專利名稱：差動路徑轉換部件、印制基板以及電子裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及差動路徑轉換部件、印制基板以及電子裝置。
背景技術：
存在在2條信號線上分別傳輸反相的信號來傳輸數據的差動傳輸方式。例如，為了在安裝于印制基板上的2個電子部件之間對信號進行差動傳輸，要通過在印制基板上構圖的2條布線來進行。專利文獻1 日本特開2004-95876號公報專利文獻2 日本特開平6_3似964號公報
發明內容
發明解決的課題如果考慮到阻抗匹配、抗噪聲性，則優選2條布線的相互間隔以及長度相等。但是，根據安裝在印制基板上的電子部件的端子位置，有時必須重新排列2條布線的順序。在這樣的情況下，很難使2條布線的相互間隔以及長度相等。本發明的目的是提供在傳輸差動信號的傳輸路徑的相互間隔以及長度相等的狀態下可轉換傳輸路徑的位置關系的差動路徑轉換部件、印制基板以及電子裝置。本說明書所公開的差動路徑轉換部件具有第1信號線，其具有一端以及另一端； 第2信號線，其與所述第1信號線成對，并具有與所述第1信號線的一端鄰接的一端以及與所述第1信號線的另一端鄰接的另一端，傳輸與通過所述第1信號線傳輸的信號相反相位的信號，以所述第1信號線的一端和所述第2信號線的一端的排列順序、與所述第1信號線的另一端和所述第2信號線的另一端的排列順序相反的方式，所述第1信號線以及第2信號線扭轉在一起。另外，在保持第1信號線與第2信號線的間隔以及長度相等的狀態下，可轉換第1 信號線與第2信號線的位置。由此，在傳輸差動信號的傳輸路徑的間隔相等、傳輸路徑長度相等的狀態下，可轉換傳輸路徑的位置關系。本說明書所公開的印制基板具有上述差動路徑轉換部件和安裝有上述差動路徑轉換部件的印制基板主體。本說明書所公開的電子裝置具有上述印制基板。發明的效果本發明能夠提供在傳輸差動信號的傳輸路徑的相互間隔以及長度相等的狀態下可轉換傳輸路徑的位置關系的差動路徑轉換部件、印制基板以及電子裝置。
圖IA是信息處理裝置的說明圖，圖IB是差動傳輸路徑的說明圖，圖IC是差動路徑轉換部件的示意圖，圖ID是轉換布線的其它方法的說明圖。
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圖2A 2D是差動路徑轉換部件的說明圖。圖3A 3D是差動路徑轉換部件的說明圖。圖4A 4D是差動路徑轉換部件的說明圖。圖5A、5B是安裝有差動路徑轉換部件的印制基板的變形例的說明圖。圖6A、6B是差動路徑轉換部件的內部的說明圖。圖7A 7C是差動路徑轉換部件的制造方法的說明圖。圖gA 8D是用作跳線時的差動路徑轉換部件的說明圖。圖9A、9B是噪聲造成的影響的說明圖。圖IOA是差動路徑轉換部件的安裝方法的變形例的說明圖，圖IOB是多通道用的差動路徑轉換部件的說明圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對實施方式進行說明。圖IA是信息處理裝置的說明圖。信息處理裝置100例如是筆記本型個人計算機。信息處理裝置100是電子裝置的一例。信息處理裝置100具有印制基板主體(以下， 稱為印制基板)80、鍵盤103、顯示器102、硬盤104。在印制基板80上安裝有CPU電源電路 108、CPU (Central Processing Unit 中央處理單元)110、MCH (Memory Controller Hub) 112、MEM(Memory) 114、ICH(I/O Controller Hub) 116 印制基板 80 相當于主機板 (motherboard)。在印制基板80上安裝有多個差動路徑轉換部件(以下，稱為部件)1。部件1被安裝在連結MCH112與ICH116的布線上，另外，還被安裝在連結MCH112與顯示器102 的布線上以及連結ICH116與硬盤104的布線上。圖IB是差動傳輸路徑的說明圖。如圖IB所例示的那樣，MCHl 12, ICHl 16各自的端子的位置關系相反。在印制基板80上設置有在MCH112、ICH116之間進行差動傳輸的布線81、82。布線81傳輸差動信號的P (正邏輯)信號，布線82傳輸差動信號的N(負邏輯) 信號。如圖IB所示，布線81、82的排列順序通過部件1進行轉換，構成了 P-P以及N-N本來對應的連接。圖IC是部件1的示意圖。如圖IC所示，在部件1內，以使布線81與布線82的排列順序相反的方式進行了布線。后面詳細敘述部件1的內部構造。在安裝于印制基板上的2個電子部件之間，當正極端子與負極端子的位置關系相反時，可通過如下這樣地布線來確保傳輸路徑。如圖ID所示，將設置于印制基板的第1面側的布線81x、8h中的、布線81x經由孔86轉移到一端的印制基板的第2面側。然后，在第2面側使布線81x與布線8 交叉，再次經由孔87將布線Slx轉移到第1面側。這樣， 也可認為轉換了 2條布線81x、8h的排列順序。但是，在此情況下，很難使2條布線81x、 82x的長度相等、且間隔恒定。在后面進行詳細敘述，可以通過采用部件1來在使布線的間隔以及長度相等的狀態下轉換布線的排列順序。接著，對差動路徑轉換部件進行說明。圖2A 2D、圖3A 3D、圖4A 4D是差動路徑轉換部件的說明圖。圖2A所例示的部件1安裝在印制基板80上。部件1具有殼體10。在殼體10的內部收納有后述的2條信號線。殼體10是近似長方體。殼體10例如通過合成樹脂等絕緣性材料來成形。在殼體10的外表面固定有引線框架lla、llb、12a、12b。引線框架IlaUlb在殼體10內通過一條信號線導通。引線框架12a、12b也同樣在殼體10內通過一條信號線導通。引線框架11a、 lib與布線81導通，引線框架12a、12b與布線82導通。在圖2B所例示的部件Ia的殼體10的外表面上固定有引線框架13a、13b。引線框架13a、1 與設置在印制基板80a上的GND布線83導通。引線框架13a、13b相當于接地端子。在引線框架IlaUh之間設置有引線框架13a。另外，在引線框架lib、12b之間設置有引線框架13b。在按照布線81、GND布線83、布線82的順序排列的情況下，能夠采用部件
Ia0在圖2C所例示的部件Ib的殼體10的外表面上固定有直線狀延伸的引線框架13。 引線框架13與2個83連接。在圖2D所例示的部件Ic的殼體10的外表面上固定有十字狀的引線框架13c。在印制基板80b上配置有多個GND布線83的情況下，可采用這樣的部件lc。在圖3A所例示的部件Id的殼體10的外表面上以隔著引線框架11a、1 的方式固定有2個引線框架13a，以隔著引線框架llb、12b的方式固定有2個引線框架13b。由此， 在印制基板80c上的GND布線83以隔著布線81、82的方式進行設置的情況下，可采用部件 Id。在圖;3B所例示的部件Ie的殼體10的兩側部分別固定有2個引線框架13e。在印制基板80d中，隔著布線81、82配置有2條GND布線83，在GND布線83與布線81、82之間的間隔較寬的情況下，可采用部件le。在圖3C所例示的部件If的殼體10的外表面上固定有引線框架13f，該引線框架13f覆蓋引線框架lla、llb、12a、12b以外的大致全部區域。 在圖3D所例示的部件Ig的殼體10的外表面上固定有在殼體10的橫方向上延伸的引線框架13g。由此，設置在印制基板80d上的2條GND布線83相互導通。圖4A所例示的部件Ih具備殼體10h。殼體IOh是金屬制的。殼體IOh為近似長方體。在殼體IOh的前面側，導線31的端部31a、導線32的端部32a露出。在殼體IOh的后面側，導線31的端部31b、導線32的端部32b露出。導線31、32是收納在殼體IOh內的信號線的導線。在殼體IOh的兩側面分別固定有引線13h。如圖4B所例示的那樣，在印制基板80h的開口部89h處安裝有部件lh。開口部 89h的形狀與部件Ih的形狀對應。導線31、32分別通過焊錫與布線81、82連接。另外，引線1 通過焊錫與GND布線83連接。這樣，可通過將部件Ih安裝到開口部89h，來抑制部件Ih的安裝高度。另外，如圖4B所例示的那樣，布線81、82的水平高度與端部31a、32a、31b、32b的水平高度大致相同。由此，當例如在印制基板的內層設置有接地層時，可抑制從接地層到設置在印制基板80i的表面上的傳輸路徑的高低差。即，能夠盡量使從接地層到傳輸路徑的距離恒定。由此，能夠抑制產生由于從接地層到傳輸路徑的距離不均勻而引起的問題。圖4C所例示的部件Ii的殼體IOi近似圓筒狀、且是金屬制的。在殼體IOi的內部收納有2條信號線。2條信號線的導線31、32從殼體IOi露出。此外，2條信號線在殼體 IOi內利用樹脂進行了模塑。如圖4D所例示的那樣，通過將部件Ii安裝到開口部89i，也能夠抑制部件Ii的安裝高度。另外，能夠盡量使從接地層到傳輸路徑的距離恒定。圖5A、5B是安裝有差動路徑轉換部件的印制基板的變形例的說明圖。如圖5A所例示的那樣，開口部89設置為長方形。另外，印制基板80j的表面層被切削而使接地層85 的一部分在上表面側露出。在安裝上述的部件lh、li等時，利用焊錫將引線13h與接地層 85連接。在印制基板的表面上未設置GND布線的情況下，通過這樣地加工印制基板80j，可確保接地連接。另外，如圖5B所例示的那樣，印制基板80k的表面層被切削而使接地層85的一部分呈矩形狀地露出。在圖5B所示的印制基板80k上未設置開口部。也可以在所露出的接地層85的表面上安裝部件lh，利用焊錫來連接引線1 與接地層85。由此，還可以抑制部件Ih的安裝高度。此外，也可以將印制基板與接地層一起挖通，在印制基板上形成開口部，在該開口部中安裝不具有接地端子的差動路徑轉換部件。在此情況下，在差動路徑轉換部件的正下方不存在接地層，所以通過這樣的安裝方法也能夠調整阻抗。圖6A、6B是差動路徑轉換部件10內部的說明圖。如圖6A所示，導線31、32扭轉在一起，端部3la、32a的排列順序和端部3lb、32b的排列順序相反。如圖6B所示，收納在殼體10內的2條信號線21、22分別包含覆蓋部41、42、導線31、32。導線31、32分別由覆蓋部41、42覆蓋。覆蓋部41、42具有絕緣性。覆蓋部41、42例如是聚氨酯(^」々 > 夕 > )、聚酰亞胺(# 'J ^ ^ K )等熱固化性樹脂制的。覆蓋部41、42的直徑相同。因此，導線31、32之間的距離相當于覆蓋部41或覆蓋部42的直徑。接著，對差動路徑轉換部件的制造方法進行簡單說明。圖7A 7C是差動路徑轉換部件的制造方法的說明圖。如圖7A所示，以使2條信號線21、22接觸的方式在橫方向上排列。如圖7B所示，將排列的信號線21、22扭轉成螺旋狀。在此狀態下，對信號線21、22進行加熱，使其固化。接著，以使信號線21 —端和信號線22 —端的排列順序、與信號線21的另一端和信號線22的另一端的排列順序相反的方式，在規定的位置切割信號線21、22。由此，如圖7C所示，信號線21、22成為被一起扭轉180度的狀態。接著，以相互并行的方式研磨所切割的信號線21、22的端面，使導線31、32的端部 31a、32a、31b、32b從覆蓋部41、42露出。將這樣制造出的信號線21、22收納于殼體10內。 接著，使端部31a、3h、31b、32b從設置在殼體10上的孔中露出。然后，以與端部31a、32a， 31b、32b分別導通的方式，將引線框架11a、12a，lib、12b固定在殼體10的外表面。以這樣的方式來制造部件1。此外，信號線21、22的捻扭轉次數沒有限定。另外，只要以使與信號線21的另一端、信號線22的另一端的排列順序相反的方式，在規定的位置切割信號線21、 22即可。除了 180度以外，所切割的信號線21、22還可以是扭轉540度或900度的狀態。因為是在排列了信號線21、22的狀態下進行扭轉，所以導線31、32之間的距離是固定的。另外，導線31、32的長度也相等。由此，收納在殼體10內的信號線21的導線31 與信號線22的導線32是等間隔的、距離也相等。由此，在布線81、82的間隔、長度相等的情況下，通過采用部件1，能夠在傳輸差動信號的傳輸路徑間隔相等、傳輸路徑長度相等的狀態下，轉換傳輸路徑的位置關系。由此，印制基板上的布線的自由度也得到提高。另外，如圖6B所示，部件1的特性阻抗由導線31、32的直徑d、導線31、32的間隔 D、覆蓋部41、42的介電常數來決定。通過調整它們的關系，可獲得期望的特性阻抗。接著，說明將差動路徑轉換部件用作跳線的情況。圖8A 8D是用作跳線時的差動路徑轉換部件的說明圖。如圖8B所示，部件Ij的殼體IOj形成得稍微比上述其它的部
6件長，部件Ij安裝在印制基板801的表面上。并且，以跨越設置在印制基板801的表面上的布線88的方式安裝。圖8A、8C、8D是收納在殼體IOj內的信號線21、22的扭轉方法的說明圖。如圖8A 所示，在端部附近扭轉信號線21、22。另外，如圖8C所示，也可以在中央部扭轉信號線21、 22。如圖8D所示，還可以多次扭轉信號線21、22。這樣，可通過共同扭轉信號線21、22來抑制噪聲的影響。圖9A、9B是噪聲影響的說明圖。如圖9A所示，未扭轉導線31、32。當一定方向的磁場B作用于導線31、32時，在導線31、32中產生電動勢。在導線31中產生的電動勢和在導線32中產生的電動勢的方向彼此相反。該電動勢與向導線31、32輸出了數據信號的情況相同，與傳輸的信號波形一起被接收側接收。在圖9B中，扭轉了導線31、32。由此，導線31、32轉換了位置關系。在位置關系轉換前的部分處的導線31中產生的電動勢的方向和在位置關系轉換后的部分處的導線31中產生的電動勢抵消。在導線32中產生的電動勢也是相同的。由此，能夠抑制噪聲的影響， 傳輸差動信號。圖IOA是差動路徑轉換部件的安裝方法的變形例的說明圖。在印制基板80m上， 在MCH112與ICH116之間安裝有多個部件1。由此，布線81、82的位置交替地轉換。由此， 也能抑制噪聲的影響，傳輸差動信號。圖IOB是多通道用的差動路徑轉換部件的說明圖。如圖IOB所示，在部件Ik的殼體IOk內，收納有多條成對的信號線。各信號線的導線31、32 從殼體IOk露出。接著，說明在傳輸差動信號的路徑的長度不固定的情況下可能引起的問題。在傳輸差動信號的路徑的長度不固定的情況下，可能會產生特性阻抗不匹配的問題。一般地，由評價傳輸路徑與終端電阻的阻抗匹配程度的參數規定傳輸路徑的特性阻抗的頻率特性。該參數被稱為回波損耗(return loss)。當在印制基板上轉換傳輸P信號的布線與傳輸N信號的布線的位置關系時，難以滿足其規格。多數的回波損耗規定了恒定或者隨著頻率的提高而劣化的特性。如果利用與依賴于頻率而變化的特性阻抗中的某頻率點的阻抗匹配的終端電阻進行終接，在成為具有與其大幅度地偏離的較大起伏的阻抗特性的情況下，在包含該頻帶成分的比特模式(bit pattern)的信號波形中產生較大的紊亂。由此，有可能使錯誤率提高、傳輸質量劣化。另外，當由于并行的信號線的轉換而導致信號線的布線長度不平衡時，會在差動信號的延遲中產生不平衡。如果僅用一個電阻對傳輸P信號的布線和傳輸N信號的布線之間進行終接，則先到達的信號作為向一側蔓延的噪聲(串擾)進行作用，使傳輸質量劣化。另外，當P信號與N信號的上升、下降時間存在差異時，相互的串擾不會抵消，由此在接收器的波形中產生不良影響。另外，當對信號的上升、下降進行高速化時，由于急劇的信號變化而產生急劇的磁場變化，對串擾的影響變大。另外，由于P信號與N信號的振幅的差異，也會對串擾產生影響。信號振幅的差不僅是因為驅動器輸出電平的差異，還可能因為基于導體集膚效應(skin effect)的損耗、絕緣體的介電質損耗(dielectric loss)的差異、差動傳輸路徑間的不平衡而引起。由于傳輸路徑的不平衡，不僅僅導致傳輸路徑的P信號、N信號之間的偏移(skew)，還會給傳輸質量帶來影響。
另外，如采用圖9A、9B所說明的那樣，可通過轉換傳輸路徑的位置關系來抑制噪聲的產生。例如，在印制基板中CPUllO的消耗電流急劇變化的情況下，產生較強的磁場。如果在CPU電源電路108中采用了輸出扼流圈，則一般配置被稱為磁隙(gap)的、磁路的局部切入(切込 )。換言之，這與在空中放出漏磁通的情況相同，會對并行的傳輸路徑帶來影響。另外，在印制基板較小的情況下，很難進行遠離扼流圈的布線。為了信號傳輸的高速化，可考慮采用在上升、下降中不耗費時間的較小信號電平。 為了接收電平小的信號，需要區分原本的信號電平與噪聲。因此，需要改善S/N比的特性。 為了改善S/N比，要使傳輸路徑更加不易受到噪聲的影響、以及增大信號電平。增大信號電平會在上升、下降中耗費時間，所以不適于高速化。可通過將信號的傳輸設定為差動傳輸， 來抑制來自“信號地”(signal ground)的噪聲影響，同時，接收器可接收夾著“信號地”將二個信號相加后的2倍電平的信號。因此，可將信號電平分成一半，以較小的電平來傳輸信號，在接收側將其作為較大電平的信號進行接收。為了實現高速傳輸，需要使信號電平小振幅化，伴隨于此，需要改善S/N比。另外， 上升、下降的縮短化所帶來的串擾問題等上述的各種問題會更加嚴重。但是，通過采用本實施例的差動路徑轉換部件，能夠避免上述這樣的問題。另外，日本特開2004-95786號公報所公開的發明沒有考慮傳輸質量。此發明的實施方式僅適用于以配置在驅動器或者接收器附近為前提的噪聲濾波器，因為由于沒有揭示考慮了傳輸路徑特性后的構造，所以在差動傳輸路徑的中間點不能適用。另外，日本特開平6-34四64號公報采用了為了避免布線長不平衡而使布線彎曲的方法。在此方法中，需要使布線曲折、彎曲，從而需要多余的布線面積。另外，由于曲折導致兩條線的伸縮，因此出現周期性地輻射噪聲的部分。另外，因為差動的+、_兩條線被分為具有0電阻的線和沒有0電阻的線，所以無法期待高速傳輸。以上詳細敘述了本發明的一個優選實施方式，但本發明不限于特定的實施方式， 在權利要求范圍所記載的本發明主旨的范圍內，可進行各種變形/變更。
權利要求
1.一種差動路徑轉換部件，其具有 第1信號線，其具有一端以及另一端；第2信號線，其與所述第1信號線成對，并具有與所述第1信號線的一端鄰接的一端以及與所述第1信號線的另一端鄰接的另一端，傳輸與通過所述第1信號線傳輸的信號相反相位的信號，以所述第1信號線的一端和所述第2信號線的一端的排列順序、與所述第1信號線的另一端和所述第2信號線的另一端的排列順序相反的方式，所述第1信號線以及第2信號線扭轉在一起。
2.根據權利要求1所述的差動路徑轉換部件，所述第1信號線具有第1導線、以及覆蓋所述第1導線的第1覆蓋部， 所述第2信號線具有第2導線、以及覆蓋所述第2導線的第2覆蓋部， 所述第1導線與所述第2導線的間隔固定。
3.根據權利要求1或2所述的差動路徑轉換部件， 所述第1信號線以及第2信號線一起被扭轉多次。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的差動路徑轉換部件，該差動路徑轉換部件還具備收納所述第1信號線以及第2信號線的殼體。
5.根據權利要求4所述的差動路徑轉換部件， 所述殼體具有與印制基板的接地層或接地布線連接的接地端子。
6.根據權利要求4或5所述的差動路徑轉換部件， 所述第1導線以及第2導線露出到所述筐體外。
7.根據權利要求4至6中任意一項所述的差動路徑轉換部件， 在所述殼體內收納有多對所述第1信號線以及第2信號線。
8.一種印制基板，其具有權利要求1至7中任意一項所述的差動路徑轉換部件；以及印制基板主體，其安裝有所述差動路徑轉換部件。
9.根據權利要求8所述的印制基板，在安裝于所述印制基板主體上的2個電子部件間傳輸差動信號的布線之間，安裝有多個所述差動路徑轉換部件。
10.根據權利要求8或9所述的印制基板，在所述印制基板主體的表面上安裝有所述差動路徑轉換部件。
11.根據權利要求8或9所述的印制基板，在所述印制基板主體的開口部中安裝有所述差動路徑轉換部件。
12.根據權利要求8至11中任意一項所述的印制基板，其特征在于，所述印制基板主體的表面被切削，以使被設置為內層的接地層的一部分露出， 所述差動路徑轉換部件具有與所述接地層的露出的部分連接的接地端子。
13.根據權利要求10所述的印制基板，所述差動路徑轉換部件以跨越設置在所述印制基板主體的表面上的布線的方式安裝。
14.一種電子裝置，其具有權利要求8至13所述的印制基板。
全文摘要
差動路徑轉換部件(1)具有信號線(21)，其具有一端以及另一端；信號線(22)，其與信號線(21)成對，具有與信號線(21)的一端鄰接的一端以及與信號線(21)的另一端鄰接的另一端，傳輸與通過信號線(21)傳輸的信號相反相位的信號，以信號線(21)一端和信號線(22)一端的排列順序、與信號線(21)的另一端和信號線(22)的另一端的排列順序相反的方式，信號線(21、22)扭轉在一起。
文檔編號H01R11/01GK102369636SQ20098015844
公開日2012年3月7日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者宮本十四廣, 麻生康一郎 申請人:富士通株式會社