KR20080036147A

KR20080036147A - 전자기적 결합의 상호 접속 시스템 아키텍쳐

Info

Publication number: KR20080036147A
Application number: KR1020087006152A
Authority: KR
Inventors: 찰스 에이. 밀러
Original assignee: 폼팩터, 인크.
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2008-04-24
Also published as: JP4256168B2; US6882239B2; US20100045407A1; KR20040012802A; DE60141659D1; WO2002091616A3; TW543234B; DE60128730D1; EP1388070B1; WO2002091616A2; CN1333354C; US20050156755A1; JP2005513824A; CN1620652A; JP2009124714A; US20020186106A1; DE60128730T2; US7889022B2; US7612630B2; AU2002236576A1

Abstract

전자 시스템 내 소자들간의 비접촉 근접 접속을 구현하는 전자기 상호접속 방법 및 장치가 개시된다. 전자 시스템 내 소자들 사이에서 통신될 데이터는 반송 신호 형태로 변조되어 전자기 결합에 의해 비접촉으로 송신된다. 전자기 결합은 시스템 내 소자들간에 직접 행해질 수도 있고, 혹은 매개 전송 매체를 통해 구현될 수도 있다.

전자기 상호 접속, 전자기 결합, 비접촉, 집적 회로, 전자기 결합기, 전송선

Description

전자기적 결합의 상호 접속 시스템 아키텍쳐{ELECTROMAGNETICALLY COUPLED INTERCONNECT SYSTEM ARCHITECTURE}

본 발명은 일반적으로 집적 회로 및/또는 전기 시스템 등의 전자 부품 간에 통신 경로를 제공하기 위한 전자기 비접촉 상호 접속 방식에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자 소자들이 서로 직접 혹은 매개 소자를 통해 비접촉 근접 접속에 의해 전자기적으로 결합되는 전기적 상호 접속 방식에 관한 것이다.

전자 시스템의 집적 회로와 기타 소자들은 통상 배선 상호 접속 구조(wired interconnection structures)를 통해 서로 통신한다. 예를 들어, 데이터 처리 혹은 연산 시스템의 경우, 버스와 같은 병렬 배선 인터페이스는 시스템 내의 메모리 집적 회로와 같은 다른 집적 회로들에 마이크로 프로세서를 링크시킬 수도 있다. 상호 통신을 위해서는, 시스템의 집적 회로와 다른 전자 소자들 모두는 DC(direct current) 경로를 통해 배선 상호 접속 구조에 물리적으로 접속되어야만 한다. 즉, 집적 회로와 기타 전자 소자들은 배선 상호 접속 구조와 물리적 접촉을 취해야만 한다. 그 후, 집적 회로와 기타 시스템 소자들은 배선 상호 접속 구조를 통해 서로 전자 신호를 보낼 수 있다.

일반적으로 하나의 집적 회로 혹은 시스템 소자만이 임의의 소정의 시간에 배선 상호 접속 구조에 신호를 보낼 수 있지만, 집적 회로 및 시스템 소자 전부가 통상 그 배선 상호 접속 구조에서 이동하는 각각의 신호를 모니터한다. 통상, 집적 회로 혹은 시스템 소자는 데이터가 그 집적 회로 혹은 시스템 소자에 어드레스되지 않는 한 배선 상호 접속 구조에서 이동되는 데이터를 무시한다.

통상의 배선 상호 접속 구조의 경우, 각각의 배선 신호선은 통상 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 등의 위에 별도의 트레이스(trace)로 구현된다. 각각의 집적 회로 혹은 시스템 소자 내의 드라이버와 수신기는 배선 상호 접속 구조의 각각의 라인을 타고 이동되는 신호들을 송신 및 수신한다. 드라이버와 수신기들은 라인들을 물리적으로 접촉시키고 이를 통해 라인을 이용한 전기적 접속을 만들어냄으로써 송신 및 수신을 행하게 된다. 그러나, 이러한 종래의 방법들은 몇 가지 단점들을 가지고 있다. 즉, 종래 방식은 비용 부담이 크며, 전력 소모적이고, 고주파수 신호를 왜곡 및 감쇠시킬 수 있을 뿐만 아니라 가끔은 대용량의 ESD(electrostatic discharge) 보호 장치를 요구하는 경우도 있다. 많은 고주파수 어플리케이션의 경우, 집적 회로 혹은 시스템 소자 그 자체의 속도보다는 오히려 배선 상호 접속 구조에 의해 초래된 신호 왜곡이 집적 회로 및 시스템 소자들이 서로 통신할 수 있는 속도 혹은 데이터 전송율을 제한하는 경우가 종종 있다.

본 발명은 전자 시스템 내 소자들간의 비접촉 근접 접속을 구현하기 위한 방 법 및 장치에 관한 것이다.

일 실시예에서, 집적 회로와 같은 복수의 전자 부품은 전송선에 전자기적으로 결합된다. 제1 전자 부품은 또 다른 전자 부품으로 전송되어질 데이터를 변조한다. 변조된 데이터 신호는 제1 전자 부품으로부터 전송선에 전달되며, 다음에 전자 부품 및 전송선 어느 쪽의 물리적 접촉도 필요로 하지 않는 전자기 결합에 의해 전송선으로부터 기타 전자 부품에 전달된다. 또 다른 실시예의 경우, 집적 회로와 같은 전자 부품들은 전송선과 같은 매개물(intermediary) 없이 서로 직접 전자기적으로 결합된다.

본 발명은 전자 시스템 내 소자들간의 비접촉 근접 통신(contactless, proximity connections)을 구현하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다. (본 명세서에서 사용되는 "비접촉;contactless"이란 전자가 흐를 수 있는 직접적인 물리적 혹은 기계적 접촉의 결여를 말하는 것이며, "비접촉"은 도체들간의 직접적인 전기적 접촉이 요구되지 않음을 의미한다.)

이어서 본 발명의 예시적 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명은 다음의 예시적 실시예 혹은 예시적 실시예들이 작용하거나 혹은 본 명세서에서 설명되고 있는 방식으로 국한되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 예시적 실시예를 나타내고 있다. 도 1에 도시 된 바와 같이, 전자 시스템(10)은 복수의 집적 회로(14(1)-14(x))와 전송선(22)을 포함하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전송선은 통상 반송선(return line)을 포함하고 있다. 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 집적 회로(14(1)-14(x))는 인쇄 회로 기판(21)에 탑재되며, 전송선(22)은 인쇄 회로 기판(21)에 매립된다. 이와 달리 전송선(22)은 인쇄 회로 기판(21)의 표면에 위치할 수도 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 전송선(22)은 반사(reflections)를 줄이거나 제거하기 위해 그 특성 임피던스(27, 29)에서 종결되는 것이 바람직하다.

집적 회로(14(1)-14(x))는 집적 회로 혹은 전자 회로 중 어느 한 타입일 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 집적 회로(14(1)-14(x))는 메모리 소자(memory device), 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러, 디지털 논리 소자(digital logic device), 아날로그 소자 혹은 이들의 조합일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 도 4는 본 발명에 사용될 수도 있는 예시적 집적 회로(14)의 블록도를 나타내는 도면이다. 비록 집적 회로의 일 부분은 아니지만, 명료화 및 논의를 위한 목적으로 도 4에는 전송선(22)도 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 집적 회로(14)는 집적 회로의 기능을 구현하는 논리 회로(12)를 포함할 수 있다. 또한 집적 회로(14)는 논리 회로(12)로의 신호의 입출력을 제어하기 위한 입력/출력 인터페이스(15)를 포함하고 있다. 이러한 신호들은 아날로그 혹은 디지털 신호의 어느 한 타입이 될 수 있다. 예를 들어, 데이터 처리 혹은 연산 시스템의 경우, 신호들에는 데이터 신호, 어드레스 신호, 제어 신호, 타이밍 신호, 클록 신호 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 본 명세서 에서 사용되고 있는 용어 "데이터"와 "신호"는 그러한 신호 모두를 포함하는 의미이다.

각각의 집적 회로(14)는 무선 주파수 (RF) 송수신기(16) 및 소형 전자기 결합기(18)도 포함할 수 있다. 전자기 결합기는 표준 반도체 제조 기법을 이용하는 집적 회로 상에 혹은 그 안에 형성될 수 있는 충분히 소형인 것이 바람직하다. 이와 달리, 전자기 결합기(18)는 반도체 패키지의 일부로서 제조될 수 있다. 따라서, 전자기 결합기는 통상의 반도체 다이보다 소형인 것이 바람직하다. 도 1 내지 도 4에 예시되고 있는 실시예의 경우, 입력/출력 인터페이스(15)는 송수신기(16)에 직렬 인터페이스를 제공하는 것이 바람직하고, 송수신기(16)는 임의의 적절한 RF 변조 기법을 이용하여 입력/출력 인터페이스(15)로부터 수신된 데이터를 인코딩한다. 적합한 RF 변조 기법의 비배타적 예들은 진폭 변조(AM), 주파수 변조(FM), 위상 부호 변조(PCM), 위상 변조(PM) 혹은 이들의 어느 조합을 포함한다. 모뎀 기술에서 이용되는 변조 기법은 본 발명에서 특히 이점이 있을 수 있는 것으로 믿어진다. 그러나, 송수신기의 특정 설계와 특정한 변조 기법은 본 발명에 결정적인 사항은 아니며, 임의의 적절한 송수신기와 변조 기법이 본 발명에 이용될 수도 있다.

송수신기(16)는 변조된 신호를 전자기 결합기(18)에 공급한다. 전자기 결합기(18)는 집적 회로(14)상에 혹은 그 한 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전자기 결합기(18)의 일단은 접지되는 것이 바람직하지만, 이와 달리 원하는 방향의 결합, 파워, 혹은 왜곡 특성을 얻기 위해 임피던스(19)에서 종결될 수도 있다. 또한, 전자기 결합기(18)는 끝을 이루거나 혹은 접지 이외 의 기준 전압 혹은 개방 회로에 접속될 수도 있다.

전자기 결합기(18)는 전송선(22)에 전자기적으로 결합되도록 전송선(22)에 근접하여 배치된다. 전자기 결합기(18)는 전송선(22)의 약 10 밀리미터 내에 배치된다. 그러나, 본 발명은 임의의 전자기 결합기(18)를 전송선(22)의 10 밀리미터내에 배치하는데 한정되는 것은 아니다. 전송선(22)은 통상 인쇄 회로 기판(21)에 매립되거나 혹은 그 위에 위치한다. 전자기 결합기(18)는 전송선(22)에 전자기적으로 결합되기 때문에, 송수신기(16)에 의해 전자기 결합기(18)에 공급되는 변조된 신호는 유사하지만 감쇠된 신호를 전송선에 유도한다. 따라서 집적 회로(14)와 전송선(22)간에는 비접촉 통신 경로 혹은 채널이 제공된다.

전송선(22)은 마이크로스트립 라인, 스트립 라인, 연선(twisted pair), 동축 케이블, 와이어 오버 그라운드(wire over ground), 도파관이나, 이들의 조합, 하이브리드 혹은 변형에 국한되지 않는 어떠한 유형의 전송선을 포함할 수도 있다. 전송선의 특정 설계나 구현은 본 발명에 결정적인 것은 아니며, 더욱이, 전자기 결합기(18)와 전자기적으로 결합되어 도통되거나 혹은 수신된 신호를 전달할 수 있다면(channeling) 어떠한 구조라도 본 발명에서의 전송선(22)처럼 기능할 수 있다.

그 특정한 구현에 상관없이, 전송선(22)은 인쇄 회로 기판(21)내에 매립되는 것이 바람직하다. 그러나, 전송선은 전자기적으로 결합된 회로들 사이의 채널에 상호 접속을 제공할 수 있도록 형성 혹은 다른 방법으로 탑재될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 반사를 방지하거나 혹은 최소화하기 위해, 전송선(22)은 그 특성 임피던스(27, 29)의 일단 혹은 양단에서 종결되는 것이 바람직하다.

인쇄 회로 기판(21)은 전자 분야에서 일반적으로 사용되고 있는 통상의 인쇄 회로 기판이 바람직하다. 그러나, 인쇄 회로 기판(21)의 설계와 구성(composition)은 본 발명에 결정적인 것은 아니며, 전자 부품을 지원할 수 있고, 전송선이나 도전체들이 부착 혹은 형성될 수 있으면 어떠한 기판도 가능하다.

하나의 집적 회로(14(1))에 의해 전송선(22)에 유도되는 변조 신호는 시스템(10)내의 또 다른 집적 회로(14(x))에 의해 탐지될 수도 있다. 즉, 전송선(22)내의 변조 신호는 기타 집적 회로 혹은 회로들(14(x))의 전자기 결합기(18(x))에 유사하지만 감쇠된 신호를 유도하며, 그 전자기 결합기(18(x))는 전송선에 전자기적으로 결합될 정도로 전송선(22)에 근접하여 배치된다.

도 4에 예시된 바와 같이 집적 회로가 구성되는 것으로 하면, 전자기 결합기(18)에 의해 감지된 변조 신호는 송수신기(16)에 의해 디코드(변조)된다. 다음에 디코드된 데이터는 논리 회로(12)에 데이터를 공급하는 입력/출력 버스(15)에 제공된다.

전자기 결합기(18) 및 전송선(22) 간의 결합은 도 4에 예시된 바와 같이 전자기 결합기의 특성 임피던스의 전자기 결합기(18)의 접지 단부를 종결시킴으로써 선택적으로 지향성이 될 수도 있다. 다음에, 전자기 결합기의 어느 단부가 접지쪽으로 (도 4에 도시된 바와 같이 특성 임피던스를 가지며) 종결되는지 그리고 어느 단부가 송수신기(16)에 접속되는 지에 따라, 전자기 결합기(18)는 전송선(22)을 따라 일방향으로만 이동하는 RF 신호를 유도할 수도 있고, 전송선(22)을 따라 반대 방향으로만 이동하는 RF 신호를 수신할 수도 있다.

예를 들어, 그 파(wave)가 결합기(18)의 접지 단부를 통과하고 그 후 송수신기(16)에 접속된 결합기(18)의 단부를 통과하도록 전송선(22)상을 이동하는 전자기파는 송수신기(16)에 의해 탐지되는 결합기(18)의 신호를 발생시키게 된다. 한편, 전송선(22)을 따라 반대 방향으로 이동하는 전자기파는 임피던스(19)에 의해 소산되는 결합기(18)의 파를 발생시키게 될 것이며, 송수신기(16)는 그 파를 탐지하지 못 할 것이다.

임피던스(19)가 존재하지 않으면(예를 들어, 결합기(18)가 접지 되거나 혹은 개방 회로가 되면), 결합기(18)에서 발생된 파는 결합기(18)의 말단에서 다시 송수신기(16)내로 반향된다. 따라서, 임피던스(19)가 없으면, 전송선(22)상의 어느 한 방향으로 이동하는 파들은 송신기(16)에 의해 검파된다.

임피던스(19)가 존재하는 지에 상관없이, 송수신기(16)의 송신기부에 의해 발생된 전자기파들은 송수신기로부터 결합기의 접지 말단쪽으로 결합기(18)를 따라 전파될 것이다. 결합기(18)를 따라 전파하는 파로 인해 전송선(22)에는 동일 방향으로 파가 생성되게 된다. 임피던스(19)가 존재하지 않으면, 결합기(19)의 파는 결합기(18)의 접지 말단에서 반사되어 다시 송수신기(16)쪽으로 전파될 것이다. 반사된 파는 동일 방향의 전송선(22)내 파를 반사파로서 발생시킬 것이다. 따라서, 임피던스(19)가 없으면, 전송선(22)내에서는 양방향으로 파들이 생성될 것이다.

그러나, 만일 임피던스(19)가 존재하면, 결합기(18)에 의해 생성된 초기파는 결합기(18)를 따라 다시 송수신기(16)쪽으로 반사되지는 않을 것이다. 오히려, 초 기파는 임피던스(19)에 의해 소산될 것이다. 이러한 경우에, 파는 전송선(22)에서 단지 일 방향으로만 생성된다. 따라서, 만일 임피던스(19)가 존재하면, 송수신기(16)의 송신기부는 전송선(22)에 단지 일 방향으로만 파를 만들어 낼 것이다.

전술한 바와 같이, 결합기(18) 및 전송선(22)간의 방향성 결합(directional coupling)은 예를 들어, 집적 회로(14(1))의 논리 회로(12)가 마이크로프로세서이고, 기타 집적 회로 혹은 회로들(14(x))이 메모리들이거나 혹은 마이크로프로세서와는 통신하지만 서로 통신하지는 않는 기타 소자들인 경우에는 이점이 있을 수 있다. 그러한 경우의 예에 대해 도 5를 참조하여 이어서 설명한다. 그러한 경우, 집적 회로(14(1))의 전자기 결합기(18)는 신호를 전송선(22)의 우측으로 송신하도록 그리고 전송선(22)의 좌측으로 이동하는 신호들을 수신하도록 지향될 수도 있다. 집적 회로 혹은 회로들(14(x))의 전자기 결합기(18)는 신호를 좌측으로 송신하고 우측으로 송신된 신호들을 수신하도록 배향될 수 있다. 이러한 방향성 결합은 그 집적 회로 중 어느 하나가 집적 회로(14(1))에 전송 중인 경우 집적 회로 혹은 회로들(14(x))에 의해 초래되는 부하를 제한할 수 있다. 물론, 전자기 결합기(18) 및 전송선(22)간의 결합은 전자기 결합기(18)를 개방 회로 혹은 접지시키는 것만으로 양방향성으로 행해질 수 있다.

간단한, 예시적 송수신기가 도 6a 및 도 6b에 예시되어 있다. 도 6a는 전형적인 송신기(300)의 회로 부분을 예시하고 있으며, 도 6b는 전형적인 수신기(400)의 회로 부분을 예시하고 있다. 송신될 데이터는 XOR 게이트(306)의 단자(302)에서 입력된다. 구형파 반송 신호가 XOR 게이트(306)의 단자(304)에서 입력된다. 구형파 반송 신호는 시스템 클록 신호일 수도 있다. XOR 게이트(306)의 출력(308)은 데이터와 전송될 클록 모두를 담고 있는 BPSK(bipolar phase shift keying) 변조 신호이다. 레지스터(310)은 결합 루프(312)를 통해 흐르게 될 전류의 양을 제어한다. 결합 루프(312)는 전술한 바와 같이, 결합 루프(312)에 전자기적으로 결합되는 전송선 혹은 기타 임의의 결합 루프에 유사하지만 감쇠된 변조 신호를 유도하는 변조 신호에 상응하는 전자기 에너지를 방사한다.

도 6b에 예시되고 있는 전형적인 수신기 회로(400)의 경우, 어느 결합 루프 혹은 결합 루프(402)에 전자기적으로 결합된 전송선에 의한 변조 신호의 송신에 의해 결합 루프(402)에는 감쇠된 변조 신호가 발생된다. 변조 신호는 증폭기(404)에 의해 증폭된다. 증폭 및 변조된 신호(406)는 비트 합성기(408)에 의해 복조된다. 비트 합성기(408)가 PLL(phase locked-loop) 회로를 요구하는 경우에는, 대부분의 집적 회로에서 통상 발견되는 PLL 회로를 사용하는 것이 적합할 수도 있다. 비트 합성기(408)는 변조된 데이터와 변조된 신호로부터의 클록 신호를 출력(410)에서 출력한다. 또한, 송신 신호의 변조를 위해 시스템 클록 신호가 송신기에 의해 사용되었다면, 비트 합성기의 클록 출력이 시스템 클록 신호로서 출력(412)에 사용될 수도 있다. DLL(delay lock loops) 및 초기 지연 판별기(early-late discriminators)에 국한하지 않고 기타 비트 합성기 클록 복구 방식(clock recovery scheme)이 이용될 수도 있다.

전술한 송수신기의 구성은 어디까지나 예시를 위한 것이다. 상기한 송수신기의 상세 구성은 본 발명에 결정적인 요소가 아니며, 본 발명에 적절한 임의의 송 수신기가 사용될 수 있다.

따라서, 전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 도체의 직집적인 전기 접속이 필요없이 시스템(10) 내의 2개 또는 그 이상의 집적 회로의 상호 통신이 가능하다. 제1 집적 회로(14(1))의 전자기 결합기(18)와 또다른 집적 회로 14(x)의 전자기 결합기(18) 사이의 모든 또는 일부 경로는 비접촉 통신 채널 또는 경로라고 할 수 있다.

도 5는 전자 시스템(11)의 일례를 나타낸 것으로서, 8개의 집적 회로(14(1)-14(8))가 전자기적으로 전송선(22)에 결합되어 있다. 예를 들어, 상기한 8개의 집적 회로는 1개의 마이크로프로세서(14(1))와 7개의 메모리 소자(14(2)-14(8))일 수 있다. 8개의 집적 회로(14(1)-14(8))는 인쇄 회로 기판(도 5에 도시되지 않음) 상에 탑재된다. 상기한 전자기 결합기(18(1)-18(8))는 전송선(22)에 전자기적으로 결합되어 있다. 상기한 시스템(11)은 완전 또는 부분적으로 차폐되어 있을 수도 있다. 차폐와 관련된 구성예에 대해서는 아래에서 보다 상세히 기술하기로 한다.

상기한 시스템(11)의 동작예는 다음과 같다. 본 예에서는, 마이크로프로세서인 집적 회로(14(1))가 본예에서 메모리 소자인 집적 회로(14(4))에 대해 데이터의 기입을 하고자 하는 경우이다. 이를 위해, 집적 회로(14(1))는 메모리에 기입되는 데이터, 기입 명령 코드, 및 데이터를 반송 신호에 기입하는 메모리 소자(14(4))와 그 위치를 식별하는 어드레스를 변조한다. 전자기 결합기(18(1))는 전송선(22)에 전자기적으로 결합되어 있으므로, 전자기 결합기(18(1))에서의 변조 신호는 전송선 상에서 이와 유사한 감쇠된 신호를 생성하게 되며, 이는 다시 각각 의 전자식 결합기(18(2)-18(8))에서 이와 유사한 보다 감쇠된 신호를 생성하게 된다. 이와 같은 방식으로, 본 예의 모든 메모리 소자, 즉 각각의 다른 집적 회로(14(2)-14(8))는 마이크로프로세서(14(1))에 의해 전송된 데이터, 기입 명령 및 어드레스를 수신하게 된다. 상기한 어드레스는 메모리 소자(14(4))를 상기한 전송의 수신처로서 식별하고 있으므로, 메모리 소자(14(4))만이 상기한 데이터를 보유 및 처리하게 된다. 물론, 시스템의 구현에 따라서 단일 채널이 지원할 수 있는 데이터 속도에 비해 고속의 데이터 속도를 요구하는 경우에는, 다중의 전송선 및 채널을 이용할 수도 있다.

본 발명에서는 반드시 필요하지는 않지만, 전자 시스템(10)에 차폐재를 도포하여 전술한 도 1-도 3에 도시된 비접촉 통신 채널 또는 경로를 부분적으로 또는 완전히 차폐할 수도 있다.

예를 들어, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 차폐면(38)을 이용하여 집적 회로(14) 상의 회로를 전자기 결합기(18)로부터 차폐시킬 수도 있다. (도 2는 인쇄 회로 기판(21)의 상부면 상에 탑재된 도 1의 복수의 집적 회로(14(1)-14(x))를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2의 집적 회로(14(1)-14(x)) 및 인쇄 회로 기판(21)을 나타낸 부분 단면도이다.) 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기한 집적 회로의 능동 회로 소자(예컨대, 도 4에 도시된 논리 회로(12), 입/출력 인터페이스(15) 및 송수신기(16))는 반도체 기판과 그 위에 형성된 각종의 금속 및 절연층을 포함하고 있는 다이(32) 상에 제작된다.

상기한 다이 상의 회로와 전자기 결합기(18) 사이에는 차폐면(38)이 형성된 다. 이 차폐면은 전자기 신호를 흡수 또는 차단하기에 적합한 임의의 종류의 도전재로 되어 있을 수 있다. 다이(32) 상에는 상기 차폐면(38)을 둘러싸도록 절연층(34 및 36)이 형성될 수도 있다. 도 3의 실시예에서는, 차폐면(38) 내에 비아(39)가 제공되어, 집적 회로(14) 상의 능동 회로(예컨대, 도 4의 송수신기(16))를 전자기 결합기(18)에 전기 접속시킨다. 본 발명에서는 반드시 필요하지는 않지만, 상기한 차폐면(38)은 접지될 수도 있으며, 상기한 전자기 결합기(18) 또는 집적 회로(14)와 접지와의 접속을 제공할 수도 있다. 한편, 상기한 차폐면(38)은 전압원에 전기 접속될 수도 있으며, 집적 회로(14)에 전원 또는 기준 전압을 제공할 수도 있다.

인쇄 회로 기판(21) 상에 또는 그 내부에 하나 또는 그 이상의 차폐면을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 전송선(22)과 집적 회로(14) 사이의 인쇄 회로 기판(21) 상에 차폐면(46)을 형성하거나 또는 그 내부에 매립할 수도 있다. 도 3의 실시예에 나타낸 바와 같이, 차폐면(46) 내의 하나 또는 그 이상의 갭(gap) 또는 "윈도우"(50)는 전자기 결합기(18)와 전송선(22) 사이에서 갭(50)을 통한 전자기식 결합을 가능하게 한다. 또한, 상기한 차폐면(46)은 접지, 기준 전압 또는 전원에 접속되어, 인쇄 회로 기판(21) 또는 집적 회로(14)에 대한 접지 접속, 기준 전압 또는 전원을 제공하는데 사용할 수도 있다. 차폐면(38)은 결합 루프(18) 또는 전송선(22)으로부터의 방사에 의해 다이 상의 회로가 영향을 받지 않도록 하는 갭(50)의 뚜껑(lid) 또는 커버로서 작용할 수도 있다.

상기한 인쇄 회로 기판(21)의 상부 또는 그 범위 내에 또 다른 차폐면(48)을 제공하여, 이 차폐면(48)과 상기한 차폐면(46)의 사이에 전송선(22)이 배치되도록 할 수도 있다. 또한, 이들 차폐면(46, 48)은 접지, 기준 전압 또는 전원에 접속되어, 인쇄 회로 기판(21) 또는 집적 회로(14)에 대한 접지 접속, 기준 전압 또는 전원을 제공하는데 사용할 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기한 인쇄 회로 기판(21) 상에 또는 내부에 층(40, 41, 42 및 43) 등의 절연층이 포함될 수도 있다.

따라서, 전술한 차폐면은 하나의 집적 회로(14) 상의 전자기 결합기(18)로부터 또 하나의 집적 회로 상의 전자기 결합기(18)로의 통신 경로를 부분적으로 차폐시킨다. 상기한 통신 경로를 보다 완전하게 차폐시키기 위해 상기한 통신 경로의 둘레에 추가의 차폐면, 트레이스(trace) 또는 와이어를 배치할 수도 있다. 예를 들어, 전송선을 보다 완전하게 차폐시키기 위하여 전송선(22)의 주위에 추가의 차폐를 제공할 수도 있다. 또한, 전자 시스템(10) 자체의 주위에 차폐재를 배치하여 시스템 전체를 완전 또는 부분적으로 "차단"(close)할 수도 있다.

상기한 송수신기를 구성하는 회로는 표준 반도체 제작 기술을 이용하여 집적 회로 상에 제작할 수도 있다. 즉, 집적 회로를 구성하는 전체 회로의 또 하나의 부분으로서 상기한 송수신기를 설계 제작할 수도 있다. 전자기 결합기 및 차폐면도 마찬가지로 표준 반도체 제작 기술을 이용하여 집적 회로 상에 또는 그 내에서 제작할 수도 있다.

전자 분야에서는 다수의 다중화, 데이터 교환, 통신 방식 및 프로토콜이 공지되어 있으며, 전술한 실시예에서의 집적 회로 간의 데이터 전송에는 상기한 임의 의 방식 또는 그 조합을 이용할 수 있다. 예를 들어, 공지의 다중화 방식으로는, 시분할 다중화, 주파수 분할 다중화 및 코드 분할 다중화를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 공지의 프로토콜의 예로는, SCI(Scalable Coherent Interface), 방화벽, 이더넷 및 USB(Universal Serial Bus)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 물론, 본 발명에서는 상기한 임의의 다중화 방식 또는 프로토콜 또는 그 조합이 이용될 수 있다.

또한, 전자기 결합기(18) 내의 신호와 전송선(22)에서 생성되는 대응 신호 사이(또는, 전송선(22) 내의 신호와 전자기 결합기(18)에서 생성되는 대응 신호 사이)에서 일어나는 감쇠량은, 전술한 본 발명의 실시예의 임의의 변형에 포함되는 것이다. 감쇠량에 영향을 미치는 파라미터의 예로는, 전송선(22)에 대한 전자기 결합기(18)의 근접성; 전송선(22)에 대한 전자기 결합기(18)의 물리적 방향성; 반송 신호의 파장에 대한 전자기 결합기(18)의 길이; 전송선(22) 및 전자기 결합기(18)의 형상을 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 기술분야에 숙련된 자들에게 공지되어 있는 전술한 파라미터와 기타의 파라미터를 이용하여, 상기한 전송선(22)과 전자기 결합기(18) 사이에서 무선으로 전달되는 신호의 감쇠를 미리 선택하여 시스템(10)의 설계에 고려해 넣을 수 있다.

그러나, 다수의 집적 회로(14)의 전자기 결합기(18)가 전송선(22)에 대해 강한 결합 관계(즉, 감쇠량을 대폭 줄이기 위한 결합)를 갖는 경우, 각각의 전자기 결합기는 RF 신호가 전송선(22)을 따라 진행함에 따라 RF 신호로부터 상당한 양의 전력을 빼앗아가게 되어, RF 신호가 전송선(22) 종단의 집적 회로에 도달하는 시점 에는 그 신호가 상당한 감쇠를 받게 될 수 있다. 이러한 경우, 전자기 결합기(18)를 전송선(22)에 대해 보다 느슨한 결합 관계를 갖도록 설계하여, 인입 RF 신호가 송수신기(16)에 의해 적절하게 검출되기에 필요한 전력 이상의 전력이 전자기 결합기(18)에 의해 빼앗기지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 일반적으로 말하면, 특히 다수의 소자가 공통의 채널을 공유하고 있는 시스템에서는 강한 결합에 비해 느슨한 결합이 바람직하다. 그러나, 소수의 소자만이 서로 결합되어 있는 시스템에서는 소자 간의 감쇠와 불필요한 방사를 줄이기 위해 강한 결합을 채용할 수도 있다. 예를 들어, 전송선에 대해 8개 또는 그 이하의 전자 소자가 전자기적으로 결합되어 있는 시스템에서는 강한 결합이 적합할 수 있다.

아래의 표 1은 하기의 예시적 파라미터에 대한, 전술한 도 3에 나타낸 실시예에서의 넓은 동작 조건 범위에 걸쳐 적용할 수 있는 3개의 링크 버짓(link budget) 분석을 요약한 것이다. 반송 주파수의 범위는 1-10㎓로 하고, 전자기 결합기(18)의 길이는 약 2-3㎜이며 차폐면(46)에 대해 약 50㎛ 위에 배치된 것으로 하였다. 절연층(36 및 38)의 두께는 모두 약 25㎛로 하였다. 전송선(22)의 폭은 약 150㎛이며 차폐면(46 및 48)으로부터 약 150㎛만큼 이격된 것으로 하였다. 여기서, 상기한 수치는 예시를 위한 것일 뿐이며, 후술하는 예시적 링크 버짓 분석을 위한 기초 설정(framework setting)으로서 제시된 것이다. 본 발명은 전술한 수치 또는 후술하는 동작 범위에 국한되는 것은 아니다.

표 1의 예 #1-#3은 데이터 속도 성능을 저하시키는 대신에 시스템 비용 및 복잡성을 완화한 경우이다.

하기의 수식에서 잡음 전력 Ni의 단위는 밀리와트(㎽)이다:

Ni = 1000 k Te B,

여기서,

k = 1.38 ×10^-23 Joules/Degree (볼츠만 상수)

Te = (F - 1) To

To = 370 K (100 degrees C)

F = 수신기의 잡음 지수

B = 주파수 대역폭(㎐ 단위)

따라서, 주어진 신호대 잡음비(SNR)에 대한 이용가능한 신호 대역은 다음으로부터 dBm의 단위로 계산할 수 있다.

Ni (dBm) = 10 Log [1000 k Te B]

B에 대하여 전개하면,

B = [10 ^ (Ni (dBm) /10) ] / [1000 k Te]

적정 구현시의 BPSK(bipolar phase shift keying) 디지털 변조 방식에 필요한 대역폭은 0.3bits/㎐가 적절하다. 보다 복잡한 변조 방식과 회로를 사용한다면 bits/㎐의 값(density)을 보다 높일 수 있다. 마찬가지로, 분산 스펙트럼 기술을 사용한다면, bits/㎐의 값은 낮아지지만 시스템을 복잡하게 하지 않고 보다 낮은 SNR에서 비트 에러율을 보다 낮출 수 있다.

실험예 #1은 시스템 송신기(예컨대, 도 4의 송수신기(16))의 전압이 50Ω에 대해 2.4V 피크 대 피크(p-p)이며(+11.6dBm), 손실 18㏈의 송신용 전자기 결합기(18)를 사용했으며, 수신용 전자기 결합기(18)가 추가의 18㏈ 손실을 가지며, 인쇄 회로 기판(PCB) 및 기타 시스템에서의 손실의 총합이 6㏈인 경우의 링크 버짓을 나타낸 것이다. 상기한 실험예의 경우, 요구되는 링크 마진은 10㏈이며 요구되는 SNR은 25㏈이다. 수신기의 잡음 지수는 수신기 구현에 있어서의 전형적인 잡음 지수인 8㏈로 하였다. 따라서, 이용가능한 잡음 대역폭은 0.3bits/㎐의 대역폭에서 3Gbit/sec(Gb/sec)의 데이터 속도에 대응하는 10㎓를 상회하였다. 본 실험예의 경우, 신호 레벨 전력은 본 구현예를 한정하는 요소일 필요는 없다.

실험예 #2는 송신기의 전압 6㏈ 감소되어 50Ω에 대해 1.2V p-p이며(+5.5dBm), 보다 손실이 큰 22㏈의 송신용 전자기 결합기(18)를 사용했으며, 수신용 전자기 결합기(18)는 추가의 22㏈ 손실을 가지는 경우의 링크 버짓을 나타낸 것이다. 본 실험예 #2에서의 링크 마진은 여전히 전형적인 값인 8㏈로 감소되었다. 상기한 수신기 구현시의 잡음 지수는 9㏈로 증대되었다. 본 시스템은 실험예 #1에 나타낸 시스템에 비해 시스템 구현이 보다 경제적이다. 실험예 #2의 경우, 이용가능한 잡음 대역폭은 0.3bits/㎐의 대역폭에서 480Mbit/sec(Mb/sec)의 데이터 속도에 대응하는 1.6㎓이었다.

실험예 #3에서는 송신기의 전압을 0.63V p-p로 더욱 감소시키고(0dBm), 시스템 구현에서의 손실을 보다 증대시키는 한편, 상기한 실험예 #1 및 #2에 나타낸 시스템의 링크 마진을 감소시켰다. 실험예 #3은 81Mbit/sec(Mb/sec)의 데이터 채널을 지원하면서도 구현 비용을 보다 낮춘 경우이다.

전술한 실험예 #1-#3은 모두 각종의 송신기 레벨, 수신기 구현 및 신호 대역에 대한 넓은 동작 조건 범위를 나타낸다. 본 기술분야의 숙련된 자들이라면 표 1에 예시된 수치 범위를 벗어나는 동작 조건을 채용할 수도 있다.

	단위	실험예 #1	실험예 #2	실험예 #3
송신기 출력 전압	volts p-p	2.4	1.2	0.63
RMS 전압 = Vp-p/2.88	volts rms	0.83	0.42	0.22
송신기 출력 (50Ω에 대해 ㎽)	dBm	11.6	5.5	0.0
인출 결합 손실	㏈	18	22	26
인입 결합 손실	㏈	18	22	26
PCB 및 기타 시스템 손실	㏈	6	6	6
수신기측의 RF 신호 전력	dBm	-30	-44	-58
요구되는 링크 마진	㏈	10	8	6
요구되는 SNR	㏈	25	20	15
잡음 전력 버짓	dBm	-65	-72	-79
수신기의 잡음 지수	㏈	8	9	10
수신기의 잡음 지수(F)	ratio	6	8	10
등가 잡음 온도 Te=(F-1)×370	degree K	1965	2569	3330
이용가능한 신호 대역	㎐	10.6E+9	1.6E+9	270.8E+6
0.3bit/㎐[BPSK] 에서의 비트 레이트	Mb/Sec	3,168	481	81

도 7은 접지되어 있는 차폐면 상의 2개의 2.5㎜, 50Ω마이크로스트립 트레이스(trace) 사이의 전자기 결합 감쇠량을 ㏈ 단위로 나타낸 것이다. 이들 트레이스 중의 하나는 상기한 실시예의 전자기 결합기(18)를 나타내는 것으로서, 50Ω의 출력 임피던스를 갖는 신호 발생기(예컨대, 도 4의 송수신기(16))에 의해 구동되며, 50Ω의 저항기에 의해 종단된다. 다른 하나의 트레이스는 상기한 실시예의 전송선(22)을 나타내는 것으로서, 그 양단이 50Ω의 임피던스에 의해 종단된다. 상기한 2개의 마이크로스트립 사이의 간격은 0.05㎜(plot A) 또는 0.4㎜(plot B)이다. 마이크로스트립의 모델링에는 결합의 예측을 모델링하기 쉽고 전형적인 것을 채용하여, 본 발명의 폭넓은 구조에 의해 실현될 수 있는 실제의 결합 수치들은 보다 감쇠량이 적고, 및/또는 구조의 소형화를 달성할 수 있다.

또한, 상기한 수치들은 예시를 위한 것일 뿐이며, 도 7에 제시된 샘플 데이터를 위한 기초 설정으로서 제시된 것이다. 따라서 본 발명은 상기한 수치들 또는 도 7에 제시된 샘플 데이터에 의해 제한되어서는 안된다.

도 8-도 10은 전자 시스템(10)에 채용될 수 있는 집적 회로의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 송수신기만을 포함하고 있는 도 4의 집적 회로와는 달리, 복수의 송수신기(62(1)-62(x))가 집적 회로(60)에 포함되고 있으며, 상기한 송수신기(62(1)-62(x))는 도 4에 도시된 송수신기(16)와 유사한 구성을 가질 수 있다. 도 4에 도시된 집적 회로(14)와 마찬가지로, 집적 회로(60)에 논리 회로(12) 및 입/출력 인터페이스(64)가 포함될 수도 있다.

일반적으로, 집적 회로(60)는 도 4의 집적 회로(14)가 이용되는 것과 마찬가지로 전자 시스템(10) 내에서 이용된다. 그러나, 집적 회로(60)는 자신이 구비하는 송수신기(62)의 수만큼의 전송선에 비접촉으로 결합될 수 있다.

도 9와 도 10은 전자 시스템(59)의 예시적 구성을 나타낸 것으로서, 복수의 집적 회로(60(1)-60(x))가 각각 4개의 송수신기(62)를 구비한다. 상기한 복수의 집적 회로(60(1)-60(x))는 인쇄 회로 기판(66)의 표면(65)에 탑재된다. 인쇄 회로 기판(도 5에서 점선으로 그 외관을 표시하고 있음)의 내부에는 4개의 전송선(76)이 매립된다. 전술한 바와 같이, 상기한 전송선(76)은 인쇄 회로 기판(66) 상에 형성될 수도 있다. 상기한 각각의 복수의 집적 회로(60(1)-60(x)) 상의 4개의 전자기 결합기(62(1)-62(x))는 상기한 전송선(76) 중의 하나에 결합된다. 여기서, 각각의 전자기 결합기(68)는 그 대응하는 전송선(76)으로부터 약 5㎜ 범위 내에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에 있어서, 상기한 전자기 결합기(62)가 반드시 전송선(76)의 5㎜ 범위 내에 위치할 필요는 없다. 이와 같이 하여, 전송선(76)은 4개 경로의 버스형 구조를 이루게 되며, 이 버스형 구조를 통하여 복수의 집적 회로(60(1)-60(x))가 서로 비접촉으로 통신할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 도 9에 도시된 전자 시스템(10)의 비접촉 통신 경로는 완전 또는 부분적으로 차폐될 수도 있다. 도 10은 도 9에 나타낸 전자 시스템(59)을 부분적으로 차폐시킨 경우의 실시예를 나타낸 것이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 집적 회로(60)의 4개의 전자기 결합기(68)로부터 집적 회로(60) 상의 회로들을 차폐면(69)이 차폐시키고 있다. 집적 회로(60) 내의 4개의 송수신기(62)는 각각 차폐면(69) 내의 분리된 갭을 관통하여 연장된 비아(67)를 통하여 집적 회로(60) 상의 전자기 결합기(68)에 전기 접속된다. 전송선(76) 사이에 배치되는 차폐면 또는 트레이스(80)에 의해 추가의 차폐를 제공할 수도 있으며, 차폐면(74 및 78)에 의해, 도 10에 도시된 바와 같이 그 사이에 전송선(76)이 위치하도록 함으로써 추가의 차폐를 제공할 수도 있다. 차폐면(74)을 포함시킨 경우, 각각의 전자기 결합기(68)와 전송선(76) 사이의 차폐면(74) 내의 갭(72)은 차폐면(74) 내에 포함되게 된다. 그러면, 집적 회로(60)의 전자기 결합기(68)가 상기한 갭(72)을 통하여 전송선(76)에 전자기적으로 결합되도록, 집적 회로(60)가 인쇄 회로 기판(60) 상에 위치하게 된다.

상기한 도 1-도 4에 나타낸 실시예의 경우와 마찬가지로, 하나 또는 그 이상의 차폐면을 접지시킬 수도 있으며, 상기한 집적 회로(60) 또는 인쇄 회로 기판(66)과 접지의 접속을 제공할 수도 있다. 마찬가지로, 하나 또는 그 이상의 차폐면(38)을 전원에 접속시켜, 집적 회로(60) 또는 인쇄 회로 기판(66)에 전원 또는 기준 전압을 제공하도록 할 수도 있다.

전술한 본 발명의 실시예에서는 집적 회로들 사이의 데이터 전송을 비접촉으로 행하고 있지만, 본 발명은 집적 회로 사이의 신호 전송 방식에 있어서 비접촉에 국한되지 않는다. 도 11은 전자 시스템(79)의 실시예를 나타낸 것으로서, 집적 회로, 즉 도터 보드(daughter board) 및 마더 보드(mother board) 이외의 전자 시스템의 소자들 사이에서는 신호의 전송이 비접촉으로 수행되고 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 도터 보드(86(1)-86(x))는 마더 보드(82)에 물리적으로 탑재된다. 상기한 도터 보드(86(1)-86(x))를 마더 보드(82)에 탑재하는 데에는 통상의 에지 커넥터(84)를 이용할 수 있다. 각각의 도터 보드(86(1)-86(x))는 도터카드(86) 상에 배치되거나 또는 그 내에 매립된 전송선(90)을 갖는다. 또한, 마더 보드(82)는 전송선(89)을 구비하며, 이 전송선(89)은 마더 보드 내에 매립되는 것이 바람직하나 마더 보드 상에 배치될 수도 있다. 도터 보드(86)의 전송선(90)은 전자기 결합기(92)에 전기 접속되며, 도터 보드(86)가 마더 보드(82)에 탑재되는 경우, 상기한 전자기 결합기(92)는 마더 보드(82) 내의 전송선(89)에 가까이 위치하여, 도터 보드(86)의 전자기 결합기(92)가 마더 보드(82)의 전송선(89)에 전자기적으로 결합되게 된다. 여기서, 전자기 결합기(92)는 그 대응하는 전송선(90)으로부터 약 5㎜ 범위 내에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에 있어서, 상기한 전자기 결합기(92)가 전송선(89)의 5㎜ 범위 내에 위치하는 것에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 하여, 도터 보드(86)와 마더 보드(82)의 통신은 비접촉으로 수행될 수 있게 된다.

도 11에 도시된 비접촉 통신 경로는 선택적으로 부분 또는 전체적으로 차폐될 수 있다. 도 12는 도터 보드(86) 및 마더 보드(82)의 부분적 단면도를 도시하며, 도 11에서 도시된 실시예를 부분적인 차폐에 이용될 수 있는 예시적인 차폐를 도시한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 차폐면(86) 및 차폐 비아(202)는 도터 보드(86)내에 배치되어 전자기 결합기(92)로부터 도터 카드를 차폐할 수 있다. 물론, 차폐의 양은 다른 것들 중에서, 차폐재에 의해 전자기 결합기(92)가 둘러싸여져 도터 보드(86) 상의 다른 소자들로부터 전자기적으로 절연되는 정도에 의존한다. 본 발명에 기술된 다른 실시예에 따라, 본 기술분야의 당업자들은, 전자기 결합기(92) 주위의 차폐면 또는 차폐재를 선택적으로 배치함으로써 전자기 결합기(92)로부터 도터 카드(86)가 차폐되는 정도를 조절할 수 있을 것이다. 도 12에 도시된 예에서, 차폐면(202)은 전송선을 전자기 결합기(92)에 전기적으로 접속하는 갭을 포함한다.

마더 보드(82)의 전송선(89) 또한 차폐될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 전송선(89)은 차폐면들(204 및 208) 사이에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전자기 결합기(92) 및 전송선(89) 사이의 갭을 통한 비접촉 통신 경로를 고려하여, 차폐면(204)은 전자기 결합기(92)에 근접한 갭(206)을 포함한다. 전송선을 보다 전체적으로 둘러싸는 부가적인 차폐면을 포함함으로써, 전송선(89)은 보다 전체적으로 차폐될 수 있다. 예를 들면, 부가적인 차폐면은 (도 12에서의 방식으로) 전송선(89)의 뒤에 그리고 전송선(89)의 앞에 포함될 수 있다. 상술한 바와 같이, 차폐면은 전원 또는 접지에 접속되어, 마더 보드(82) 또는 도터 보드(86)에 전원 또는 기준 신호를 제공할 수 있다.

본 발명의 원리에 따라서 도터 보드(86)는 전송선(90)에 전자기적으로 결합되는 집적 회로들 또는 다른 시스템 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도터 보드(86)는 도 1 내지 도 10과 관련하여 앞에서 설명한 바와 같은 구성들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 도터 보드(86)는 종래 방식으로 접촉 접속(contact connection)을 통하여 전송선(90)에 결합된 집적 회로들 또는 다른 시스템 소자들을 포함할 수 있다. 물론, 도터 보드(86)는 다수의 트레이스(90)를 포함할 수 있고, 도터 카드 상의 시스템 소자들과 각 트레이스와의 접속은 비접촉 접속 및 종래의 접촉 접속의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전송선은 임의의 특정 버스 구조로 배열될 필요가 없다. 도 13 및 도 14는 데이지 체인(daisy chain) 또는 링 타입 버스 배열을 이용하는 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 집적 회로(190)는 전자기적으로 결합된 링 또는 토큰 링 버스를 통하여 통신하는데 적합한 전송 결합기(102) 및 별도의 수신 결합기(98)와 함께 구성될 수 있다. 또한 집적 회로(190)는 입/출력 인터페이스(94)를 통하여 통신하는 논리 회로(93)를 포함할 수 있다. 수신기(96)는 전자기 결합기(94)에 도착하는 RF 신호를 복조하여 입/출력 인터페이스(94)로의 입력 신호(95)를 생성한다. 통상적으로, 입력 신호(95)는 링 버스에 전자기적으로 결합된 다른 소자들에 의해 송신된 데이터를 운반한다. 데이터가 집적 회로(190)로 어드레싱되는 경우에, 입/출력 인터페이스(94)는 데이터를 논리 회로(93)에 전달한다. 그렇지 않은 경우에는, 입/출력 인터페이스(94)는 데이터를 출력 신호(97)로 인코딩하여, 송신기(100)에 전달한다. 송신기(100)는 출력 신호(97)에 의해 변조된 RF 신호를 전자기 결합기(102)에 공급한다.

또한 입/출력 인터페이스(94)는 링 버스 상의 다른 소자에 전송될, 논리 회로(93)에서 발생한 임의의 데이터를 인코딩한다. 입/출력 인터페이스(94)는 의도된 데이터 수신자의 어드레스에 따라 데이터를 인코딩하고, 인코딩된 출력 신호(97)를 송신기(100)에 운반하여, 링 버스 상으로 인코딩된 데이터를 송신한다.

도 14는 도 13의 집적 회로(190)와 유사한 몇몇 집적 회로들을 보유한 인쇄 회로 기판(104)의 개략 단면도이다. 인쇄 회로 기판(104)에 위치되거나, 내포된 각 쇼트 트레이스(106)는 인접 집적 회로(190) 상의 결합기들(98 및 102)의 쌍을 전자기적으로 결합시킨다. 본 발명의 다른 실시예들과 관련하여 상술한 바와 같은 차폐 또한 포함될 수 있다. 예를 들어, 차폐면(108)은 서로간에 트레이스(106)를 차폐할 수 있다. 도 14에는 도시되지 않았지만, 인쇄 회로 기판(104)은 트레이스(108)의 위 및 아래에 차폐면을 포함할 수도 있고, 집적 회로(190)는 차폐를 제공하기 위하여 집적 회로(98)의 기판 상에 구현된 회로들의 아래 및 전자기 결합기(98 및 102) 위에 차폐면을 포함할 수 있다.

본 발명의 상술한 실시예들이 집적 회로들 간의 통신에서 매개 버스형 구조(intermediary bus-like structure)와 같은 전송선을 이용하지만, 본 발명은 전송선 또는 다른 유형의 버스 배열을 포함하는 비접촉 전송에 국한되지 않는다.

도 15 및 도 16은 집적 회로들이 서로 직접적으로 비접촉 통신하는 본 발명의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 도 15(측단면도)에 도시된 바와 같이, 복수(본 실시예에서는 3개)의 집적 회로(112(1)-112(3))가 수직 적층된다. 예를 들면 집적 회로(112(3))는 컴퓨터 프로세서를 포함할 수 있고, 집적 회로(112(1) 및 112(2))는 프로세서가 액세스하는 메모리들을 구현할 수 있다. 각각의 집적 회로(112(1)-112(3))는 회로가 형성되는 기판(116)을 포함한다. 예를 들면, 회로는 도 4의 집적 회로(14), 도 8의 집적 회로(60) 또는 도 13의 집적 회로(190)와 유사한 배열로 구성된 송수신기 또는 송수신기들, 논리 회로, 및 입/출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 각각의 집적 회로(112(1)-112(3))에서의 송수신기는 기판(116) 상에 또는 내에 바람직하게 형성된 대응 전자기 결합기(118(1)-118(3))에 접속된다. 전자기 결합기(118(1)-118(3))는 서로 전자기적으로 결합되도록 서로간에 근접하여 위치된다. 이러한 방식으로, 집적 회로(112(1)-112(3))는 적층된 다이스(dice)를 상호 접속시키는 도전성 수직 소자 또는 비아를 필요로 하지 않고 실리콘을 통하여 서로 비접촉 통신한다.

각각의 전자기 결합기(118(1)-118(3))가 다른 모든 전자기 결합기들에 전자기적으로 결합되도록 집적 회로(112(1)-112(3))가 배치될 수 있다. 대안적으로, 결합기(118(1)-118(3))는 최소 감쇠 없이 전자기 결합기들(118(1) 및 118(3))간의 한쪽 방향에 수직으로 RF 신호를 전달하는 공진 트랜스포머(resonate transformer)로서 동작하도록 튜닝되고 "강하게(tightly)" 결합될 수 있다. 이러한 배열 등에서, 하나의 집적 회로(118)에 의한 전송은 다른 모든 집적 회로에 의해 수신되고 디코딩될 수 있다. 그러나, 전송이 어드레싱된 집적 회로만이 전송 시에 데이터를 유지하고 처리한다.

대안적으로, 각각의 집적 회로(112)는 그 전자기 결합기(118)가 집적 회로의 바로 위 및/또는 아래의 전자기 결합기에만 전자기적으로 결합되도록 배치될 수 있다(및/또는 차폐될 수 있다). 도 13 및 도 14와 관련하여 상술한 것 등의 통신 프로토콜이 사용될 수 있다. 예를 들면, 이웃으로부터의 전송을 수신할 때에, 일 집적 회로(118)는 전송의 목적지 어드레스를 디코딩한다. 전송이 집적 회로에 어드레싱될 경우에, 그 집적 회로는 전송 시에 데이터를 디코딩하고 처리한다. 그러나, 전송이 그 집적 회로에 어드레싱되지 않는 경우에는, 그 집적 회로는 그것의 다른 이웃에 그 전송을 전달한다.

선택적인 차폐가 포함될 수 있다. 예를 들면, 차폐면(126)이 집적 회로(118(1)-118(3)) 내에 포함되어, 전자기 결합기(118(1)-118(3))로부터 각각의 집적 회로에서의 회로를 차폐할 수 있다. 이러한 차폐면(126)이 포함되는 경우에는, 차폐면에서의 갭(128)이 전자기 결합기(118(1)-118(3)) 사이에 포함될 수 있다. 보다 완전한 차폐를 제공하기 위하여 상술한 차폐 원리에 따라 부가적인 차폐가 포함될 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 적층된 집적 회로(112(1)-112(3))가 인쇄 회로 기판(114) 상에 선택적으로 장착될 수 있다. 적층된 집적 회로(112(1)-112(3))는 인쇄 회로 기판(114)과 종래의 물리적 접촉형 전기 접속을 한다. 대안적으로, 적층된 집적 회로(112(1)-112(3))는 인쇄 회로 기판(114)과 비접촉 통신할 수 있다. 이러한 배열은 도 15에 도시된다. 집적 회로(112(3))는 인쇄 회로 기판(114)과 비접촉 통신하고, 인쇄 회로 기판은 상술한 차폐 원리에 따라 선택적인 차폐를 포함한다. 또한 도 15에 도시된 바와 같이, 집적 회로(112(1), 112(2), 112(3))에 전원, 접지, 및 기준 전압 접속을 제공하기 위하여 전원 및 접지 커넥터(115)가 포함될 수 있다.

도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(114)은 도 3의 인쇄 회로 기판(21)과 유사할 수도 있으며, 두 차폐면(122 및 124) 사이에 배치된 트레이스(120)를 포함한다. 트레이스(120)는 인쇄 회로 기판(114) 상의 다른 전자 소자에 무선 주파수 신호를 운반할 수 있다. 다른 회로 소자들의 예들은 집적 회로의 다른 적층들 또는 다른 집적 회로를 제한 없이 포함한다. 집적 회로(112(3))의 전자기 결합기(118(3))는 선택적인 차폐면(122)에서의 갭(121)에 근접하여 위치하므로, 결합기(118(3))가 트레이스(120)에 전자기적으로 접속된다. 상술한 차폐 원리에 따라서, 부가적인 차폐면 또는 차폐재가 포함되어, 전자기 결합기(118(3)) 및 트레이스(120)간에서 트레이스(120) 및 비접촉 통신 경로를 보다 전체적으로 차폐할 수 있다.

도 16은 집적 회로(130)의 일 부분이 집적 회로의 다른 부분과 비접촉 통신하는 예시적인 일 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 집적 회로(130)는 그 반도체 기판(132)의 상부 및 하부 표면 양측에 형성된 회로를 갖는다. 이 회로는 도 4의 집적 회로(14), 도 8의 집적 회로(60) 또는 도 13의 집적 회로(190)와 유사한 배열로 구성된 무선 주파수 송수신기, 논리 회로, 및 입/출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 전자기 결합기(134)는 기판(132)의 일 측면 상의 회로와 관련되며, 제2 전자기 결합기(140)는 기판의 다른 측면 상의 회로와 관련된다. 이러한 방식으로, 결합기들(134 및 140)이 전자기적으로 결합되기 때문에, 기판(132)의 일 측면 상의 회로가 기판의 다른 측면 상의 회로와 비접촉 통신할 수 있다.

전체 또는 부분적 차폐는 도 15에 도시된 실시예에 선택적으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 결합기(134, 140)로부터 기판의 양 측면 상의 집적 회로들을 차폐하도록, 차폐면(134 및 144)이 적합하게 배치될 수 있다. 결합기(134, 140)로부터 집적 회로들을 보다 전체적으로 차폐하도록, 상술한 원리에 따라서 부가적인 차폐가 포함될 수 있다. 갭이 필요에 따라 차폐에 제공되어, 결합기(134 및 140)가 서로 전자기적으로 결합하게 한다.

도 15에 도시된 "적층된" 집적 회로 실시예에서와 같이, 도 16에 도시된 양면(dual-sided) 실시예가 인쇄 회로 기판(146) 상에 장착될 수 있다. 도 15와 관련하여 기술된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(146)과 통신하기 위하여 종래의 물리적 접촉 구조가 사용될 수 있으며, 또는 본 발명에 따른 비접촉 결합이 사용될 수도 있다. 도 16은 전송선(148)을 차폐하기 위해 선택적인 차폐면(302, 304)과 더불어 후자를 도시한다. 갭(306)이 차폐면(302)에 제공되어 결합기(140)가 전송선(148)에 결합하도록 한다. 상술한 바와 같이, 차폐 트레이스(148)를 보다 전체적으로 차폐하기 위해 부가적인 차폐가 부가될 수 있다.

도 16에는 도시되지 않지만, (도 15에서의 115 등과 같은) 전원 및 접지 커넥터가 집적 회로(130)에 전원, 접지 및 기준 전압 접속을 제공하기 위해 포함될 수 있다. 부가적으로, (기판의 양 측면에 집적된 회로를 구비한) 집적 회로(130)와 유사한 다수의 집적 회로가 도 15에서 도시된 바와 같이 적층될 수 있다.

물론, 각각이 전자기 결합기를 갖는 2 이상의 집적 회로는 그 전자기 결합기들이 서로 전자기적으로 결합하기에 충분히 근접하게 위치되도록 간단하게 배치될 수 있다. 바람직하게는 서로 전자기적으로 결합되는 전자기 결합기들은 서로간이 약 25㎜ 이내로 배치될 수 있다. 그러나 본 발명은 임의의 전자기 결합기가 임의의 다른 전자기 결합기로부터 25㎜ 내에 위치하는 것에 한정되지 않는다.

도 17a 내지 17c는 2 이상의 집적 회로들이 2 이상의 집적 회로들 사이에서 직접 무선 통신 경로 또는 채널로 배열되는 예시적인 실시예들을 도시한다. 집적 회로들은 집적 회로를 보호하기에 적합한 인쇄 회로 기판(도시 안됨) 또는 다른 기판 또는 프레임 상에 장착될 수 있다. 이러한 예시적인 배열에 있어서, 전자기 결합기는 집적 회로의 외측 에지 상에 형성된다. 도 17a에서, 집적 회로(600 및 604)는 서로 무선 통신할 수 있도록 배열된다. 도 17b에서, 3개의 집적 회로(610, 614, 418)는 각각이 서로 무선 통신할 수 있도록 배열된다. 도 17c에서, 하나의 집적 회로(630)는, 각각이 집적 회로(634, 638, 642, 646) 중 하나에 전자기적으로 결합되도록 배열된 4개의 전자기 결합기를 포함한다.

상술한 차폐 원리에 따라서, 집적 회로들간에서 하나 이상의 비접촉 통신 채널을 전체적으로 또는 부분적으로 차폐하거나 "차단(close)"하기 위하여 차폐재가 부가적으로 포함되거나 배치될 수 있다. 예를 들면, 앞에서 전반적으로 상술한 바와 같이 도 17a 내지 도 17c에 도시된 집적 회로들 중 임의의 것 상의 회로와 전자기 결합기들(601, 602, 611, 612, 613, 660, 662, 664, 666, 668, 670, 672, 674)사이에 차폐재(도 17a-도 17c)가 위치될 수 있다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 2 이상의 결합된 전자기 결합기(601, 602)사이에 비접촉 통신 경로를 차폐하기 위하여 차폐면 또는 트레이스(606, 608)가 배치될 수도 있다. 도 17a에 도시되지는 않지만, 결합기(601 및 606) 사이에 비접촉 통신 경로를 보다 전체적으로 차폐하기 위해서 부가적인 차폐면 또는 트레이스가 (도 17a에서의 관점으로 보면) 집적 회로(600 및 604)의 위 및 아래에 포함될 수 있다. 유사하게, 차폐재(620, 622)는 도 17b에서 결합기들(611, 612, 613) 사이의 비접촉 통신 경로를 차폐하도록 배치될 수 있고, 그 경로들을 보다 전체적으로 차폐하기 위해 집적 회로(610, 614, 618)의 (도 17b에서의 관점에서 보면) 위 및 아래에 부가적인 차폐(도시 안됨)가 포함될 수 있다. 유사하게도 도 17c는 결합기들(664 및 666) 사이의 비접촉 통신 경로로부터 결합기들(660 및 662) 사이의 비접촉 통신 경로를 차폐하는 예시적인 차폐재(650)를 도시한다. 차폐재(648, 654, 652)는 결합기들의 쌍(668 및 670, 672 및 674, 650 및 652)들 사이에서 비접촉 통신 경로들을 유사하게 차폐한다. 접속 통신 경로들을 보다 전체적으로 차폐하기 위하여, 인접 결합기들 사이에서의 결합 영역(coupling area)의 (도 17c에서의 관점에서 보면) 위 및 아래에 부가적인 차폐재(도시 안됨)가 위치될 수 있다.

도 1 내지 도 17c에서 설명된 전자기 결합기들이 직선 도체로 형성된 것과 같이 도시되었지만, 결합기는 제한 없이 나선형을 포함하는 임의의 다른 형태의 도체들로 형성될 수 있다. 또한, 전자기 결합기들의 형태 및 크기는 공진 또는 튜닝된 회로 또는 무선 주파수 트랜스포머 구조를 형성하기 위하여 소정 레벨의 인덕턴스 및 캐패시턴스를 야기하도록 선택될 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 16에 도시된 집적 회로들과 관련하여 상술한 바와 같이, 전자기 결합기들(601, 602, 611, 612, 613, 660, 662, 664, 666, 668, 670, 672, 674)은 표준 반도체 제조 기술을 사용하여 집적 회로 상에 또는 내에 바람직하게 형성된다. 대안적으로, 전자기 결합기들은 반도체 패키지의 부분으로써 제조될 수 있다.

도 18은 반도체 기판(402) 상에 또는 내에 형성된 예시적인 나선형 결합기(404)를 도시한다. 또한 송수신기 회로(406) 및 기능 회로(408)는 기판 상에 형성되고 도 4, 8, 및 13에 도시된 회로와 유사할 수 있다. 도 19는 나선형 결합기(404) 및 송수신기 회로(406) 및 전송선(도 18에 도시안됨) 또는 나선형 결합기(404)가 결합된 유사 결합기의 등가 임피던스를 모델링한 회로를 도시한다. 도 19에서, L1 및 C1은 나선형 도전체(404) 및 송수신기 회로(406)로의 그 접속 경로의 인덕턴스 및 커패시턴스를 나타내고, R1은 송수신기 회로(406)의 입력 또는 출력 임피던스를 나타내고, L2 및 C2는 나선형 도전체(404)가 결합된 전송선(도 18에 도시안됨)의 인덕턴스와 커패시턴스를 나타낸다.

나선형 결합기(404)와 전송선 또는 유사 결합기 사이의 공간은 0.0 내지 1.0보다 약간 이상의 범위에서 링크 결합 인자 k를 제공하도록 선택될 수 있다. 인덕턴스 L1 및 L2와 커패시턴스 C1 및 C2는 다음과 같은 RF 반송 신호의 주파수 f_c에서 공진하는 크기일 수 있다.

f_c = 1/[2PI(L1C1)^1/2] = 1/[2PI(L2C2)^1/2] [1]

원하는 회로 품질 인자 Q를 얻기 위한 송수신기의 입력 임피던스 R1은 다음과 같다.

Q = R1/[(L1C1)^1/2] [2]

Q 값이 높아질수록 나선형 결합기(118)와 전송선 사이의 결합량이 증가하지만 RF 신호 대역폭은 감소된다. 따라서, Q에 대한 적합한 선택은 송수신기가 수용할 수 있는 신호 감쇠량에 의존한다.

전자기 결합기 사이의 강한 결합이 요구된다면, 전자기 결합기는 RF 신호 반송 주파수의 1/4의 파장일 수 있고, 따라서 공진 결합 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 전술된 바와 같이 많은 수의 집적 회로의 전자기 결합기가 전송선에 강하게 결합되면, 각각의 전자기 결합기가 전송선을 따라 이동하는 것과 같이 무선 주파수 신호로부터 실질적인 양의 전력을 끌어당기고 무선 주파수 신호가 전송선의 단부에서 집적 회로에 도달하는 시간만큼 크게 감쇠될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 경우에 전자기 결합기가 인입 무선 주파수 신호를 송수신기에 의해 적합하게 검출되도록 하는데 필요한 것보다 실질적으로 더 큰 전력을 끌어당기지 않도록 전송선과 덜 강하게 결합되도록 전자기 결합기의 크기를 설정하는 것이 바람직하다. 몇몇 집적 회로만이 서로 비접촉으로 접속되는 곳에서, 집적 회로 사이의 결합을 증가시켜서 방사되는 무선 주파수 에너지의 량을 감소시켜고 따라서 차폐 요구를 감소시키는 이점이 있다.

전술한 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 것이지만, 본 기술분야의 숙련된 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 종래의 데이터 통신 기술과 결합하여 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 전술한 전자 시스템은 물리적인 접촉을 통해 전형적으로 통신하는 집적 회로 및 다른 시스템 소자를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 전술한 임의의 송수신기는 본 발명의 소정의 응용에서 적합하게 송신만하거나 수신만하는 회로로 교체될 수 있다. 또한, 도 4, 8, 및 13에서 입력/출력 인터페이스(15, 64, 및 94)는 송수신기 및 논리 회로에 부가하여 다른 소자와 통신하도록 구성될 수 있다. 또한, 도 3에서 집적 회로(14)는 인쇄 회로 기판(21)의 양측에 탑재될 수 있고, 차폐면(48)내에 제공되는 갭은 하부(도 3의 관점에서) 인쇄 회로 기판(21) 상에 탑재된 집적 회로 상의 결합기(18)가 전송선(22)과 전자기적으로 결합되도록 한다. 유사하게, 집적 회로의 집적 회로 또는 적층은 도 10, 14, 15 및 16에 도시된 인쇄 회로 기판의 양측에 탑재될 수 있다.

도 1은 집적 회로가 전송선에 전자기적으로 결합되는 본 발명의 예시적 실시예를 나타내는 도면.

도 2는 인쇄 회로 기판상의 도 1의 집적 회로를 예시하는 평면도.

도 3은 도 2의 인쇄 회로 기판 및 집적 회로의 부분 단면도.

도 4는 도 1의 집적 회로에 상응할 수도 있는 예시적 집적 회로의 블록도를 나타내는 도면.

도 5는 전송선에 8개의 집적 회로가 전자기적으로 결합되는 본 발명의 예시적 실시예를 나타내는 도면.

도 6a 및 도 6b는 도 4의 송수신기(16)에 상응할 수도 있는 예시적 송신기 및 수신기 회로를 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 대한 전형적 결합 특성 데이터를 예시하는 도면.

도 8은 본 발명의 복수의 비접촉 상호 접속과 함께 사용될 수도 있는 집적 회로에 상응하는 예시적 집적 회로의 블록도를 예시하는 도면.

도 9는 복수의 전송선에 복수의 집적 회로가 각각 전자기적으로 결합되는 본 발명의 예시적 실시예를 나타내는 도면.

도 10은 도 9의 단면도.

도 11은 마더 보드에 도터 카드가 전자기적으로 결합되는 본 발명의 실시예의 측단면도.

도 12는 도 11의 커넥터의 상세 단면도.

도 13은 도 14에 예시된 본 발명의 실시예에 사용될 수도 있는 예시적 집적 회로를 나타내는 도면.

도 14는 링 버스 구조에 복수의 집적 회로가 전자기적으로 결합되는 본 발명의 예시적 실시예의 단면도.

도 15는 복수의 적층된 집적 회로가 전자기적으로 결합되는 본 발명의 예시적 실시예의 단면도.

도 16은 집적 회로의 양측이 전자기적으로 결합되는 본 발명의 예시적 실시예를 나타내는 도면.

도 17a-도 17c는 2개 이상의 집적 회로가 전자기적으로 직접 결합되는 본 발명의 예시적 실시예를 나타내는 도면.

도 18은 나선형 전자기 결합기(spiral electromagnetic coupler)를 구비하는 집적 회로의 예시적 실시예를 나타내는 도면.

도 19는 도 18에 대응하는 등가 회로도를 예시하는 도면.

Claims

전자 시스템으로서,

제1 전자기 커플러를 포함하는 제1 집적 회로;

상기 제1 집적 회로 상의 회로와 상기 제1 전자기 커플러 회로 사이에 배치되는 차폐재(shielding material); 및

제2 전자기 커플러를 포함하는 제2 집적 회로를 포함하고,

상기 제1 집적 회로 및 상기 제2 집적 회로는 상기 제1 전자기 커플러 및 상기 제2 전자기 커플러가 서로 이격되지만 전자기적으로 결합되도록 충분히 근접하도록 배치되고,

상기 제1 전자기 커플러에 제공되는 데이터는 상기 제2 전자기 커플러와 비접촉으로 통신되는 전자 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 전자기 커플러는 상기 제2 전자기 커플러로부터 약 10 밀리미터 이하로 이격되는 전자 시스템.
제1항에 있어서,

기판을 더 포함하고, 상기 제1 집적 회로 및 상기 제2 집적 회로는 상기 기판에 탑재되는 전자 시스템.
제1항에 있어서,

기판을 더 포함하고, 상기 제1 집적 회로는 상기 기판에 탑재되고 상기 제2 집적 회로는 상기 제1 집적 회로에 탑재되는 전자 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 전자기 커플러는 상기 제1 집적 회로보다 작은 전자 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제2 전자기 커플러는 상기 제2 집적 회로보다 작은 전자 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제2 집적 회로상의 회로와 상기 제2 전자기 커플러 사이에 배치된 차폐재를 더 포함하는 전자 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 전자기 커플러와 상기 제2 전자기 커플러 사이에 비접촉 통신 채널을 적어도 부분적으로 차폐하기 위해 배치된 차폐재를 더 포함하는 전자 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 전자기 커플러 및 상기 제2 전자기 커플러 중 적어도 하나와 전자기적으로 결합되도록 배치되는 제3 전자기 커플러를 포함하는 제3 집적 회로를 더 포함하는 전자 시스템.