧＨｚ間の１５ＧＨｚの帯域幅が達成されるようになる。通過帯域上における挿入損失は１５ｄＢ以下で現れ、広帯域になるほど一定になることが分かる。 FIG. 11 is a graph illustrating simulated results for S-parameters with interconnections constructed in accordance with the present invention. Referring to FIG. 11, the simulated results for S-parameters with the overall interconnection constructed according to one embodiment of the present invention are shown graphically. For example, the result will be achieved utilizing 50 cm electrical fiber. With a return loss of 10 dB, a 15 GHz bandwidth between 54 GHz and 79 GHz will be achieved. It can be seen that the insertion loss on the passband appears at 15 dB or less and becomes constant as the bandwidth becomes wider.
図１２は、６５ＧＨｚチャネルに対するＰＡＭ４ ２８Ｇｂｐｓ ＰＲＢＳ 214-1のアイ（ｅｙｅ）ダイアグラムに対するシミュレーションされた結果を示したグラフである。 FIG. 12 is a graph showing simulated results for an eye diagram of PAM4 28 Gbps PRBS 2 14 -1 for a 65 GHz channel.
全体的な相互連結の性能を評価するために、図１２は、ＰＡＭ４ ２８Ｇｂｐｓ ＰＲＢＳ 214-1のアイ（ｅｙｅ）ダイアグラムを示している。アイダイアグラムは復調されたデータパターンを示すことができ、復調されたデータパターンは６５ＧＨｚキャリアに変調され、例示的な一実施形態によって構成された相互連結のチャネルを通じて通過することができる。 To evaluate overall interconnect performance, FIG. 12 shows an eye diagram of PAM4 28 Gbps PRBS 2 14 -1. The eye diagram can show a demodulated data pattern, which can be modulated onto a 65 GHz carrier and passed through an interconnected channel configured according to one exemplary embodiment.
電気的ファイバは、高速のデータ通信を可能にする新たな方法を提案することができる。ＭＷＴ構造は、不連続で反射を最小化しながら広帯域信号を送信（ｔｒａｎｓｉｔ）することができる。誘電体ウェーブガイドを仕上げる金属クラッディングは、放射損失を減らすことができ、チャネル損失を減少させるのに効果的である。 Electrical fiber can propose a new method that enables high-speed data communication. The MWT structure can transmit wideband signals while being discontinuous and minimizing reflections. Metal cladding that finishes the dielectric waveguide can reduce radiation loss and is effective in reducing channel loss.
さらに、中心周波数がより高い周波数帯域に移動することができれば、さらに広い帯域幅を、いかなる追加的な複雑度および費用の支払いがなくとも達成することができる。したがって、電気的ファイバは、超高速スピードでデータを送信するための要求をもつＩ／Ｏチャネルに対するソリューションを提供することができる。特に、電気的ファイバは、ＩＥＥＥ８０２．３ｂｊ ＫＲ標準を基礎とする１００Ｇｂｐｓバックプレーンインタフェースですべての銅有線ラインを交換することができる。さらに、それは増加した長さの送信距離を有するＩＥＥＥ ８０２．３ｂｊ ＳＲ標準にも適用することができる。ボードツーボードインタフェースは、データセンタマーケットにおける有望なソリューションとして電気的ファイバを採用することができる。 Furthermore, if the center frequency can be moved to a higher frequency band, a wider bandwidth can be achieved without any additional complexity and cost payments. Thus, electrical fiber can provide a solution for an I / O channel with a requirement to transmit data at very high speeds. In particular, electrical fibers can exchange all copper wired lines with a 100 Gbps backplane interface based on the IEEE 802.3bj KR standard. Furthermore, it can also be applied to the IEEE 802.3bj SR standard with increased transmission distance. Board-to-board interfaces can employ electrical fiber as a promising solution in the data center market.
本発明の本質または範囲を逸脱することなく多様な変更および変形が本発明内で可能であることは、該当する技術分野において通常の知識を有する者にとって明白であろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびこれらの均等物の範囲内にある提供されたこのような発明の変更および変形をカバーするものと見なされなければならない。 It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications and variations can be made within the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the invention should be viewed as covering such modifications and variations of the invention provided that are within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (13)
送信機側ボードから受信機側ボードに信号を送信（ｐｒｏｐａｇａｔｅ）するための誘電体ウェーブガイド、および
前記誘電体ウェーブガイドを仕上げる（ｗｒａｐ ｕｐ）金属クラッディング
を含み、
前記電気的ファイバは、任意の位置で前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードの少なくとも一つに連結されるように、物理的に柔軟であり、
前記誘電体ウェーブガイドの両終端は、前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードと垂直にカップリングされる、電気的ファイバ。 An electrical fiber for board-to-board interconnection between transceiver I / Os;
A dielectric waveguide for propagating a signal from a transmitter-side board to a receiver-side board, and a metal cladding that wraps up the dielectric waveguide;
Said electrical fiber is to be coupled to at least one of the transmitter boards and the receiver board at any position, Ri physically flexible der,
Both ends of the dielectric waveguide are electrical fibers coupled perpendicularly to the transmitter side board and the receiver side board .
前記誘電体ウェーブガイドおよびマイクロストリップ回路の間でインピーダンスマッチングのためにテーパリングされる、請求項１に記載の電気的ファイバ。 At least one of both ends of the dielectric waveguide is:
The electrical fiber of claim 1, wherein the electrical fiber is tapered for impedance matching between the dielectric waveguide and the microstrip circuit.
最大のパワー伝達効率をもつ前記誘電体ウェーブガイドのインピーダンスを最適化するために線形的にシェーピングされる、請求項１に記載の電気的ファイバ。 At least one of both ends of the dielectric waveguide is:
The electrical fiber of claim 1, wherein the electrical fiber is linearly shaped to optimize the impedance of the dielectric waveguide with maximum power transfer efficiency.
銅クラッディングを含む、請求項１に記載の電気的ファイバ。 The metal cladding is
The electrical fiber of claim 1, comprising a copper cladding.
予め設定された形態で前記誘電体ウェーブガイドを仕上げる、請求項１に記載の電気的ファイバ。 The metal cladding is
The electrical fiber of claim 1, wherein the dielectric waveguide is finished in a preset form.
送信機側ボードから受信機側ボードに信号を送信し、金属クラッディングを備える電気的ファイバ、
前記電気的ファイバと連結し、マイクロストリップツーウェーブガイドトランジション（ＭＷＴ）を備えるマイクロストリップ回路、および
前記電気的ファイバを前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードのうち少なくとも１つと垂直に連結するためのボードツーファイバコネクタ、
を含み、
前記電気的ファイバは、任意の位置で前記送信機側ボードおよび前記受信機側ボードの少なくとも一つに連結されるように、物理的に柔軟である、ボードツーボード相互連結装置。 A board-to-board interconnect device comprising electrical fibers,
An electrical fiber that sends a signal from the transmitter side board to the receiver side board and has a metal cladding ,
A microstrip circuit coupled to the electrical fiber and comprising a microstrip-to-waveguide transition (MWT) ; and
A board-to-fiber connector for vertically coupling the electrical fiber with at least one of the transmitter-side board and the receiver-side board;
Including
A board-to-board interconnect, wherein the electrical fiber is physically flexible such that the electrical fiber is coupled to at least one of the transmitter-side board and the receiver-side board at any location.
前記電気的ファイバおよび前記相互連結装置にあるマイクロストリップ回路の間でインピーダンスマッチングのためにテーパリングされる、請求項７に記載のボードツーボード相互連結装置。 At least one of both ends of the electrical fiber is
The board-to-board interconnect device of claim 7 , wherein the device is tapered for impedance matching between the electrical fiber and a microstrip circuit in the interconnect device.
最大のパワー伝達効率を有する電気的ファイバのインピーダンスを最適化するために線形的にシェーピングされる、請求項７に記載のボードツーボード相互連結装置。 At least one of both ends of the electrical fiber is
The board-to-board interconnect device of claim 7 , wherein the board-to-board interconnect is linearly shaped to optimize the impedance of an electrical fiber having maximum power transfer efficiency.
銅クラッディングを含む、請求項７に記載のボードツーボード相互連結装置。 The metal cladding is
The board-to-board interconnect device of claim 7 , comprising a copper cladding.
第１層で前記マイクロストリップ回路に前記信号を供給するマイクロストリップフィーディングライン、
第２層で順方向進行ウェーブに対する逆方向進行ウェーブの割合を最小化するためのスロットを含むスロッティドグラウンドプレーン、
第３層で前記スロッティドグラウンドプレーンとグラウンドプレーンの間の電気的連結を形成するためのビアのアレイを含むグラウンドプレーン、および
共振周波数で前記信号を放射するためのパッチ
を含む、請求項７に記載のボードツーボード相互連結装置。 The interconnection device is
A microstrip feeding line for supplying the signal to the microstrip circuit in a first layer;
A slotted ground plane including slots for minimizing the ratio of backward traveling waves to forward traveling waves in the second layer;
Including patches for emitting the signal in the third layer in the slotted de ground plane and the ground plane includes an array of vias to form the electrical connection between the ground plane and the resonance frequency, according to claim 7 A board-to-board interconnection device as described in.
予め設定された形態で前記誘電体ウェーブガイドを仕上げる、請求項７に記載のボードツーボード相互連結装置。 The metal cladding is
The board-to-board interconnect device of claim 7 , wherein the dielectric waveguide is finished in a preset form.
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