TWI661437B - 傳輸線結構 - Google Patents

Abstract

一種傳輸線結構包含第一傳輸線與第二傳輸線。第一傳輸線包含沿第一方向延伸的第一延伸部、第一走線部、第二延伸部、第二走線部以及沿第二方向延伸的第三走線部。第一延伸部與第二延伸部分別連接第一走線部與第二走線部的一端，第三走線部連接第一走線部與第二走線部的一側。第二傳輸線包含沿第一方向延伸的第三延伸部、第四走線部、第四延伸部、第五走線部以及沿第二方向延伸的第六走線部。第三延伸部與第四延伸部分別連接第四走線部與第五走線部的一端，第六走線部連接第四走線部的一側與第五走線部的一側，其中第一方向與第二方向垂直。

Description

傳輸線結構

本發明係關於一種傳輸線結構，特別是一種蛇行傳輸線結構。

近年來，由於高速數位化通訊時代的來臨，高頻化電子產品、電腦高速信號硬體和軟體，以及積體電路快速地發展，因此對於訊號的工作頻率與頻寬的要求變高。因訊號傳輸的速度提升，以及互連元件產品如連接器、線纜或印刷電路版等縮小化，使得電路的佈局越趨緊密，最終衍生出信號傳輸的各種問題，例如訊號完整性、電磁干擾、電磁相容或電源完整性。

本發明提出一種傳輸線結構，旨在藉由特定的蛇形傳輸線結構特性來增加電容耦合以抑制遠端串音雜訊，進而維持訊號的完整性。

依據本發明之一實施例揭露一種傳輸線結構，包含相互平行的第一傳輸線與第二傳輸線。第一傳輸線包含第一延伸部、第一走線部、第二延伸部、第二走線部及第三走線部。第一延伸部沿第一方向延伸。第一走線部沿第一方向延伸，且第一走線部的一端電性連接第一延伸部。第二延伸部沿第一方向延伸。第二走線部沿第一方向延伸，且第二走線部的一端電性連接第二延伸部。第三走線部沿垂直於第一方向的第二方向延伸且電性連接第一走線部的一側與第二走線部的一側。第二傳輸線包含第三延伸部、第四走線部、第四延伸部、第五走線部及第六走線部。第三延伸部沿第一方向延伸。第四走線部沿第一方向延伸，且第四走線部的一端電性連接第三延伸部。第四延伸部沿第一方向延伸。第五走線部沿第一方向延伸，且第五走線部的一端電性連接第四延伸部。第六走線部沿第二方向延伸且電性連接第四走線部的一側與第五走線部的一側。其中，第三走線部在第二方向上的投影與第六走線部在第二方向上的投影至少部份重疊，第一走線的該端鄰接第一走線的該側，第二走線部的該端鄰接第二走線部的該側，第四走線部的該端鄰接第四走線部的該側，且第五走線部的該端鄰接第五走線部的該側。

綜上所述，在本發明所提出的傳輸線結構當中，主要係在傳輸線的彎折處由走線部的一端延伸出一段延伸部，用以增加兩個傳輸線間的電容耦合，以降低遠端串音雜訊的干擾，進行而達到訊號的完整性。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請一併參照圖1A與圖1B，圖1A係依據本發明之一實施例所繪示的傳輸線結構的俯視示意圖，而圖1B係依據本發明之圖1A實施例所繪示的傳輸線結構的局部區域AR的放大圖。如圖1A所示，傳輸線結構1包含相互平行的第一傳輸線10與第二傳輸線20。於實務上，傳輸線結構1更包含一基板SUB，所述的第一傳輸線10與第二傳輸線20設置於基板SUB中。以實務上來說，基板SUB可具有多層結構，例如包含訊號傳輸層、接地層及介質層等。關於基板SUB的細部描述將於後續段落中介紹，於此不予詳述。

請參照圖1B所示，第一傳輸線10包含第一延伸部101c、第一走線部101、第二延伸部102c、第二走線部102及第三走線部103。其中，第一延伸部101c、第一走線部101、第二延伸部102c及第二走線部102均沿第一方向(即X軸方向)延伸，而第三走線部103沿垂直於第一方向的第二方向(即Y軸方向)延伸。第一走線部101的一端S1電性連接第一延伸部101c，且第二走線部102的一端S2電性連接第二延伸部102c。第三走線部103電性連接第一走線部101的一側S3以及第二走線部102的一側S4。於此實施例中，第一走線部101所述的一端S1鄰接第一走線部101所述的一側S3，且第二走線部102所述的一端S2鄰接第二走線部102所述的一側S4。

相似於第一傳輸線10，本發明的傳輸線結構1的第二傳輸線20包含第三延伸部201c、第四走線部201、第四延伸部202c、第五走線部202及第六走線部203。其中，第三延伸部201c、第四走線部201、第四延伸部202c及第五走線部202均沿第一方向延伸，而第六走線部203沿第二方向延伸。第四走線部201的一端S5電性連接第三延伸部201c，且第五走線部202的一端S6電性連接第四延伸部202c。第六走線部203電性連接第四走線部201的一側S7與第五走線部202的一側S8。於此實施例中，第四走線部201所述的一端S5鄰接第四走線部201所述的一側S7，且第五走線部202所述的一端S6鄰接第五走線部202所述的一側S8。第三走線部103在第二方向上的投影與第六走線部203在第二方向上的投影至少部份重疊。

在實務上，當兩個平行的傳輸線傳輸訊號時，在傳輸線接收判讀數位訊號的接收端會產生遠端串音雜訊，這將導致訊號的完整性受到影響。雖然既有的蛇行傳輸線結構可改善此遠端串音雜訊的問題，然而此種蛇行傳輸線結構的遠端串音雜訊之抑制程度仍嫌不足。因此，本發明所提出的蛇行傳輸線結構搭配有前述的延伸部，可有效提升兩個傳輸線間的電容耦合，使得遠端串音雜訊的抑制程度大幅提升，進而將遠端串音雜訊的干擾降到最低。

於一實施例中，第一走線部101、第二走線部102、第四走線部201及第五走線部202均具有第一線寬W1，而第三走線部103與第六走線部203均具有第二線寬W2，所述的第一線寬W1大於第二線寬W2。於一個實際的例子中，第二線寬W2係為第一線寬W1的二分之一。舉例來說，第一線寬W1可大約為6.75密耳(mil)，而第二線寬W2可大約為3密耳(mil)。在實際運作時，蛇行傳輸線結構的轉折與延伸部的結構特性會導致阻抗降低，造成阻抗不匹配的問題。有鑑於此，在本發明所提出的傳輸線結構1當中，沿著垂直方向(即Y軸方向)延伸的走線部的線寬小於沿著水平方向(即X軸方向) 的走線部的線寬，藉此配置可以補償前述的阻抗降低，使得傳輸線的阻抗可以匹配。

請參照圖2，圖2係依據本發明之另一實施例所繪示的傳輸線結構的局部區域的放大圖。圖2的傳輸線結構3具有第一傳輸線30與第二傳輸線40，其均設置於基板SUB中。第一傳輸線30包含第一延伸部301c、第一走線部301、第二延伸部302c、第二走線部302及第三走線部303，且第二傳輸線40包含第三延伸部401c、第四走線部401、第四延伸部402c、第五走線部402及第六走線部403。第一走線部301具有鄰接的一端S1’與一側S3’， 第二走線部302具有鄰接的一端S2’與一側S4’，第四走線部401具有鄰接的一端S5’與一側S7’，且第五走線部402具有鄰接的一端S6’與一側S8’。上述傳輸線結構3的第一傳輸線30與第二傳輸線40大致上與圖1的傳輸線結構1的第一傳輸線10與第二傳輸線20相同，因此相同結構部分不予贅述。圖2的傳輸線結構3與圖1的傳輸線結構1差異在於圖2的傳輸線結構3更包含對應於第三走線部303的第一開口區域51，以及對應於第六走線部403的第二開口區域52。以下段落將針對第一開口區域51與第二開口區域52進行詳細描述。

請進一步參照圖3A與3B，圖3A與3B係依據圖2實施例所繪示分別沿剖面線AA’與BB’的傳輸線結構3的剖面圖。如圖3A與3B的剖面圖所示，本發明提出的傳輸線結構3所具有的基板SUB包含訊號傳輸層L1、第一接地層L2、第二接地層L3、第一介質層L4及第二介質層L5。具體來說，訊號傳輸層L1、第一接地層L2、第二接地層L3均係為導電的金屬層，而第一介質層L4與第二介質層L5係屬於不導電的介質層。換言之，基板SUB係由三個金屬層與二個介質層所疊合形成的多層結構。於此實施例中，訊號傳輸層L1包含前述的第一傳輸線30與該第二傳輸線40。第一接地層L2位於訊號傳輸層L1下方且包含所述的第一開口區域51及第二開口區域52，而第二接地層L3位於第一接地層L2下方。第一介質層L4介於訊號傳輸層L1與第一接地層L2之間，而第二介質層L5介於第一接地層L2與第二接地層L3之間。

以圖3A的剖面圖來說，第一傳輸線30的第三走線部303在第二介質層L5上的正投影部份覆蓋第一接地層L2的第一開口區域51在第二介質層L5上的正投影。以圖3B的剖面圖來說，第二傳輸線40的第六走線部403在第二介質層L5上的正投影部份覆蓋第一接地層L2的第二開口區域52在第二介質層L5上的正投影。更詳細來說，第三走線部303在第三方向(即Z軸方向)的投影部分覆蓋第一開口區域51在第三方向的投影，而第六走線部403在第三方向的投影部分覆蓋第二開口區域52在第三方向的投影。在圖2及圖3A/3B實施例所示的傳輸線結構3當中，主要係藉由將垂直走線部303與403下方所對應的金屬接地層替換為作為介質層的開口區域，可以更加地提高阻抗，使得補償阻抗的效果增加，從而進一步地提升阻抗匹配程度。

於一實施例中，如圖2所示第一開口區域51與第二開口區域52均具有沿第一方向的寬度D1，而此寬度D1大於第三走線部303與第六走線部403的線寬W4。於一實施例中，第三走線部303與第六走線部403的線寬W4係為第一開口區域51與第二開口區域52的此寬度D1的六分之一。舉例來說，第三走線部303與第六走線部403的線寬W4可為3密耳(mil)，而第一開口區域51與第二開口區域52所具有的寬度D1可為18密耳(mil)。

於一實施例中，第一開口區域51與第二開口區52域均具有沿第二方向的寬度D2，而此寬度D2小於第一走線部301與第二走線部302的間距D3以及第四走線部401與第五走線部402的間距D3。以實際例子來說，第一走線部301與第二走線部302的間距D3以及第四走線部401與第五走線部402的間距D3可均為20.25密耳(mil)，而第一開口區域51與第二開口區52域所具的寬度D2可為14.25密耳(mil)。

上述的開口區域的範圍大小僅係為舉例說明，於實務上，開口區域的範圍大小可以依據實際情況略作調整，並不以上述實施例為限。於一實施例中，所述的第一開口區域51與第二開口區域52可包含介電材料的間隙。然而，於另一實施例中，第一開口區域51與第二開口區域52可以係為空氣間隙。

請參照圖4A與圖4B，圖4A與圖4B分別繪示傳統的傳輸線結構以及既有改善的傳輸線結構的俯視示意圖。圖4A的傳輸線結構6包含二個平行的線性傳輸線60與61，其中線性傳輸線60與61的線寬均相同。圖4B的傳輸線結構7包含二個平行的蛇行傳輸線70與71，其中蛇行傳輸線70與71的線寬均相同。以下將針對本發明提出的傳輸線結構與圖4A/4B所示的傳輸線結構對於遠端串音雜訊的變化程度進行比較。

請進一步參照圖5，圖5係依據本發明之一實施例所繪示的遠端串音雜訊的波形圖。圖5的橫軸標示為時間(奈秒(nsec))，而縱軸標示為遠端串音雜訊(伏特(V))。於圖5中，曲線P1代表圖4A的傳輸線結構6的遠端串音雜訊的變化量，曲線P2代表圖4B的傳輸線結構7的遠端串音雜訊的變化量，而曲線P3代表本發明提出的傳輸線結構的遠端串音雜訊的變化量。由圖5可得知，既有改善的傳輸線結構7對於遠端串音雜訊的抑制比率大約為30%，而本發明提出的傳輸線結構對於遠端串音雜訊的抑制比率可達大約為70%。換言之，本發明提出的傳輸線結構藉由蛇行傳輸線結構搭配延伸的線段所能達成的遠端串音雜訊的抑制程度係優於既有改善的傳輸線結構7。

請參照圖6，圖6係依據本發明之一實施例所繪示的時域反射儀所偵測到的波形圖。圖6的橫軸標示時間(奈秒(nsec))，而縱軸標示時域反射儀的信號電壓(伏特(v))，用以表示信號在傳輸線中的反射狀況。時域反射儀(Time Domain Reflectometer, TDR)係透過量測信號在傳輸線的時域反射狀況，進而判斷傳輸線特性阻抗的技術。具體來說，圖6的曲線可以反應出傳輸線上寄生電容所引起的阻抗不連續性。亦即，當傳輸線的阻抗不匹配時，時域反射儀所偵測到的波形上下起伏較為明顯。而當傳輸線的阻抗匹配時，時域反射儀所偵測到的波形較為平穩。

以圖6來說，曲線Q1代表圖4A的傳輸線結構6的時域反射狀況，曲線Q2代表圖4B的傳輸線結構7的時域反射狀況，而曲線Q3代表本發明提出的傳輸線結構的時域反射狀況。由圖6可得知，既有改善的傳輸線結構7因互容增加而導致阻抗降低。反觀，本發明的傳輸線結構透過垂直的第三走線部及第六走線部的線寬縮減以及其對應下方的接地層所具有的開口區域(填充介電材料)的結構特性，可以將蛇行傳輸線因互容所降低的阻抗補償回來，進而達到阻抗匹配。

請參照圖7，圖7係依據本發明之一實施例所繪示的反射頻域波形圖。縱軸的參數Sr1係用以表示傳輸線的信號反射程度。參數Sr1係用以表示傳輸線的信號反射程度，其計算公式為 ，其中電壓V1係為傳輸線的輸入信號電壓，而電壓Vr係在傳輸線中反射回來的信號電壓。一般來說，在信號傳遞的過程中，若是信號的反射現象越弱，表示阻抗匹配的程度越高。反之，若是信號的反射現象越強，表示阻抗匹配的程度越低。亦即，曲線越靠近上方，其阻抗匹配的程度越低。以圖7來說，曲線R1代表圖4A的傳輸線結構6的反射頻域狀況，曲線R2代表圖4B的傳輸線結構7的反射頻域狀況，而曲線R3代表圖本發明提出的傳輸線結構的反射頻域狀況。由圖7的曲線分佈可得知，相較於既有改善的傳輸線結構7，本發明提出的傳輸線結構的信號反射程度較低。換言之，圖7的反射頻域波形圖可證明本發明提出的傳輸線結構所能達到的阻抗匹配程度高於既有改善的傳輸線結構。

綜合以上所述，在本發明所提出的傳輸線結構當中，主要係在傳輸線彎折處由走線部的一端延伸出一段延伸部，用以增加兩個傳輸線間的電容耦合，以降低遠端串音雜訊的干擾，進行而達到訊號的完整性。另外，配置使傳輸線結構的垂直方向的走線部之線寬小於水平方向的走線部的線寬搭配對應下方位於接地層的介電開口區域，藉此可補償傳輸線因轉折處與延伸部份所導致的阻抗降低。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

AR‧‧‧局部區域

SUB‧‧‧基板

1、3‧‧‧傳輸線結構

10 、30‧‧‧第一傳輸線

20、40‧‧‧第二傳輸線

101、 301‧‧‧第一走線部

102、302‧‧‧第二走線部

103、303‧‧‧第三走線部

201、401‧‧‧第四走線部

202、402‧‧‧第五走線部

203、403‧‧‧第六走線部

101c、301c‧‧‧第一延伸部

102c、302c‧‧‧第二延伸部

201c、401c‧‧‧第三延伸部

202c、402c‧‧‧第四延伸部

51‧‧‧第一開口區域

52‧‧‧第二開口區域

S1、S1’、S2、S2’、S5、S5’、S6、S6’‧‧‧端

S3、S3’、S4、S4’、S7、S7’、S8、S8’‧‧‧側

W1、W2、W3、W4 ‧‧‧線寬

D1、D2‧‧‧寬度

D3‧‧‧間距

L1‧‧‧訊號傳輸層

L2‧‧‧第一接地層

L3‧‧‧第二接地層

L4‧‧‧第一介質層

L5‧‧‧第二介質層

P1~P3、Q1~Q3、R1~R3‧‧‧曲線

AA’、BB’‧‧‧剖面線

圖1A係依據本發明之一實施例所繪示的一種傳輸線結構的俯視示意圖。 圖1B係依據本發明之圖1A實施例所繪示的傳輸線結構的局部放大圖。 圖2係依據本發明之另一實施例所繪示的傳輸線結構包。 圖3A與3B係依據圖2實施例所繪示分別沿剖面線AA’與BB’的剖面圖。 圖4A係繪示傳統的傳輸線結構的俯視示意圖。 圖4B係繪示既有改善的傳輸線結構的俯視示意圖。 圖5係依據本發明之一實施例所繪示的遠端串音雜訊的波形圖。 圖6係依據本發明之一實施例所繪示的時域反射儀所偵測到的波形圖。 圖7係依據本發明之一實施例所繪示的反射頻域波形圖。

Claims (7)

1. 一種傳輸線結構，包含：一第一傳輸線，包含：一第一延伸部，沿一第一方向延伸；一第一走線部，沿該第一方向延伸，且該第一走線部的一端電性連接該第一延伸部；一第二延伸部，沿該第一方向延伸；一第二走線部，沿該第一方向延伸，且該第二走線部的一端電性連接該第二延伸部；以及一第三走線部，沿垂直於該第一方向的一第二方向延伸且電性連接該第一走線部的一側與該第二走線部的一側；一第二傳輸線，平行於該第一傳輸線，該第二傳輸線包含：一第三延伸部，沿該第一方向延伸；一第四走線部，沿該第一方向延伸，且該第四走線部的一端電性連接該第三延伸部；一第四延伸部，沿該第一方向延伸；一第五走線部，沿該第一方向延伸，且該第五走線部的一端電性連接該第四延伸部；以及一第六走線部，沿該第二方向延伸且電性連接該第四走線部的一側與該第五走線部的一側；一訊號傳輸層，包含該第一傳輸線與該第二傳輸線；一第一接地層，位於該訊號傳輸層下方且包含一第一開口區域及一第二開口區域；一第二接地層，位於該第一接地層下方；一第一介質層，介於該訊號傳輸層與該第一接地層之間；以及一第二介質層，介於該第一接地層與該第二接地層之間；其中，該第三走線部在該第二方向上的投影與該第六走線部在該第二方向上的投影至少部份重疊，該第一走線的該端鄰接該第一走線的該側，該第二走線部的該端鄰接該第二走線部的該側，該第四走線部的該端鄰接該第四走線部的該側，且該第五走線部的該端鄰接該第五走線部的該側；其中，該第三走線部在該第二介質層上的正投影部份覆蓋該第一開口區域在該第二介質層上的正投影，且該第六走線部在該第二介質層上的正投影部份覆蓋該第二開口區域在該第二介質層上的正投影。
2. 如請求項1所述的傳輸線結構，其中該第一開口區域與該第二開口區域均具有沿該第一方向的一寬度，該寬度大於該第三走線部與該第六走線部的線寬。
3. 。如請求項2所述的傳輸線結構，其中該第三走線部與該第六走線部的線寬係為該寬度的六分之一。
4. 如請求項1所述的傳輸線結構，其中該第一開口區域與該第二開口區域均具有沿該第二方向的一寬度，該寬度小於該第一走線部與該第二走線部的間距以及該第四走線部與該第五走線部的間距。
5. 如請求項1所述的傳輸線結構，其中該第一開口區域與該第二開口區域包含介電材料。
6. 如請求項1所述的傳輸線結構，其中該第一走線部、該第二走線部、該第四走線部及該第五走線部均具有一第一線寬，該第三走線部與該第六走線部均具有一第二線寬，該第一線寬大於該第二線寬。
7. 如請求項6所述的傳輸線結構，其中該第二線寬係為該第一線寬的二分之一。