使用介質波導的低功率、高速多通道芯片到芯片接口的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明的具體實施例涉及一種在印刷電路板（PCB，PrintedCircuitBoard)上傳 播信號的波導（waveguide)。
【背景技術】
[0002] 有線通信中對于帶寬（bandwidth)持續增加的需求使得高速、低功率、低成本的 輸入輸出端口（I/O)成為必要。因高頻率中趨膚效應（skineffect)而引起的現有銅導線 互連（interconnect)中的大幅衰減（attenuation)限制了這種系統性能。接收器功率中 的代價（penalty)、成本和區域發生以用于補償互連中的損失，且隨數據率或傳輸距離增加 而呈現指數增長。使用介質作為傳輸通道的新芯片到芯片（chiptochip)接口被提出以 用于解決上述問題。
【發明內容】
[0003] 本發明的示例性實施例公開了一種電纖維，用于收發器輸入輸出間板到板互連， 所述電纖維包括：介質波導，從發射器側板向接收器側板傳播信號；以及金屬包覆，包裹所 述介質波導。
[0004] 為了所述介質波導和微帶電路間阻抗匹配，所述介質波導的兩端中的至少一端逐 漸變細。
[0005] 所述介質波導兩端中的至少一端被線性成型以最優化具有最大功率傳輸效率的 所述介質波導的阻抗。
[0006] 所述金屬包覆包括銅包覆。
[0007] 所述介質波導的兩端側與所述發射器側板和所述接收器側板垂直耦合。
[0008] 所述金屬包覆的長度與所述介質波導的長度的比例基于所述電纖維的長度而設 計。
[0009] 本發明的示例性實施例公開了一種具有電纖維的板到板互連裝置，所述互連裝置 包括：電纖維，利用金屬包覆從發射器側板向接收器側板傳播信號；以及微帶電路，利用微 帶到波導轉換MWT與所述電纖維相接。
[0010] 所述互連裝置進一步包括：微帶饋線，用于在第一層中將所述信號反饋至所述微 帶電路；溝槽接地面，包括溝槽，用于在第二層中最小化逆向傳輸波與正向傳輸波的比率； 接地面，包括一組導通孔，用于在第三層中在所述溝槽接地面和所述接地面間形成電連接； 以及貼片，用于以共振頻率發射信號。
[0011] 其將被理解為前述一般性說明和下述詳細說明是示例性和說明性的內容，且意在 提供所要求保護的本發明的進一步解釋。
【附圖說明】
[0012] 包含于此用于提供本發明的進一步理解且結合于此并構成本說明書一部分的附 圖，詳細說明了本發明的實施例，且與詳細說明一起用于解釋本發明的原理。
[0013] 圖1是示出根據本發明一個示例性實施例的等軸透視圖。
[0014] 圖2是示出根據本發明一個示例性實施例的整體互連的簡易模型以作為二端口 網絡（2-Portnetwork)以及在每個轉換中反射波和透射波間的關系。
[0015] 圖3是示出根據本發明構建的整體互連的S-參數的分析估計和模擬結果的圖表。
[0016] 圖4是示出根據本發明構建的整體互連的S-參數的分析估計和模擬結果的圖表。
[0017] 圖5是示出根據本發明構建的整體互連的群延遲（GroupDelay)的分析估計和模 擬結果的圖表。
[0018] 圖6是示出根據本發明一個實施例構建的波導到微帶轉換的側視圖。
[0019] 圖7是示出根據本發明一個實施例構建的波導到微帶轉換的前視圖。
[0020]圖8是示出根據本發明一個實施例構建的波導到微帶轉換的分解視圖。
[0021] 圖9是示出根據本發明一個實施例構建的具有金屬包覆和錐形（tapered)波導的 不同長度的電纖維的等軸視圖。
[0022] 圖10是示出根據本發明構建的板到波導連接器的等軸視圖。
[0023] 圖11是示出根據本發明構建的整體互連的S-參數的模擬結果的圖表。
[0024] 圖12是示出針對65GHz通道的PAM428GbpsPRBS214-1的眼圖的模擬結果的圖 表。
【具體實施方式】
[0025] 以下將參考附圖對本發明進行更加詳細的說明，其示出了本發明的示例性實施 例。然而，本發明也可用多種不同的形式來實現且并不局限于在此所列舉的實施例。更進 一步來講，這些示例性實施例被提供以使本公開充分，且對于本發明技術領域的技術人員 而言能完全理解本發明的范圍。在附圖中，層和區域的尺寸和相對尺寸可被放大以更清楚 地進行顯示。本附圖中的相似參考符號表示相似的要素。
[0026] 本發明的示例性實施例可提供一種改進的互連來代替電線線路。可提供一種例如 名為電纖維的新型介質波導（dielectricwaveguide)來代替傳統的銅線路。電纖維可被 定義為具有金屬包覆（metalcladding)的介質波導。
[0027] 具有頻率獨立衰減（attenuation)特性的介質用很少或即使不用任何額外的接 收器側補償（receiver-sidecompensation)就能實現高數據率傳遞。并聯通道數據傳遞 因電纖維和PCB的垂直親合（verticalcoupling)可被實現。在收發器I/O中用于板到 板互連的具有電纖維的PCB可被定義為板到板互連裝置。例如，該互連裝置可包括電纖 維（electricalfiber)、發射器側板（transmittersideboard)、接收器側板（receiver sideboard)、板到纖維連接器（board-to-fiberconnector)、微帶饋線（microstrip feedingline)、溝槽接地面（slottedgroundplane)、接地面（groundplane)和貼片 (patch)〇
[0028] 提供了一種新型板到纖維連接器用以安全地將多個電纖維互相緊密地安裝到PCB 以最大化區域效率。電纖維的物理柔性（flexible)特性可支持在任何位置自由地與任意 終端相連接。電纖維的金屬包覆與電纖維的長度無關可維持總收發器功率消耗。包覆可隔 離代表性引起帶寬限制問題的其他無線通路和相鄰電纖維間信號的干擾。
[0029] 可采用槽隙耦合貼片型微帶到波導轉換來最小化微帶和波導間的反射。微帶到波 導轉換可將微帶信號轉換為波導信號，且由于其能用一般PCB生產工藝中來獲取因此具有 低成本的優勢。
[0030] 圖1是示出根據本發明一個示例性實施例的等軸透視圖。
[0031] 參考圖1，本發明示例性實施例的整體互連可用等軸透視圖來示出。圖1示出 用作為板到板互連的電纖維101。入射信號來自發射器裸片（die) 102的50-Ohm相配 的輸出以沿傳輸線103傳播且然后在發射器側板上的微帶到波導轉換104(例如，MWT， Microstrip-to-WaveguideTransition)可將微帶信號轉換為波導信號。波例如波導信號， 沿電纖維101傳遞且然后在接收器側板的MWT105中被轉換為微帶信號。同樣地，信號可沿 傳輸線106傳播且然后進入50-0hm相配的接收器輸入107。在此，介質波導可從發射器側 板向接收器側板傳播信號。
[0032]圖2是示出根據本發明一個示例性實施例的整體互連的簡易模型以作為二端口 網絡以及在每個轉換中反射波和透射波間的關系。
[0033] 在電纖維的每個端側，阻抗不連續（impedancediscontinuity)可導致從傳輸線 到波導和從波導到傳輸線中能量的低效率傳輸。為了分析這種不連續的影響，如圖2,按方 程式1、2和3所示，整體互連可被考慮作為簡易二端口網絡。 「00341 「方稈式11
[0040] 在從傳輸線向波導的轉換中，傳輸線側和波導側的入射波可分別表不為和w' 且反射波可表示為w+和同樣地，在從波導向傳輸線的轉換中，波導側和傳輸線側的入 射波可表示為，和《i。且反射波可表示為，和》4。從這個簡易模型中，假設在從傳輸線 向波導的轉換中復數反射系數是n 且復數透射系數是~ ,在從波導向傳輸線的轉 換中復數反射系數是r2 且復數透射系數是,反射波和透射波之間關系的方程 式可被做出。
[0041] 下述方程式表示出整體互連的散射矩陣（例如，S-參數）。
[0042][方程式4]
[0043]
[0044][方程式5]
[0052] 圖3是示出根據本發明構建的整體互連的S-參數的分析估計和模擬結果的圖表。 圖4是示出根據本發明構建的整體互連的S-參數的分析估計和模擬結果的圖表。圖5是 示出根據本發明構建的整體互連的群延遲（GroupDelay)的分析估計和模擬結果的圖表。
[0053] 圖3、圖4和圖5可示出根據本發明示例性實施例構建的整體互連的S-參數的分 析估計結果的圖表。例如，圖3、圖4和圖5可圖表示出上述方程式5、方程式6、方程式7和 方程式8且從不同情形的波導長度（例如5厘米和10厘米）中表明這種結果。上述每個 結果可與來自3D電磁場模擬工具（Ansys.HFSS)的模擬結果進行比較。
[0054] 圖3、圖4和圖5可表明在整體互連的S-參數和群延遲的結果中存在依賴于波導 長度的振蕩（oscillation)。波導越長，顯示的振蕩的影響越嚴重。如果眼圖被用作為評價 該傳輸系統的標準，振蕩會在眼開和零交叉中產生嚴重的問題，甚至可是比特誤差率（bit errorrate)增加的主要原因。
[0055] S-參數和群延遲結果中的振蕩可由在阻抗不連續中發生的反射波沿傳播而經受 微小衰減這一事實而引起且其可產生與發生在空腔諧振器（cavityresonator)類似的現 象。波在電纖維中可來回反彈且強化駐波（standingwave)。
[0056] 用于解決這種問題的策略如下：第一，使反射系數r2盡可能低；第二，在確保相對 小的通道損失的同時沿電纖維產生適當的衰減；第三，使用低介電常數材料作為波導。這些 策略可通過上述方程式5、6、7和8而被證明。因此，MWT可是本發明示例性實施例的客體 以用于提供較低反射r2。
[0057] 圖6是示出根據本發明一個實施例構建的波導到微帶轉換的側視圖。圖7是示出 根據本發明一個實施例構建的波導到微帶轉換的前視圖。
[0058] 圖6示出根據本發明示例性實施例構建的MWT的側視圖且圖7示出根據本發明示 例性實施例構建的MWT的前視圖。具有金屬包覆601、701的電纖維604、704與微帶電路相 接，尤其是與安置在板上的貼片元件603、703相接。在此，金屬包覆601、顯示屏701可包裹 介質波導602、70