KR20010052187A - 감소된 엘씨 적을 구비한 백플레인 - Google Patents

Abstract

데이터 처리 시스템은 백플레인 및 다수의 커넥터에 의해 상기 백플레인에 연결되는 다수의 로직 보드를 구비한다. 일련의 공통 지점들(41)은 각 공통 지점과 상기 커넥터의 대응핀간의 각각의 도전 트레이스에 의해 상기 커넥터에 전기적으로 연결된다. 길이가 긴 트레이스의 인덕턴스는 상기 백플레인의 중앙부근방의 트레이스들을 병합함으로써 감소되어, 상기 공통 지점들의 양측상에서 적어도 하나의 커넥터(42,43)로 연결되는 도전 영역(45)을 형성함으로써 길이가 보다 긴 트레이스를 전기적으로 단락시킨다. 또한, 상기 인덕턴스는 상기 긴 트레이스의 폭을 확대함으로써 감소된다. 상기 긴 트레이스는, 각 트레이스와 관련한 LC적의 차는 물론, 그에 따라 트레이스들간의 지연 차를 줄이기 위해, 그 폭이 길이가 짧은 트의 폭보다 더 넓다.

Description

감소된 엘씨 적을 구비한 백플레인{BACKPLANE HAVING REDUCED LC PRODUCT}

데이터 처리 시스템을 위한 가장 경제적이고 융통성있는 구조는 다수의 인쇄 회로 보드(printed circuit board)를 수용하기 위한 다수의 커넥터를 구비한 백플레인인 것으로 오랫동안 인식되어 왔다. 상기 각각의 인쇄 회로 보드는 어느 한 커넥터에 삽입하기 위해 상기 인쇄 회로 보드의 적어도 한 쪽 가장자리에 노출된 전기적 연결부를 구비한다. 이러한 구성으로, 데이터처리 시스템의 구성은 보드들을 추가 설치 또는 제거함으로써 용이하게 변경될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "데이터 처리 시스템"이란 용어는 상기 다수의 인쇄 회로 보드중 적어도 하나가 디지털 로직 회로(digital logic circuitry)를 구비할 수 있는 공통 백플레인상의 인쇄 회로 보드들의 집합 무리, 즉 인쇄 회로 보드군(a group of printed circuit boards)을 일컫는다. 반드시 그럴 필요는 없지만, 상기 인쇄 회로 보드들은 동일한 구조를 가질 수 있고, 마이크로프로세서가 없거나, 하나 이상의 마이크로프로세서를 구비할 수 있다. 종래에는, 상기 백플레인을 아마도 "도마(breadboard)"에서 파생된 것으로 보이는 컴퓨터의 "마더보드(motherboard)"라고 부르기도 한다. 상기 백플레인에 부착되는 상기 인쇄 회로 보드는 "도터 보드(daughter board)" 또는 "카드(cards)" 라고 부르기도 한다. 상기 커넥터의 형상으로 인해, 종래에 사용되는 "슬롯(slot)"이란 용어는 상기 커넥터 그 자체를 지칭하거나, 백플레인상의 커넥터 위치, 예컨대 "슬롯 6(slot six)"를 지칭하기도 한다. 실제로는, 상기 백플레인상에는 길고 협소한 구멍이 형성되어 있지 않다. 동일한 형태의 신호들을 운반하는 다수의 트레이스(traces)는 예컨대, 데이터 버스와 같은 버스로 알려져 있다.

상기 백플레인 자체는, 커넥터들이 거의 평행하고 일반적으로 각 커넥터의 각 핀이 상기 커넥터들중 도전 경로(conductive run) 또는 "트레이스"에 의해 그 밖의 다른 커넥터의 해당 핀에 전기적으로 연결되는 인쇄 회로 보드이다. 예컨대, 제 1 커넥터의 첫 번째 핀은 상기 백플레인의 길이 아래쪽을 통과하는 트레이스에 의해 그 밖의 다른 커넥터의 첫 번째 핀에 전기적으로 연결된다. 마이크로프로세서 개발 초기에는, 10 개 도는 20 개의 커넥터를 상호 연결하는 단일 트레이스층으로 충분하였다. 마이크로프로세서가 고속화됨에 따라, 이러한 구성은 더 이상 적합하지 않았고, 다중층으로된 샌드위치 트레이스 구조가 필요해 졌다.

각각의 마이크로프로세서는 상기 마이크로프로세서의 다양한 부분, 예컨대, 내부 로직(internal logic), 어드레스 라인, 및 데이터 라인의 동작을 동기화하여 동작들이 발생할 수 있는 최소 주기를 정의하는 내부 클록(internal clock)을 구비한다. 클록 주파수는 마이크로프로세서의 속도의 실제 인디케이터가 아니더라 하더라도, 마이크로프로세서들을 비교할 수 있는 간단한 방법을 제공한다. 클록 주파수와 관련한 큰 어려움은 마이크로프로세서의 신호들이 사인파 신호가 아니고 구형파 펄스라는 점이다. 수학자 푸리에(Fourier)에 의해 나타난 바와 같이, 주어진 주파수의 구형파는 동일한 주파수(기본 주파수)의 사인파와 기본 주파수의 기수 조파(odd harmonics)의 합이다. 따라서, 백플레인의 펄스들은 공칭 클록 주파수보다 상당히 높은 주파수 성분들을 포함한다. 그 결과, 트레이스들은 복잡하고 주파수 의존적인 임피던스 특성을 갖는 전송 회선(transmission line)이 된다.

만약, 상기 클록 주파수가 예컨대, 1 MHz정도로 낮으면, 백플레인의 평행 회선은 누화(cross-talk)로 알려진 몇 가지 커플링(coupling) 현상을 나타낸다. 즉, 트레이스들은 신호를 송수신하는 모형 안테나처럼 기능을 수행한다. 이러한 커플링 현상은 미세하며, 시스템은 커플링 현상이 신호들을 트레이스상로 도입하는 왜곡(distortion)에도 불구하고 기능을 수행한다. 비록, 상기 트레이스들이 실제로는 전송 회선이라 하더라도, 상기 트레이스들은 저주파수의 집중 커패시턴스 및 인덕턴스로 간주될 수 있다. 반면에, 상기 클록 주파수가 수십 MHz정도이면, 상기 커플링의 문제점은 더 이상 무시될 수 없고, 종래 기술은 예컨대, 커플링 현상을 최소하기 위한 접지 교번 트레이스(grounding alternate traces)와 같은 문제를 해결하기 위한 여러 가지 기술을 사용하였다. 100 MHz 정도의 클록 주파수에서는, 상기한 문제점들이 심각하고, 트레이스들은 영향 및 결과의 수반되는 문제점들과 함께 전송 회선으로 간주되어야 한다.

구형파 펄스는 통상 수직 구간 및 일정한 진폭 상단을 갖는 것을 간주된다. 사실상, 이러한 이상 조건은 파형을 가까이서 검사하는 방법에 따라 이상적인 조건에 접근하는 것으로 보일지라도, 물리적으로 달성하기가 불가능하다. 예컨대, 임의 길이의 도전 트레이스는 공칭 커패시턴스(nominal capacitance)를 나타낸다. 상기 커패시턴스를 주어진 전압으로 충전시키는데 필요한 시간은 이용 가능한 전류에 좌우된다. 트레이스를 0 시간에 0 볼트에서 5 볼트 (임의의 볼트)로 증가시키기 위해서는 무한 전류가 필요하다. 따라서, 임의의 구형파 펄스의 상승 구간 및 하강 구간은 반드시 유한 기울기(infinite slope)(ΔV/Δt)를 가지며, 이러한 기울기는 데이터 처리 시스템의 최대 동작 속도를 제한하고 상기 클록 주파수에 무관하다. 반면, 매우 짧은 트레이스 조차도 매우 높은 주파수에서 상당한 양의 에너지를 방사할 수 있기 때문에, 펄스의 고주파 성분의 진폭을 줄이기 위해서는 상기 펄스의 상승 구간 및 하강 구간의 기울기를 감소시키는 것이 유리하다. 상기 상승 구간의 기울기 및 상기 하강 구간의 기울기를 감소시킴으로써, 백플레인에 의해 야기되는 전자기 간섭(EMI: electromagnetic interference)의 양이 줄어든다.

간단한 엄지손가락 법칙을 통해 알 수 있듯이, 만약, 펄스의 상승 시간(Δt_r)과 하강 시간(Δt_f)이 상기 펄스의 왕복 전파 시간(round trip propagation time)보다 길면, 트레이스가 집중 임피던스로 간주될 수 있다. 그러나, 만약 그렇지 않으면, 즉, 상기 펄스의 상승 시간(Δt_r)과 하강 시간(Δt_f)이 상기 펄스의 왕복 전파 시간보다 길지 않으면, 상기 트레이스는 복잡한 전송 회선으로 간주되어야 한다. 즉, 상기 커패시턴스 및 인덕턴스는 상기 트레이스를 따라 분포되고, 상기 트레이스를 따라 진행하는 펄스에 미치는 상기 트레이스의 영향을 판단하기 위해 다수의 지점에서 평가되어야 한다(그리고, 다시 반사됨).

높은 클록 주파수에서, 백플레인상의 상기 트레인들은 클록 주기의 중요한 요소가 되는 지연을 야기시킨다. 예컨대, 40 cm 길의 트레이스는 8-10 나노초 또는 100 MHz 클록의 1 주기만큼 펄스를 지연시킬 수 있다. 서로 다른 커넥터들의 신호 도달 시간의 차를 스큐(skew)라고 한다. 만약, 모든 커넥터들이 공통 클록에 의해 수동되면, 스큐는 상기 백플레인에 연결된 보드들간의 데이터 전송 속도를 엄격히 제한한다. 경로 길이를 최소화하기 위해 상기 보드들을 원형안에 배치하는 것은 공지된 기술이지만, 이러한 구조는 구성하기가 어렵다. 평면 또는 "선형" 백플레인을 구비하는 것이 바람직하다.

현재, 전술한 구성상의 많은 난제들을 해결하는 방법이 공지되어 있다. 미국 특허 제 5,696,667호(Berding)에는, 상기 트레이스의 임피던스를 집중 임피던스로 변환하여, 그에 따라 속도가 10-20% 증가되는 종래 기술에 비해 8 배의 속도 증가가 수반되는 기술이 개시되어 있다. 해당 기술 분야에서 이러한 엄청난 기술의 진보에도 불구하고, 훨씬 빠른 속도가 요구되는 응용 분야가 있다.

상기 Berding 특허는, 일련의 공통 지점들이 각 공통 지점과 커넥터의 대응 핀들간의 개별적인 도전 트레이스에 의해 상기 커넥터에 전기적으로 연결되는 백플레인이 설명된다. 여기서, "지점(point)"란 0 사이즈의 위치를 나타내는 것이 아니고, 인쇄 회로 보드의 도전층에 형성된 유한 영역(infinite region)을 의미하는 것이다.

종래 기술의 백플레인과 비교해 볼 때, 새로운 백플레인 구조에 의하면, 상기 핀들 중 통과하는 단일 트레이스가 각각의 커넥터를 위한 별도의 트레이스로 교체되기 때문에, 백플레인의 트레이스의 수가 증가하게 된다. VME(Versa Module European) 백플레인은 전형적으로 21개의 커넥터를 구비한다. 상기 Berding 특허에 따라 구성되는 슬롯 11은 상기 공통 지점들을 포함하고, 양측에 10개의 커넥터가 배치된다. 따라서, 각 핀의 경우, 슬롯 11에서 슬롯 10까지 그리고, 슬롯 11에서 슬롯 12까지 연장하는 10개의 트레이스가 배치된다. 트레이스의 수는 상기 백플레인의 양단으로 이동함에 따라 감소한다.

인쇄 회로 보드의 제조시, 커넥터에 배치된 한 쌍의 핀 사이를 통과할 수 있는 트레이스의 수를 제한하기 위해 최소 라인 폭(minimum line width)과 최소 라인 간격(minimum line spacing)이 존재한다. 상기 제한 요건을 충족시키기 위해서는, 층의 수를 증가시켜야 한다. 상기 백플레인이 다수의 층을 포함하는 경우, 많은 수의 백플레인을 고속으로 제조하는 것은 어렵다. 상기 보드의 층들은, 접촉 구멍이 적절한 위치에 드릴링(drilling)되도록 하기 위해 주의깊게 정렬되어야 한다. 집중 임피던스를 갖는 이점을 잃어버리지 않고 트레이스의 수를 줄이는 것이 바람직하다.

길이가 긴 트레이스의 보다 큰 저항을 보상하기 위해 길이가 짧은 트레이스보다 폭이 넓은 상기 긴 트레이스를 제조하는 기술은 예컨대, 미국 특허 제 5,365,406 호(Kurashima)에 공지되어 있다. 미국 특허 제 5,541,369 호(Tahara이외에 다수)는 도전 트레이스가 길이를 따라 폭이 증가하는 인쇄 회로 보드를 개시하고 있다. 이들 특허에서 인식되지 않은 것은, 폭이 넓은 트레이스가 폭이 좁은 트레이스보다 더 낮은 인덕턴스를 갖는다는 사실이다.

트레이스의 집중 임피던스를 감소시키면, 트레이스를 따라 이동하는 신호의 지연 양이 줄어든다. 서로 다른 커넥터에서의 신호 도달 시간의 차를 스큐라고 부르는데, 이것은 바람직하지 못하다. 종래 기술, 예컨대, 미국 특허 제 4,879,433 호에서, 스큐의 문제점은 동일한 길이의 트레이스를 제조함으로써 해결된다. 그러나, 불행히도 상기 Berding 특허에 따라 동일한 길이의 트레이스를 갖는 백플레인을 구성하는 것은 현실적으로 실현 불가능하다.

본 발명은 고속의 데이터 처리 시스템(data processing system)을 위한 백플레인(backplane)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 각 트레이스(trace)의 LC 적(積;product))을 최소화 할 수 있는 백플레인에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따라 구성된 백플레인을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 Berding 특허에 따라 구성된 백플레인을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따라 구성된 백플레인을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 백플레인을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 절취한 백플레인의 종단면도이다.

따라서, 본 발명은 전술한 내용을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 고속으로 설계되고 제조가 용이하도록 설계된 백플레인을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 원격 부분, 즉, 보다 긴 트레이스의 공통 지점으로부터 떨어져 배치되는 부분의 폭을 증가시켜 상기 긴 트레이스의 인덕턴스를 감소시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속의 데이터 처리 시스템을 위한 백플레인에서의 스큐를 최소화하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속의 데이터 처리 시스템을 위한 백플레인에서 각각의 트레이스의 집중 임피던스의 LC 적을 최소화하는데 있다.

상기한 목적들은 백플레인 및 다수의 커넥터에 의해 상기 백플레인에 연결되는 다수의 로직 보드를 구비하는 데이터 처리 시스템에 의해 달성된다. 일련의 공통 지점들은 각 공통 지점과 상기 커넥터의 대응 핀간의 각각의 도전 트레이스에 의해 상기 커넥터에 전기적으로 연결된다. 상기 공통 지점들은 전파 지연을 감소시키기 위해 상기 다수의 커넥터 중에서 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 길이가 보다 긴 트레이스의 부분은 상기 트레이스의 인덕턴스를 감소시키기 위해 그 폭이 확대된다. 상기 백플레인의 양단부까지의 가장 길이가 긴 트레이스는 그 폭이 상기 트레이스의 단부에서 가능한 한 많이 확대되지 않음으로써 상기 트레이스의 집중 커패시턴스가 최소화된다.

본 발명은 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예가 이하에 상세히 설명될 것이다. 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 종래 기술에 따라 구성된 두 개의 백플레인 줄에서의 핀들의 상호연결 상태를 도시한 도면이다. 백플레인(11)은 커넥터(16) 및 (17)과 같은 각 커넥터의 대응 핀들을 상호 연결하는 도전 트레이스(12) 및 (14)를 구비한다. 상기 트레이스는 한 쪽 커넥터에서 다음 번 인접 커넥터로 연속하여 스티치처리(stich)된다는 것을 유념해야 한다. 단일 트레이스는 상기 대응 핀들을 상호 연결한다. 도면에 도시되지 않은 로직 보드들은 상기 커넥터들에 의해 상기 백플인에 부착된다.

도 2는 Berding 특허에 따라 구성된 백플레인을 도시한 것이다.

백플레인(21)은 행 및 열 어레이로 배열되는 다수의 커넥터 핀을 구비하고, 주어진 보드의 커넥터는 그 폭에 있어 1열 (3)핀 구조(a column three pins wide)를 포함한다. 최근의 VME 백플레인의 커넥터는 5 열 (15핀) 구조(a five columns of pins)를 갖는다. 본 발명을 설명하기 위해서는 3 열 구조로 충분하고, 이것은 VME 백플레인에 국한되지 않는다. 행 및 열에 대한 언급은 본 발명에 대한 설명의 편의를 위해 의도된 것이지, 핀 배치상태에 따른 제약요건으로서 의도된 것이 아니다.

상기 백플레인(21)에 있어서, 각 핀은 별도의 트레이스에 의해 공통 지점에 연결된다. 예컨대, 핀의 바닥 행(bottom row)에 있어서는, 각 커넥터의 좌측 핀은 상기 공통 지점으로부터 발산되는 별도의 트레이스에 의해 상기 백플레인(21)의 중앙부의 공통 지점(23)에 연결된다. 특히, 모든 커넥터상의 모든 핀들에 대해, 상기 공통 지점(23)에서 핀 (31)까지의 트레이스; 상기 공통 지점(23)에서 핀(32)까지의 트레이스; 상기 공통 지점(23)에서 핀(33)까지의 트레이스; 상기 공통 지점(23)에서 핀(34)까지의 트레이스; 상기 공통 지점(23)에서 핀(35)까지의 트레이스; 상기 공통 지점(23)에서 핀(36)까지의 트레이스가 존재한다. 상기 공통 지점(24)은 함께 연결될 상기 백플레인상의 나머지 핀들과 동일한 방식으로 제 2 행의 좌측 핀에 연결된다. (일부 응용의 경우, 모든 핀들이 모든 대응 핀들에 연결되지는 않는다)

공통 지점에서 결합되는 각 트레이스에 의해 핀들을 연결함으로써, 회로는 복잡한 전송 회선(complex transmission line)으로서 보다는 간단한 집중 인덕턴스 및 커패시턴스(simple lumped inductance and capacitance)같이 작용한다. 상기 트레이스, 상기 커넥터, 상기 보드내의 스터브(stub) 및 반도체 장치의 커패시턴스는 마치 한 트레이스를 따라 분포되기보다는 상기 공통 지점에서 집중되는 것처럼 작용한다. 상기 집중 커패시턴스는 구동기 보드(driver board)로부터 상기 트레이스의 집중 인덕턴스를 통해 구동된다. 유효 회로(effective circuit)는 직렬 연결된 인덕터(inductor)인 동시에 상기 공통 지점에서 접지될 분로 콘덴서(shunt capacitor)이다.

상기 Berding 특허에서 설명된 바와 같이, 이러한 구성의 장점은 매니폴드(manifold)에 있고, 그 단점은 상기 공통 지점들로부터 발산되는 트레이스의 개수에 있다. 본 발명에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 트레이스의 개수는 집중 임피던스(lumped impedance)의 장점을 잃어버리지 않고 줄어든다.

도 3은 15개의 슬롯을 갖는 백플레이트의 좌측부를 도시한 것이다. 특히, 백플레이트(40)는 상기 백플레이트의 중앙부에 슬롯(7)을 구비한다. 상기 Berding 특허와는 달리, 슬롯(7)내의 핀(41)은 개별 트레이스보다는 단일 트레이스에 의해 슬롯(6)내의 핀(42) 및 슬롯(5) 내의 핀(43)에 연결된다. 트레이스(45)는 도면에서 그 폭이 너무 과장되게 도시되어 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 상기 트레이스(45)는 4개의 병합 트레이스의 폭과 거의 동일한 폭을 갖는다. 슬롯(8) 및 슬롯(9)내의 대응 핀들 역시 상기 트레이스(45)에 의해 함께 연결된다.

비록, 상기 핀(42) 및 (43) ( 및 슬롯(8) 및 (9)내의 대응 핀들)이 별도의 트레이스에 의해 상기 핀(41)에 연결되어 있지 않더라도, 상기 트레이스(45)의 길이가 비교적 짧기 때문에 집중 임피던스의 장점은 상실되지 않는다. 폭이 넓은 단일 트레이스는 전기적으로 개별 트레이스와 동일하지 않지만, 그 절충안은 제조가 훨씬 용이한 백플레인이다. 21 슬롯 백플레인의 경우, 상기 공통 지점들의 양측에 배치된 3개의 커넥터는 폭이 넓은 단일 트레이스와 상호 연결될 수 있다. 당업자들은 커넥터의 수가 상기 커넥터의 폭 및 간격에 좌우된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 약 100 mm이하의 길이를 갖는 폭이 넓은 단일 트레이스가 클록 속도(clock speed)에 따라 사용될 수 있다.

이러한 구조의 변화로 인해 본 발명은 종래 기술보다 유리한 몇 가지 중요한 장점을 제공한다. 상기 백플레인의 구조가 단순화되고, 집중 임피던스 특성(lumped impedance characteristic)이 소실되지 않고, 공통 지점(41)에 연결된 모든 트레이스의 인덕턴스가 감소되는데, 그 이유는 이들 트레이스의 길이가 감소되기 때문이다. 즉, 핀(43)은 핀(51), (52), (53) 및 (54)에 대해 전기적으로 공통 지점이고, 핀(41)보다는 상기 핀들 (51), (52), (53) 및 (54)에 더 가깝다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 상기 트레이스(45)는 상기 핀(51), (52), (53) 및 (54)를 상기 핀(41)에 연결하기 위해 각각의 트레이스로 분리된다. 이러한 구조로 인해 상기 백플레인의 집중 임피던스 특성이 유지된다. 본 발명의 또 다른 일면에 따라, 각각의 트레이스는 트레이스의 수가 감소함에 따라 폭이 증가한다. 슬롯(3)에서는, 행 A와 B간에 3개의 트레이스가 존재하고, 이들 트레이스는 슬롯(4)에서 보다 폭이 더 넓다. 슬롯(2)에서는, 행 A와 B간에 2개의 트레이스가 존재하고, 이들 트레이스는 슬롯(3)에서 보다 폭이 더 넓다.

트레이스의 폭을 증가시킴으로써, 트레이스의 인덕턴스는 감소하고, 트레이스의 커패시턴스는 증가한다. 인덕턴스의 감소는 몇 가지 장점을 갖는다. 그 첫 번째 장점은 상기 트레이스를 따라 신호의 전파 지연이 감소된다는 점이다(전파지연은 LC에 비례함). 각 트레이스에 대한 지연은 비교적 중요하지 않다. 중요한 것은 트레이스들간의 지연의 변화, 즉 스큐(skew)이다. 만약, 인덕턴스 및 커패시턴스를 12%내로만 제어할수 있다면, 이들 트레이스간의 불가피한 차이로 인해 20%의 스큐를 갖게 될 것이다. 지연의 감소는 상기 스큐의 크기를 감소시키는데, 그 이유는 보다 적은 수의 20%를 취할 수 있기 때문이다. 감소된 인덕턴스의 또 다른 장점은 상기 트레이스의 상승 시간의 감소, 즉 보다 높은 클록 주파수가 사용되도록 하는 대역폭이 증가한다는 점이다. 보다 짧은 상승 시간 및 하강 시간은 트레이스가 전송 회선이 감소되는 것으로 고려되어야 하는 길이를 의미한다. 즉, 본 발명은 이전 보다 훨씬 짧은 트레이스에 적용된다.

트레이스의 폭의 변화는 인턱던스 및 커패시턴스에 영향을 주지만, 커패시턴스의 변화는 "네트(net)", 즉, 공통 지점에 연결되는 모든 것(예컨대, 커넥터, 스터브, 송수신기, 정합(matching) 커넥터)을 포함하는 시스템 커패시턴스의 다른 변화와 비논리적으로 비교된다. 트레이스는 50 nhy의 인덕턴스를 가질 수도 있고, 백플레인은 200-250 pf의 집중 커패시턴스를 가질 수도 있다. 각 보드는 10-11pf를 추가할 수 있고, 집중 커패시턴스는 백플레인을 충분히 로딩(loading)함으로써 두 배가 될 수 있다. 따라서, 트레이스의 폭 증가로 인한 집중 커패시턴스의 변화는 인덕턴스의 변화만큼 중요하지 않다. 그렇지만, 임의로 넓은 폭의 트레이스가 반드시 바람직하지는 않은 것으로 확인되었다.

도 4는 본 발명의 대체 실시예에 따라 구성된 백플레인을 도시한 것으로, 보다 긴 트레이스의 이점을 위해 보다 짧은 트레이스에서 일부 절충이 이루어진다. 도 3에서, 상기 트레이스들은 핀들의 행간의 공간을 동등하게 공유하지만, 도 4에서는 트레이스들이 상기 공간을 동등하게 공유하지 않는다.

백플레인(60)은 핀(62), (63) 및 (64)를 상호 연결하고 트레이스(66), (67), (68) 및 (70)으로 분리되는 트레이스(61)을 구비한다. 상기 네 개의 트레이스는 슬롯(4)에 걸쳐 거의 동일한 폭을 갖는다. 슬롯(4)와 슬롯(3)사이에서는, 트레이스(67) 및 (68)의 폭이 약간 증가하고, 거의 동일한 폭을 갖는다. 그러나, 트레이스(70)은 상기 트레이스(67) 또는 (68)보다 부분(73)에서 더 넓다. 슬롯(3)과 슬롯(2)사이에서는, 상기 트레이스(68)의 폭이 약간 증가하고, 트레이스(70)의 폭이 훨씬 더 증가하며, 나머지 트레이스의 폭은 트레이스(68)보다 더 넓다. 슬롯(2)에서 슬롯(1)까지, 상기 트레이스(70)은 비록 빗금친 영역(75)을 포함한다 하더라도, 그 폭이 증가하지 않는다.

도 4는 각 트레이스의 LC 적(여기서, L은 트레이스의 인덕턴스이고, C는 네트의 커패시턴스임)을 최소화시킴으로써 트레이스의 폭이 최적화되는 백플레인을 나타낸 것이다. 상기 트레이스(66)은, 상기 트레이스(67)보다 길이가 짧기 때문에, 상기 트레이스(67)보다 적은 인덕턴스를 나타낸다. 동일한 관계가 나머지 다른 트레이스에 적용된다. L상기 트레이스(67), (68) 및 (70)의 L폭을 증가시킴으로써, 상기 트레이서들간의 인덕턴스의 차이가 감소한다. 특히, 상기 트레이스(70)은 상기 트레이스(67) 및 (68)의 폭을 가능한 한 넓게 하지 않음으로써 보다 긴 길이에 걸쳐서 그 폭이 넓게 형성된다. 그 결과, 상기 트레이스(70)의 인덕턴스는 상기 트레이스(68)의 인덕턴스보다 크지 않고, 상기 트레이스(68)의 인덕턴스는 상기 트레이스(67)의 인덕턴스보다 크지 않다.

상기 트레이스(70)은, 상기 트레이스(70)과 관련한 LC 적 보다 짧은 길이의 트레이스와 관련한 LC 적 이하의 지점으로 확대되지는 않는다. 또한, 상기 트레이스(70)은 인덕턴스의 감소에도 불구하고, 집중 커패시턴스가 LC 적을 증가시키는 지점으로 확대되지 않는다. 마지막으로, 상기 트레이스(70)은 길이가 긴 트레이스의 원격 단에서의 커패시턴스의 증가로 인해 바람직하지 못한 링잉(rigning)을 야기시킬 수 있기 때문에, 영역(75)를 포함하지 않는다. 따라서, 상기 트레이스(70)은 가능한 한 그 길이 만큼 넓어지고, 트레이스의 단부에서 넓어지지는 않는다.

본 발명을 도 4에 예시된 백플레인에 적용함으로써, 상기 트레이스(66)은 공간을 포함하는 1/n(여기서, n은 트레이스의 수임)번째 이용 가능한 폭에서 왼쪽에 있다. 각 트레이스 중에서, 트레이스(66)은 가장 작은 LC 적을 갖는다. 상기 트레이스(67) 및 (68)은 보다 넓고 보다 긴 트레이스(70)의 부분에 공간을 제공하기 위해 단지 약간 확대될 뿐이다. 따라서, 트레이스들을 의미하는 첨자 및 폭이 확대된 트레이스를 의미하는 프라임(')을 이용하여 표현하면, 다음과 같다: LC70 〉LC70' ≥LC70' ≥LC68' ≥LC67' ≥LC66.

도 5는 본 발명의 또 다른 일면에 따라 구성된 백플레인의 단면도를 도시한 것이다. 백플레인(80)은 접지면(81) 및 (82)와, 신호층(signal layers) (84) 및 (85)를 구비하고, 이들은 모두 절연층에 의해 분리된다. 종래 기술의 인쇄 회로 보드(printed circuit board)와는 달리, 상기 신호층 쌍은 접지면에 의해 분리되는 대신 상호 인접해 있다. 상기 트레이스(61)은 핀(62), (63) 및 (64)에 의해 함께 연결되는 두 개의 신호층의 일부를 포함한다. 상기 트레이스(66) 및 (68)(도 4)은 상기 신호층(85)에서 함께 연결되고, 트레이스(67) 및 (70)(도 4)은 상기 신호층 (84)에서 함께 연결된다.

도 5에 예시된 구조는 신호층들이 함께 연결되는 면적이 넓고 매우 낮은 (본질적으로는 0) 임피던스 영역 및 서로 상이한 세트 핀 상에서 신호에 대해 절연(isolation)을 제공한다. 연속적인 슬롯보다는 교대로 배치된 슬롯들을 상호 연결하고 다층 구조의 인쇄 회로 보드의 두 개의 면사이에서 트레이스를 분할시키는 트레이스들을 갖는 백플레인을 구성함으로써, 분리된 면상에 두 개의 가장 긴 트레이스가 형성되어, 보다 긴 트레이스의 원격 부분의 폭 확대가 용이해진다.

도 3 및 도 4에서, 행 A와 B의 핀들 사이를 통과하는 4개의 트레이스는 동일한 폭을 갖는다. 현재, 이것은 인쇄 회로 보드에 대한 설계 규정, 즉, 라인 폭 및 간격 한도(spacing limits)에 의해 결정된다. 가능하면, 본 발명에 따라, 그 전체 길이를 따라 적어도 상기 트레이스(70)의 폭을 확대할 수 있다.

인쇄 회로 보드는 일반적으로 유리 에폭시(FR-4)로 제조된다. 인쇄 회로 보드를 제조하기 위한 재료로서 아세테이트 시안화물(cyanide acetate)과 같은 다른 물질이 사용되었고, 이들 물질은 유리 에폭시보다 유전율이 낮다. 낮은 유전율은 전송 회선의 기능을 수행하는 트레이스를 구비한 백플레인에서는 별로 중요하지 않지만, 본 발명에 따라 구성된 백플레인의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. 유리 에폭시 보드(glass epoxy board)는 약 5.0의 유전율을 갖는다. 아세테이트 시안화물 보드는 3.0-3.3의 유전율을 갖는다. 낮은 유전율로 인해 커패시턴스는 감소하고, 전파 속도가 고속화됨으로써, 지연 및 스큐가 감소되며 상승 시간이 짧아진다. 이러한 특성 향상은 유전율의 차의 제곱근에 비례한다. 또한, 단일 층과 접지면간의 분리현상을 줄일 수 있고, 그에 따라, 커패시턴스가 증가하지만, 인턱턴스, 상승 시간, 스큐 및 누화현상은 감소한다.

따라서, 본 발명은 핀들간에 트레이스의 수가 감소함으로 인해, 종래 기술의 고속 백플레인보다 제조가 더 용이한 고속의 백플레인을 제공한다. 공통지점보다 공통 영역이 보다 긴 트레이스의 길이 및 인덕턴스를 감소시킨다. 또한, 보다 긴 트레이스의 원격 부분의 폭을 증가시킴으로써 인덕턴스가 감소하고, 각 트레이스의 집중 임피던스의적을 최소화함으로써 스큐가 최소화되고, 대역폭이 증가한다. 그 결과, 상기 Berding 특허에 개시된 백플레인보다는 상당히 향상된 특성을 보여준다.

예컨대, 4 또는 5개 이상의 슬롯을 구비한 백플레인으로부터 본 발명의 큰 이점을 얻을 수 있다하더라도, 본 발명은 슬롯의 개수와는 무관한 슬롯 개수를 구비한 백플레인에 적용될 수 있다. 그러나, 동시에 즉, 보다 짧은 트레이스를 병합하고, 보다 긴 트레이스의 원격 부분을 확대할 수 있다는 두 가지 개선점을 이용하는 것이 바람직하지만 필요한 것은 아니다.

지금까지, 특정의 바람직한 실시예 및 그 대체 실시예와 관련하여 본 발명이 상세히 개시되고 설명되었지만, 상기 본 발명에 대한 개시는 단지 본 발명의 적용예에 불과한 것이고, 본 발명을 수행하기 위한 최상 모드로서 본 명세서에 개시된 특정 실시예에 국한되는 것은 아니다.

또한, 하기 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 일탈하지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변경될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 백플레인 및 상기 백플레인에 각각 연결되는 다수의 로직 보드를 구비하는 데이터 처리 시스템에 있어서,

   상기 로직 보드를 수용하기 위해 서로에 대해 거의 평행하게 배치되고 각각의 핀을 각각 구비한 다수의 커넥터와;

   다수의 공통 지점과;

   각 트레이스에 의해 상기 각 커넥터에서 상기 공통 지점들 중 어느 한 지점까지 핀을 전기적으로 연결함으로써 각 공통 지점에서 집중 임피던스 특성을 야기시키기 위한 다수의 도전 트레이스를 포함하고,

   상기 도전 트레이스중 적어도 한 트레이스의 일부분은 나머지 트레이스보다 폭이 더 넓어짐으로써 상기 트레이스의 인덕턴스 및 네트의 커패시턴스의 적(積)이 감소되는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥터들은 상기 백플레인의 제 1 단부와 제 2 단부사이에 배치되고, 상기 공통 지점들은 상기 백플레인상의 거의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 백플레인의 중앙부의 각 공통 지점까지의 트레이스들이 병합되어, 상기 공통 지점의 양측상에 트레이스상의 신호의 상승 시간에 비해 짧은 길이를 갖는 단일 트레이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 핀들은 행과 열로 배열되고, 상기 열은 상기 커넥터들에 거의 평행하고, 상기 제 1 단부 및 제 2 단부 근방에 있는 상기 트레이스들은 상기 행들간에 이용 가능한 공간에 의해 결정되는 폭을 가짐으로써, 보다 긴 트레이스의 폭이 증가하여 상기 보다 긴 트레이스의 LC 적이 감소되는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 공통 지점에서 상기 제 1 단부까지 연장하는 가장 긴 제 1 트레이스 및 상기 공통 지점에서 상기 제 2 단부까지 연장하는 가장 긴 제 2 트레이스는 나머지 트레이스보다 폭이 넓은 단부 부분을 갖지만, 그 폭은 행들간의 이용 가능한 폭보다 작음으로써, 상기 가장 긴 트레이스의 LC 적이 최소화되는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 주어진 커넥터에서, 상기 가장 긴 제 1 트레이스의 폭은 상기 가장 긴 제 2 트레이스와 동일한 2열 핀사이에서 연장하는 다른 트레이스들의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 데이터 처리 시스템.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 백플레인의 중앙부의 각 공통 지점까지의 트레이스들이 병합되어, 상기 공통 지점의 양측상에 트레이스상의 신호의 상승 시간에 비해 짧은 길이를 갖는 단일 트레이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 시스템.
8. 데이터 처리 시스템을 위한 백플레인에 있어서,

   (a) 인쇄 회로 보드와;

   (b) 상기 인쇄 회로 보드에 연결되고 다수의 핀을 각각 구비하는 다수의 커넥터와;

   (c) 기판상에 배치되고, 상기 핀들중 하나에 전기적으로 연결되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 각각 구비하는 다수의 신장된 도전 트레이스와;

   (d) 다수의 공통 지점을 포함하고,

   상기 트레이스는 상기 공통 지점에 대응하여 그룹화되고, 각 그룹의 상기 트레이스의 상기 제 2 각 단부는 상기 트레이스의 그룹에 대응하여 상기 공통 지점에 전기적으로 연결됨으로써, 각 트레이스는 상기 트레이스가 전기적으로 연결되는 상기 공통 지점에서 집중 고주파 임피던스 특성을 나타내고,

   적어도 일부 트레이스는 상기 제 1 단부 근방보다 상기 제 2 단부 근방에서 폭이 더 넓어짐으로써, 상기 트레이스의 상기 집중 고주파 임피던스 특성이 최소화되는 것을 특징으로 하는 백플레인.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 보드는 다수의 절연층과 교대로 번갈아 배치되는 다수의 도전층을 구비하는 것을 특징으로 하는 백플레인.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 커넥터에 인접한 트레이스는 상기 인쇄 회로 보드의 별도의 도전층에 배치되는 것을 특징으로 하는 백플레인.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 트레이스의 제 2 단부는 상기 공통 지점에서 병합되어 적어도 두 개의 인접 커넥터를 상호 연결하는 공통 영역을 형성하고, 상기 공통 영역은 상기 공통 지점과 상기 트레이스의 제 1 단부사이의 위치에 있는 각각의 트레이스로 분리되는 것을 특징으로 하는 백플레인.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 두 개의 인접 도전층의 상기 공통 영역은 상기 인쇄 회로 보드에서 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 백플레인.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 보드는 5 이하의 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 백플레인.