WO2006022172A1 - 電子回路 - Google Patents

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Daisuke Mizoguchi
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic circuit that can suitably perform communication between substrates such as an IC (Integrated Circuit) bare chip and a PCB (printed circuit board).
  • substrates such as an IC (Integrated Circuit) bare chip and a PCB (printed circuit board).
  • the present inventors have implemented a system-in-package in which a plurality of bare chips are encapsulated in one LSI (Large Scale Integration) package by a method in which chips are three-dimensionally mounted and electrically connected by inductive coupling between the chips. Proposed to realize (SiP) (see Patent Document 1).
  • LSI Large Scale Integration
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the electronic circuit of the prior invention.
  • This electronic circuit comprises first to third LSI chips 31a to 31c.
  • LSI chips are stacked in three layers to form a bus that spans three chips. In other words, one communication channel that can communicate with each other between three parties (three LSI chips) is configured.
  • the first to third LSI chips 31a to 31c are stacked vertically, and the chips are fixed to each other with an adhesive.
  • first to third transmission coils 33a to 33c used for transmission are formed by wiring, respectively, and first to third reception coils 35a to 35a used for reception are respectively formed.
  • 35c is formed by wiring.
  • the three pairs of transmitting and receiving coils 33 and 35 are arranged on the first to third LSI chips 31a to 31c so that the centers of the openings coincide with each other. As a result, the three pairs of transmission / reception coils 33 and 35 form inductive coupling and form one communication channel.
  • the first to third transmitter coils 33a to 33c are connected to the first to third transmitter circuits 32a to 32c, respectively, and the first to third receiver coils 35a to 35c are respectively connected to the first to third receiver circuits. 34a to 34c are connected.
  • the transmission / reception coils 33 and 35 are mounted as three- or more-turn coils within the area allowed for communication using multilayer wiring of process technology.
  • the transmitting and receiving coils 33 and 35 have an optimum shape for communication, and it is necessary to take an optimum number of windings, openings and line widths. In general, the sending coin 33 is better than the receiving coin 35 / J ⁇ .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application 2004-037242 Disclosure of the invention
  • the present invention is small enough to practically ignore the occurrence of crosstalk even when a plurality of communication channels are arranged in parallel in close proximity when inter-board communication is realized by inductive coupling. It is an object of the present invention to provide an electronic circuit that can be used.
  • An electronic circuit of the present invention includes a first substrate having a plurality of transmission coils formed by wiring on a substrate, and a first coil formed at a position corresponding to the first coil by wiring on the substrate, A second substrate having a plurality of receiving coils that form an inductively coupled communication channel, and the transmission coil and the receiving coil of each communication channel cancel out positive and negative crosstalk from a nearby communication channel depending on distance. It is arranged at the position.
  • the distance between the first substrate and the second substrate is the longest, so that the crosstalk in communication in which crosstalk is most problematic is generally reduced. It is out.
  • the communication channels are most recently operated in different phases, and the communication channels are then operated in the same phase so that the crosstalk is offset. Even if a large number of communication channels are provided, crosstalk can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state in which a plurality of communication channels in an electronic circuit according to Embodiment 1 of the present invention are arranged in parallel [when the top force of a chip is viewed.
  • FIG. 2 is a diagram showing lines of magnetic force generated in Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing ISR with respect to the distance between communication channels in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which a plurality of communication channels in the electronic circuit according to the second embodiment of the present invention are arranged in parallel and the top force of the chip is seen.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an electronic circuit according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a waveform diagram of each part for explaining the operation of the electronic circuit according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an electronic circuit according to the invention of the prior application.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state where a plurality of communication channels are arranged in parallel in the electronic circuit according to the first embodiment of the present invention as viewed from above the chip.
  • a square transmitting coil 11 is provided on one chip
  • a square receiving coil 12 is provided on the other chip
  • FIG. 2 is a diagram showing lines of magnetic force generated in the first embodiment. More specifically, in FIG. 2, the transmission coil 11 is provided on the lower chip, the reception coil 12 is provided on the upper chip, and the distance between the chips is X, and the lines of magnetic force generated by the transmission coil 11 and X
  • the magnetic flux density B on the chip provided with the receiving coil 12 when X is small and X is large.
  • the distance between the communication channels that is, the horizontal distance between the coil centers
  • Y P
  • the magnetic flux density in the receiving coil 12 caused by the transmitting coil 11 is equal to a predetermined Yo. There is a position that becomes 0.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating ISR with respect to the distance between communication channels in the first embodiment.
  • the conditions are the same as in Fig. 2.
  • I SR [dB] Interference-to-Signal Ratio
  • crosstalk is minimized at Yo 70 [m].
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a plurality of communication channels are arranged in parallel in the electronic circuit according to the second embodiment of the present invention when the upper force of the chip is also viewed.
  • the communication channels are divided into two groups, and each group is operated at different phases.
  • the transmitter coil 1 la and the receiver coil 12a of the group operated in the leading phase, and the transmitter coil 1 lb and the receiver coil 12b of the group operated in the slow phase are provided, and adjacent to each other in the same group.
  • the distance between communication channels is set to Yo, and the communication channels of each group are arranged in a pine pattern (that is, the communication channels of other groups are arranged on the front, back, left, and right of a predetermined group of communication channels).
  • 3 X 33 99 are arranged in parallel. This uses SDMA and TDMA (Time Division Multiple Access) together.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an electronic circuit according to the second embodiment.
  • Fig. 5 shows one communication channel consisting of a pair of transmission coil 23 and reception coil 25.
  • the electronic circuit of the second embodiment includes a flip-flop circuit 21, a transmission circuit 22, a transmission coil 23, a capacitor. It consists of a sensor 24, a receiving coil 25, and a receiving circuit 26.
  • communication channels of groups operating in different phases are provided as adjacent communication channels, and the phase control is performed by the clock Clk.
  • FIG. 6 is a waveform diagram of each part for explaining the operation of the electronic circuit according to the second embodiment.
  • the flip-flop circuit 21 drives the transmission circuit 22 at the timing of the clock Clk, and the transmission circuit 22 charges the capacitor 24 via the transmission coil 23.
  • Current IT is passed through transmitter coil 23.
  • a voltage VR due to an induced current is generated in the receiving coil 25, and the receiving circuit 26 detects a signal at the timing of the clock Clk to obtain received data Rxdata.
  • the force group indicating that the lead phase ⁇ and the slow phase ⁇ phase phase bar ( ⁇ ) are operated in two different phases is divided into three or more. It is also possible to operate at three or more different phases.
  • the communication channel is arranged in an elongated rectangular shape as a whole, but this is suitable as a structure for reducing crosstalk because there are fewer communication channels in the vicinity than in the first embodiment. It is.
  • communication between three or more layers of substrates is not particularly mentioned.
  • naturally communication between three or more layers of substrates is also preferable.
  • crosstalk generally occurs.
  • communication between boards that are farthest apart where the signal is the smallest, so communication channels that have the smallest crosstalk with respect to the distance X between the boards that are farthest apart.
  • the shapes of the transmitting coil and the receiving coil may be shifted, such as a circle, an ellipse, or a triangle, a square, or a polygon such as a hexagon.

Landscapes

  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

　基板間通信を誘導性結合によって実現する場合に、複数の通信チャネルを近接して並列に並べてもクロストークの発生を実際上無視できる程度に小さくすることができる電子回路を提供することを課題として、送信コイル１１を下のチップに、受信コイル１２を上のチップに設けて、チップ間の距離をＸ、通信チャネル間の距離（すなわち、コイル中心間の水平距離）をＹとしたとき、所定のＹoにおいて、送信コイル１１に起因する受信コイル１２内の磁束密度が０になる位置が存在する。すなわち、Ｙが小さいと大きなクロストークが発生し、Ｙが大きいと逆符号の小さなクロストークが発生するため、その途中で磁束密度Ｂを受信コイル１２内で積分した値が０になる位置が必ず存在することになる。この位置においては原理的にクロストークが発生しない。  

Description

電子回路
技術分野
[0001] 本発明は、 IC (Integrated Circuit)ベアチップや PCB (プリント基板）などの基板間 の通信を好適に行うことができる電子回路に関する。
背景技術
[0002] 本発明者らは、チップを 3次元実装し、チップ間を誘導性結合により電気的に接続 する方法によって、 LSI (Large Scale Integration)の 1パッケージに複数のベアチップ を封入するシステムインパッケージ (SiP)を実現することを提案して ヽる（特許文献 1 参照)。
[0003] 図 7は、先願発明の電子回路の構成を示す図である。この電子回路は、第 1〜第 3 LSIチップ 31a〜31cから成る。 LSIチップが 3層にスタックされ、 3チップにまたがる バスを形成する例である。すなわち、 3者間（3つの LSIチップ間）で互いに通信可能 な 1つの通信チャネルを構成している。第 1〜第 3LSIチップ 31a〜31cが縦に積まれ 、各チップは接着剤で互いに固定されている。第 1〜第 3LSIチップ 31a〜31c上に は、それぞれ、送信に用いる第 1〜第 3送信コイル 33a〜33cが配線により形成され、 また、それぞれ、受信に用いる第 1〜第 3受信コイル 35a〜35cが配線により形成さ れる。これら 3ペアの送受信コイル 33、 35の開口の中心が一致するように、第 1〜第 3LSIチップ 31a〜31c上で配置されている。これにより、 3ペアの送受信コイル 33、 3 5は誘導性結合を形成し、 1つの通信チャネルを構成する。第 1〜第 3送信コイル 33 a〜33cにはそれぞれ第 1〜第 3送信回路 32a〜32cが接続され、第 1〜第 3受信コ ィル 35a〜35cにはそれぞれ第 1〜第 3受信回路 34a〜34cが接続される。送受信コ ィル 33、 35は、プロセス技術の多層配線を利用し、通信に許される面積内で、 3次 元的に 1回巻き以上のコイルとして実装される。送受信コイル 33、 35には、通信に最 適な形状が存在し、最適なまき数、開口、線幅をとる必要がある。一般的に、送信コィ ノレ 33力受信コィノレ 35より/ Jヽさい。
特許文献 1：特願 2004— 037242 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ここで、チップ間の通信容量を大きくするなどのために 1ペア以上の送受信コイルで 構成する通信チャネルを近接して複数個並列に並べると近接通信チャネル間で磁 力線の漏れに起因するクロストークが発生してしまう。
[0005] 本発明は、上記問題点に鑑み、基板間通信を誘導性結合によって実現する場合 に、複数の通信チャネルを近接して並列に並べてもクロストークの発生を実際上無視 できる程度に小さくすることができる電子回路を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明の電子回路は、基板上の配線により形成される複数の送信コイルを有する 第 1基板と、基板上の配線によりそれぞれ前記第 1コイルと対応する位置に形成され 第 1コイルと誘導結合して通信チャネルを構成する複数の受信コイルを有する第 2基 板とを備え、各通信チャネルの送信コイル及び受信コイルは、距離に依存する近接 通信チャネルからの正負のクロストークが相殺される位置に配設されている。
[0007] また、 3以上の基板を備え、その内で前記第 1基板及び第 2基板間の距離が最も長 いことで、一般に最もクロストークが問題となる通信におけるクロストークを小さくするこ とがでさる。
[0008] また、最も近 、通信チャネル同士は異なる位相で動作し、その次に近 、通信チヤネ ル同士は同相で動作して前記クロストークが相殺される位置に配設されていることで 、数多くの通信チャネルを備える場合であってもクロストークを小さくすることができる 発明の効果
[0009] 本発明によれば、基板間通信を誘導性結合によって実現する場合に、複数の通信 チャネルを近接して並列に並べてもクロストークの発生を実際上無視できる程度に小 さくすることができる。
[0010] 本明細書は本願の優先権の基礎である特願 2004— 244060の明細書及び Z又は 図面に記載される内容を包含する。
1—
図1—面の簡単な説明
[図 1]図 1は本発明の実施例 1による電子回路における複数の通信チャネルを並列【 並べた様子をチップの上力 見た状態を示す図である。
[図 2]図 2は実施例 1にお 、て発生する磁力線を示す図である。
[図 3]図 3は実施例 1において通信チャネル間の距離に対する ISRを示す図である。
[図 4]図 4は本発明の実施例 2による電子回路における複数の通信チャネルを並列【 並べた様子をチップの上力 見た状態を示す図である。
[図 5]図 5は実施例 2による電子回路の構成を示す図である。
圆 6]図 6は実施例 2による電子回路の動作を説明する各部の波形図である。
[図 7]図 7は先願発明の電子回路の構成を示す図である。
符号の説明
送信コイル
12 受信コイル
21 フリップフロップ回路
22 送信回路
23 送信コイル
24 コンデンサ
25 受信コイル
26 受信回路
31 LSIチップ
32 送信回路
33 送信コイル
34 受信回路
35 受信コイル
Rxdata 受信データ
Txdata 送信データ
発明を実施するための最良の形態 [0013] 以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細 に説明する。
実施例 1
[0014] 図 1は、本発明の実施例 1による電子回路における複数の通信チャネルを並列に 並べた様子をチップの上から見た状態を示す図である。本実施例 1は、一方のチップ に正方形の送信コイル 11を、そして他方のチップに正方形の受信コイル 12を設けて 、それらで構成する通信チャネルをピッチ Pの間隔で 5 X 5 = 25個並列に並べたもの である。これは、 SDMA (空間分割多元接続： Space Division Multiple Access)になる
[0015] 図 2は、実施例 1において発生する磁力線を示す図である。より具体的には、図 2は 、送信コイル 11を下のチップに、受信コイル 12を上のチップに設けて、チップ間の距 離を Xとしたときの、送信コイル 11による磁力線、及び Xが小さい場合と Xが大きい場 合の受信コイル 12を設けたチップ上の磁束密度 Bを示す。通信チャネル間の距離（ すなわち、コイル中心間の水平距離)を Yとしたとき (すなわち、 Y=P)、所定の Yoに ぉ 、て、送信コイル 11に起因する受信コイル 12内の磁束密度が 0になる位置が存在 する。図示するように、 Υが小さいと大きなクロストークが発生し、 Υが大きいと逆符号 の小さなクロストークが発生するため、その途中で磁束密度 Βを受信コイル 12内で積 分した値力^になる位置が必ず存在することになる。この位置においては原理的にク ロストークが発生しない。
[0016] 図 3は、実施例 1において通信チャネル間の距離に対する ISRを示す図である。条 件は図 2と同じであり、正方形の送信コイル 11及び受信コイル 12の一辺の長さ D= 5 0 [ m]、チップ間距離 X= 50 [ m]としたときのチャネル間距離 Υ[ μ m]に対する I SR[dB] (Interference- to- Signal Ratio)を示す。この場合には Yo 70[ m]におい て、クロストークが最小になる。
実施例 2
[0017] 図 4は、本発明の実施例 2による電子回路における複数の通信チャネルを並列に 並べた様子をチップの上力も見た状態を示す図である。本実施例 2は、通信チヤネ ルを 2つのグループに分けて、それぞれのグループを互いに異なる位相で動作させ るものであり、進み位相で動作させるグループの送信コイル 1 la及び受信コイル 12a 、並びに遅;^立相で動作させるグループの送信コイル 1 lb及び受信コイル 12bを設 けて、同一グループ内の隣接通信チャネル間距離を Yoとし、各グループの通信チヤ ネルを巿松模様に配設して (すなわち、所定のグループの通信チャネルに対して前 後左右に他のグループの通信チャネルを配設する）、全体として 3 X 33 = 99個並列 に並べたものである。これは SDMAと TDMA (時分割多元接続： Time Division Mult iple Access)を併用するものである。
[0018] 図 5は、実施例 2による電子回路の構成を示す図である。図 5は、 1ペアの送信コィ ル 23と受信コイル 25から成る 1つの通信チャネルについて示すものであり、本実施 例 2の電子回路は、フリップフロップ回路 21、送信回路 22、送信コイル 23、コンデン サ 24、受信コイル 25、及び受信回路 26から成る。本実施例 2は、図 4に示すように隣 接通信チャネルとして異なる位相で動作するグループの通信チャネルを配設するも のであり、その位相制御はクロック Clkによって行う。
[0019] 図 6は、実施例 2による電子回路の動作を説明する各部の波形図である。入力され る送信データ Txdataがローからハイになると、フリップフロップ回路 21はクロック Clk のタイミングで送信回路 22を駆動し、送信回路 22は送信コイル 23を介してコンデン サ 24を充電する三角波形状の充電電流 ITを送信コイル 23に流す。これにより受信 コイル 25には誘導電流による電圧 VRが発生し、受信回路 26はクロック Clkのタイミン グで信号を検出して、受信データ Rxdataを得る。
[0020] 本実施例 2では、進み位相 φと遅; ^立相バー（ φ )とが逆位相関係にある 2つの異 なる位相で動作させるものを示した力 グループを 3つ以上に分けて 3つ以上の異な る位相で動作させるようにしてもよい。本実施例 2では、通信チャネルの配設領域を 全体として細長 ヽ長方形としたが、これは近傍に存在する通信チャネルが実施例 1と 比べて少ないために、クロストークを減少させる構造として適するものである。
[0021] なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
[0022] 上記実施例の説明では、特に 3層以上の基板間の通信について言及していないが 、先願発明において説明したように、当然に 3層以上の基板間の通信であっても好 適に実施できる。このような 3層以上の基板間の通信の場合に、一般にクロストークが 特に問題となるのは、信号が最も小さくなつてしまう、最も離れている基板間の通信で あるから、最も離れて 、る基板間の距離 Xに対してクロストークが最小となる通信チヤ ネル間距離 Yoに等 、ピッチ Ρの通信チャネル配設とすることが望ま 、。ただし、 他と比べて特に高い通信品質が求められる基板間の通信がある場合などのように、 必ずしも最も離れて ヽる基板間のクロストークを最小とする必要はな 、。
[0023] 送信コイル及び受信コイルの形状は、円形、楕円形、又は三角形、正方形、若しく は六角形などの多角形などの 、ずれでも構わな 、。
[0024] 本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願をそのまま参考として本明 細書にとり入れるものとする。

Claims

請求の範囲
[1] 基板上の配線により形成される複数の送信コイルを有する第 1基板と、
基板上の配線によりそれぞれ前記第 1コイルと対応する位置に形成され第 1コイル と誘導結合して通信チャネルを構成する複数の受信コイルを有する第 2基板と を備え、各通信チャネルの送信コイル及び受信コイルは、距離に依存する近接通信 チャネルからの正負のクロストークが相殺される位置に配設されていることを特徴とす る電子回路。
[2] 3以上の基板を備え、その内で前記第 1基板及び第 2基板間の距離が最も長いこと を特徴とする請求項 1記載の電子回路。
[3] 最も近 、通信チャネル同士は異なる位相で動作し、その次に近 、通信チャネル同 士は同相で動作して前記クロストークが相殺される位置に配設されていることを特徴 とする請求項 1又は 2記載の電子回路。
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