(57)【要約】【課題】低消費電力であるが高速化が可能であり配線遅延を劇的に低減でき、さらに配線密度が高い伝送線路を提供する。【解決手段】半導体集積回路内における伝送線路であり、基準グラウンド線路１と信号線路２とからなる。基準グラウンド線路１は、所定の電圧がバイアスされる。信号線路２は、基準グラウンド線路１に並行に設けられペアとなり、基準グラウンド線路１のバイアスされる所定の電圧に対応する電圧を基準として信号を擬差動伝送し、基準グラウンド線路１と擬差動伝送線路を構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成される伝送線路であって、該伝送線路は、
所定の電圧がバイアスされる基準グラウンド線路と、
前記基準グラウンド線路に並行に設けられペアとなり、前記基準グラウンド線路のバイアスされる所定の電圧に対応する電圧を基準として信号を擬差動伝送する信号線路を有する擬差動伝送線路と、
を具備することを特徴とする伝送線路。
【請求項２】
請求項１に記載の伝送線路において、前記基準グラウンド線路はペア配線からなる第１差動伝送線路からなり、前記バイアスされる所定の電圧は前記第１差動伝送線路のコモンモード電圧であることを特徴とする伝送線路。
【請求項３】
請求項２に記載の伝送線路において、前記第１差動伝送線路の各配線は、水平方向若しくは垂直方向に並ぶ位置関係で又は水平方向若しくは垂直方向に対して斜め方向に並ぶ位置関係で配置されることを特徴とする伝送線路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の伝送線路において、前記信号線路はペア配線からなる第２差動伝送線路からなり、前記擬差動伝送される信号は前記第２差動伝送線路のコモンモード電圧に重畳されることを特徴とする伝送線路。
【請求項５】
請求項４に記載の伝送線路において、前記第２差動伝送線路の各配線は、水平方向若しくは垂直方向に並ぶ位置関係で又は水平方向若しくは垂直方向に対して斜め方向に並ぶ位置関係で配置されることを特徴とする伝送線路。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の伝送線路において、前記基準グラウンド線路と信号線路は、水平方向又は垂直方向に並ぶ位置関係で配置されることを特徴とする伝送線路。
【請求項７】
請求項２に記載の伝送線路において、前記第１差動伝送線路の各配線は、前記信号線路の垂直方向よりも外側の両脇にそれぞれ設けられることを特徴とする伝送線路。
【請求項８】
請求項７に記載の伝送線路であって、さらに、前記基準グラウンド線路と並行に設けられるペア配線からなる第３差動伝送線路を有し、該第３差動伝送線路は、前記第１差動伝送線路の間に設けられることを特徴とする伝送線路。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れかに記載の伝送線路において、前記基準グラウンド線路及び前記擬差動伝送線路は、再配線層に設けられることを特徴とする伝送線路。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８の何れかに記載の伝送線路において、前記基準グラウンド線路及び前記擬差動伝送線路は、多層基板に設けられることを特徴とする伝送線路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板上に形成される伝送線路に関し、特に、擬差動伝送線路を有する伝送線路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近来、微細化による高集積化に伴って、大規模集積回路（ＬＳＩ）では１ｃｍ程度のチップサイズでＧＨｚ帯のデジタル信号処理を行うようになってきている。このようなＬＳＩ内で回路を高速に動作させたり長距離伝送させたりする場合、配線を抵抗と容量からなるＲＣ集中定数回路として回路設計を行うと、ｍｍオーダの長距離配線に関しては、配線を分割してリピータを挿入しなければならず、リピータ数の増加による遅延時間の増加、リピータによる消費電力の増加等が問題となっている。
【０００３】
このようにＬＳＩの高集積化に伴い信号波長とチップサイズが同程度になった場合、信号伝達は電磁波伝送として考える必要があり、配線を電気回路的には分布定数回路として扱う伝送線路として設計する必要がある。伝送線路は、信号の電磁波の特徴を考慮して回路設計を行うものであり、ＬＳＩに作成可能な伝送線路としては、例えば図１（ａ）に示すようなマイクロストリップ型伝送線路や図１（ｂ）に示すようなコプレーナ型不平衡伝送線路、図１（ｃ）に示すようなペアライン型不平衡伝送線路が挙げられる。これらの不平衡伝送線路を用いる場合、グラウンド線の寸法はミクロンオーダであり、抵抗が大きいことを考慮すると、電気的信頼性が保証できない。また、近傍の信号線路とのクロストークの問題もある。
【０００４】
このようなグラウンド線の電気的信頼性やクロストークの問題を解消するためには、ペア配線を用いる差動伝送線路を用いるのが有効である。図２に差動伝送線路の種々の構造の例を示す。図２（ａ）はスタックドペアライン型差動伝送線路、図２（ｂ）はコプレーナ型差動伝送線路、図２（ｃ）は対角線ペア型差動伝送線路の例である。図示の通り、差動伝送線路はそれぞれの線路に特性の反転した信号を伝送させ、受信側が差動増幅回路で受けるため、受信回路側で同相ノイズをキャンセルできるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１２５４１２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７９４９号公報
【非特許文献１】Ｈ．  Ｉｔｏ，  Ｋ．  Ｏｋａｄａ，  ａｎｄ  Ｋ．  Ｍａｓｕ，  “Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｎ  Ｓｉ  ＵＬＳＩ”，  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｖｏｌ．  Ｅ８７−Ｃ，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．  ９４２−９４８．  Ｊｕｎｅ  ２００４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような不平衡伝送線路は、配線の面積は小さくできるが、配線遅延、グラウンド線やクロストークの問題があり、さらに消費電力の問題もあった。また、差動伝送線路は、１つの信号を伝送するのに２本の信号線路が必要なため、不平衡伝送線路に比べて信号配線の面積を多く必要としていた。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、低消費電力であるが高速化が可能であり配線遅延を劇的に低減でき、さらに配線密度が高い伝送線路を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による伝送線路は、所定の電圧がバイアスされる基準グラウンド線路と、基準グラウンド線路に並行に設けられペアとなり、基準グラウンド線路のバイアスされる所定の電圧に対応する電圧を基準として信号を擬差動伝送する信号線路を有する擬差動伝送線路と、を具備するものである。
【０００９】
ここで、基準グラウンド線路はペア配線からなる第１差動伝送線路からなり、バイアスされる所定の電圧は第１差動伝送線路のコモンモード電圧であれば良い。
【００１０】
また、第１差動伝送線路の各配線は、水平方向若しくは垂直方向に並ぶ位置関係で又は水平方向若しくは垂直方向に対して斜め方向に並ぶ位置関係で配置されれば良い。
【００１１】
また、信号線路はペア配線からなる第２差動伝送線路からなり、擬差動伝送される信号は第２差動伝送線路のコモンモード電圧に重畳されれば良い。
【００１２】
またさらに、第２差動伝送線路の各配線は、水平方向若しくは垂直方向に並ぶ位置関係で又は水平方向若しくは垂直方向に対して斜め方向に並ぶ位置関係で配置されれば良い。
【００１３】
また、基準グラウンド線路と信号線路は、水平方向又は垂直方向に並ぶ位置関係で配置されれば良い。
【００１４】
また、第１差動伝送線路の各配線は、信号線路の垂直方向よりも外側の両脇にそれぞれ設けられても良い。
【００１５】
さらに、基準グラウンド線路と並行に設けられるペア配線からなる第３差動伝送線路を有し、該第３差動伝送線路は、第１差動伝送線路の間に設けられても良い。
【００１６】
ここで、基準グラウンド線路及び擬差動伝送線路は、再配線層に設けられても良い。
【００１７】
また、基準グラウンド線路及び擬差動伝送線路は、多層基板に設けられても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の伝送線路には、低消費電力且つ高速化が可能であり、配線密度を高くすることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図３は、本発明の第１実施例の伝送線路を説明するための図であり、図３（ａ）がその配線構造を示す概略斜視図、図３（ｂ）がその回路図、図３（ｃ）が信号線路と基準グラウンド線路の伝送波形である。なお、本明細書中では基本的にＬＳＩ内に設けられるような伝送線路について説明するが、本発明はこれに限定されず、ＬＳＩだけでなく、多層プリント基板等、実装基板上に形成される伝送線路であっても構わない。本発明の伝送線路は、多層配線層や再配線層、多層プリント基板等の複数の層からなるあらゆるものに形成可能なものである。
【００２０】
本発明の第１実施例の伝送線路は、図３（ａ）に示すように、基準グラウンド線路１と、基準グラウンド線路１に並行に設けられる信号線路２とからなる。図３（ｂ）の回路図に示すように、基準グラウンド線路１は所定の電圧がバイアスされており、信号線路２は基準グラウンド線路１とペアとなりこのバイアスされた電圧を基準として、信号を擬差動伝送するものである。ここで、擬差動伝送とは、差動伝送と異なり、ペアとなる線路に反転信号を入力するのではなく、一方が基準バイアス電圧Ｖｂｉａｓで固定され、この電圧を基準にして他方に信号を伝送し、受信側で差動増幅器により差分を検出するものである（図３（ｃ）参照）。したがって、擬差動伝送線路構成も差動伝送線路と同様に、同相ノイズには強い。なお、基準グラウンド線路１には信号は流さないため、線幅を太くする必要がない。したがって、図３（ａ）に示すように、信号線路２よりも基準グラウンド線路１を細く形成可能である。なお、図示例では信号線路２は１本のみ記載しているが、勿論他の多数の配線が並んでいても構わない。基準グラウンド線路１も、信号線路２の直下に１本設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、上部にあっても側部にあっても構わず、また、他の配線が複数並んでいても構わない。
【００２１】
配線密度としては、平面的には１本の信号線路で伝送可能なため、図２（ｂ）に示すコプレーナ型差動伝送線路等と比べると、より高い配線密度となる。
【００２２】
次に、本発明の第２実施例を図４を用いて説明する。図４は、本発明の第２実施例の伝送線路を説明するための図であり、図４（ａ）がその配線構造を示す概略斜視図であり、図４（ｂ）がその回路図である。図中、図３と同一の符号を付した部分は同一要素を表わしている。第２実施例では、基準グラウンド線路１を信号線路２の直下よりも外側に設けている。これは、信号線路２と基準グラウンド線路１間の距離によりインピーダンスが変わることから、伝送線路が所定の特性インピーダンスを有するように、配線間隔を調整したものである。そして、基準グラウンド線路１は１本でも良いが、図示例では基準グラウンド線路１と１’の２本に分けている。基準グラウンド線路１，１’は、信号線路２の直下よりも外側であって、尚且つ信号線路２の両脇に設けられており、基準グラウンド線路１，１’を一体的にみて信号線路２とペアとなっている。なお、図４（ｂ）の回路図で示すように、基準グラウンド線路１’は隣の信号線路２’ともペアとなっていても良い。このような擬差動伝送線路の構成により、インピーダンス整合を行う場合等、種々の条件に合った配線構成が実現可能である。また、図示例では基準グラウンド線路１，１’を信号線路２の直下よりも外側に設けているが、直上よりも外側でも良く、すなわち垂直方向よりも外側の両脇に設けられれば良い。また、後に詳説するように、基準グラウンド線路１，１’を差動伝送線路として用い、そのコモンモード電圧を基準バイアス電圧として用いても良い。
【００２３】
さらに、図５を用いて本発明の第３実施例を説明する。図５は、本発明の第３実施例の伝送線路の配線構造を示す概略斜視図である。図中、図４と同一の符号を付した部分は同一要素を表わしている。図４の第２実施例と異なる点は、信号線路２の近傍に、すなわち、第２実施例で信号線路２の両脇に設けられた基準グラウンド線路１，１’の間のスペースに、ペア配線からなる差動伝送線路３をさらに設けた点である。差動伝送線路３は、それぞれに反転信号を伝送するものであり、信号線路２の直下に設けられる。この構成により、擬差動伝送路と差動伝送路の２つを少ない面積において達成でき、より信号線の配線密度が高くなる。勿論、差動伝送線路３は、信号線路２の直下ではなく、上部でも側部でも構わない。
【００２４】
なお、図５に示した第３実施例における配線の寸法の一例を挙げると、例えばＬＳＩ内の配線の場合、信号線路２の配線幅が３．０μｍ、配線ピッチが５．６μｍ、差動伝送線路の各配線幅が１．０μｍ、配線ピッチが２．０μｍ程度である。また、再配線層や多層プリント基板等を用いた配線の場合には、配線寸法はＬＳＩ内の場合の約１０倍、すなわち、信号線路２の配線幅が３０μｍ、配線ピッチが５６μｍ、差動伝送線路の各配線幅が１０μｍ、配線ピッチが２０μｍ程度となる。
【００２５】
次に、本発明の第４実施例を図６を用いて説明する。図６は、本発明の第４実施例の伝送線路を説明するための図であり、図６（ａ）がその配線構造を示す概略斜視図であり、図６（ｂ）がその回路図、図６（ｃ）が伝送路の伝送波形である。図中、図４と同一の符号を付した部分は同一要素を表している。本実施例では、図６（ａ）に示すように、信号線路２の直下にペア配線３ａ，３ｂからなる差動伝送線路３を設けている。そして、図６（ｂ）に示すように、この差動伝送線路３と信号線路２がペアとなり、擬差動伝送を行うように構成している。すなわち、差動伝送線路３自体を第３実施例等の基準グラウンド線路とみなし、図６（ｃ）のように差動伝送線路３のコモンモード電圧（Ｖ３ａ＋Ｖ３ｂ）／２を、基準グラウンド線路の所定の基準バイアス電圧Ｖｂｉａｓとしている。なお、図示例ではバイアスされる所定の電圧をコモンモード電圧としているが、本発明はこれに限定されず、中心の電圧に限らず、所定の分圧比にて決定された所定の基準電圧を元に擬差動伝送するものであっても構わない。このように、少ない面積、配線本数で擬差動伝送線路と差動伝送線路を構成でき、これにより多くの信号伝送が可能となる。
【００２６】
ここで、図６（ｂ）の伝送線路におけるドライバ回路４は、例えば図７（ａ）や図７（ｂ）に記載のような回路構成のものを用いることが可能である。また、図６（ｂ）のドライバ回路５は、例えば図８（ａ）に記載のような回路構成のものを用いることが可能である。さらに、図６（ｂ）のレシーバ回路６及び図７（ｂ）に示すドライバ回路４の構成要素であるアンプ６は、図８（ｂ）に記載のような回路構成のものを用いることが可能である。勿論、これらは他の回路構成であっても構わない。
【００２７】
従来の差動伝送線路では、２つの信号を送るのには最低４本の信号線路が必要となっていたが、本実施例の伝送線路では、２つの信号を送るのには３本の信号線路があれば足りる。このように、擬差動伝送線路と差動伝送線路を組み合わせることにより、配線密度を大幅に向上することが可能となる。配線幅の広い擬差動伝送線路は長距離伝送用、差動伝送線路は中距離伝送用等、用途により配線を使い分けることにより、シグナルインテグリティを考慮した高速信号伝送が可能となる。
【００２８】
なお、図６に示した第４実施例における配線の寸法の一例を挙げると、例えば信号線路２の配線幅が１．２μｍ、配線ピッチが３．２μｍ、差動伝送線路の各配線幅が０．８μｍ、配線ピッチが０．８μｍ程度である。
【００２９】
以下、本発明の伝送線路の種々のバリエーションを示す。図９は、本発明の伝送線路の線路配線の種々のバリエーションを説明するための配線の概略断面図である。図中、図３等と同一の符号を付した部分は同一要素を表わしている。また、点線で囲まれた部分は差動伝送線路のコモンモード電圧を基準電圧とすること、又は差動伝送線路のコモンモード電圧に信号を重畳することを表す。なお、図９の各バリエーションは、その１つのユニットを示しており、実際にはこのユニットを水平方向又は垂直方向等に複数並べて配置するものである。
【００３０】
図９（ａ）−（ｃ）は、基準グラウンド線路１をペア配線からなる差動伝送線路とし、このコモンモード電圧を基準電圧として信号線路２を用いて擬差動伝送するものである。図９（ａ）は各配線が水平方向に並ぶ位置関係で配置されている例である。図９（ｂ）は基準グラウンド線路１である差動伝送線路と信号線路２を垂直方向に並ぶ位置関係で配置した例である。図９（ｃ）は基準グラウンド線路１である差動伝送線路の各配線を斜め方向に並ぶ位置関係で配置し、その一方の線路の水平方向に並ぶ位置関係で信号線路２が配置される例である。
【００３１】
また、図９（ｄ）−（ｆ）は、信号線路２がペア配線からなる差動伝送線路で構成され、このコモンモード電圧と基準グラウンド線路１とを用いて、コモンモード電圧に信号を重畳して擬差動伝送するように構成したものである。図９（ｄ）は各配線が水平方向に並ぶ位置関係で配置されている例である。図９（ｅ）は基準グラウンド線路１と信号線路２である差動伝送線路を垂直方向に並ぶ位置関係で配置した例である。図９（ｆ）は信号線路２である差動伝送線路の各配線を斜め方向に並ぶ位置関係で配置し、その一方の線路の水平方向に並ぶ位置関係で基準グラウンド線路１が配置される例である。
【００３２】
また、図９（ｇ）−（ｌ）は、基準グラウンド線路１及び信号線路２を、それぞれペア配線からなる差動伝送線路とするものである。そして一方のコモンモード電圧を基準電圧とし、他方のコモンモード電圧に信号を重畳して擬差動伝送するように構成したものである。図９（ｇ）は各配線が水平方向に並ぶ位置関係で配置されている例である。図９（ｈ）は基準グラウンド線路１の差動伝送線路の各配線を水平方向に配置し、信号線路２の差動伝送線路の各配線を水平方向に配置し、このように構成された基準グラウンド線路１と信号線路２を垂直方向に並ぶ位置関係で配置した例である。図９（ｉ）は基準グラウンド線路１の差動伝送線路の各配線を垂直方向に配置し、信号線路２の差動伝送線路の各配線を垂直方向に配置し、このように構成された基準グラウンド線路１と信号線路２を水平方向に並ぶ位置関係で配置した例である。図９（ｊ）は基準グラウンド線路１の差動伝送線路の各配線を垂直方向に配置し、信号線路２の差動伝送線路の各配線を垂直方向に配置し、このように構成された基準グラウンド線路１と信号線路２を垂直方向に並ぶ位置関係で配置した例である。さらに、図９（ｋ）は基準グラウンド線路１の差動伝送線路の各配線を斜め方向に配置し、信号線路２の差動伝送線路の各配線を斜め方向に配置し、このように構成された基準グラウンド線路１と信号線路２を水平方向に並ぶ位置関係で配置した例である。また、図９（ｌ）は基準グラウンド線路１の差動伝送線路の各配線を斜め方向に配置し、信号線路２の差動伝送線路の各配線を斜め方向に配置し、このように構成された基準グラウンド線路１と信号線路２を垂直方向に並ぶ位置関係で配置した例である。
【００３３】
上述の図９（ｇ）−（ｌ）の説明では、基準グラウンド線路１と信号線路２の一方のコモンモード電圧を基準電圧とし、他方のコモンモード電圧に信号を重畳して擬差動伝送することを説明したが、この２つのコモンモード電圧を用いて差動伝送を行うことも可能である。すなわち、基準電圧が時間変化する電圧とし、これと逆相の信号を信号電圧として差動伝送するものである。このように構成することで、基準グラウンド線路１の差動伝送線路と、信号線路２の差動伝送線路、さらにこれらのコモンモード電圧による差動伝送線路の３つの差動伝送が実現できる。
【００３４】
またさらに、図９（ｍ）は、信号線路２を２組用い、この信号線路２及び基準グラウンド線路１をそれぞれペア配線からなる差動伝送線路とするものであり、基準グラウンド線路１の差動伝送線路のコモンモード電圧を基準電圧とし、２組の信号線路２の各コモンモード電圧にそれぞれ信号を重畳して擬差動伝送するように構成したものである。図示例では基準グラウンド線路１の差動伝送線路の各配線を垂直方向に配置し、また、各配線を水平方向に配置した差動伝送線路を信号線路２としてそれを垂直方向に配置し、これに水平に基準グラウンド線路１を配置したものになっている。なお、図９に示したこれらの配線の配置例はあくまでも一例であり、上下を入れ替えたり左右を入れ替えたりすること等は勿論可能である。
【００３５】
また、図９（ｍ）に示したユニットの構成の線路を複数水平方向に並べた場合、基準グラウンド線路１は２つの信号線路２の両側に位置することになる。このとき、２つの基準グラウンド線路のコモンモード電圧を同電位にすることで、より安定した基準電圧を伝送することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明の伝送線路は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。一例で示した配線の寸法はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内で種々変更可能なものである。また、図示例ではすべて信号線路の下層に基準グラウンド線路、差動伝送線路を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、上層に設けられるものや側方に設けられるものであったとしても、擬差動伝送を行うものであれば種々の構造が含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、従来の不平衡伝送線路の例を説明するための図である。
【図２】図２は、従来の差動伝送線路の例を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施例を説明するための図であり、図３（ａ）は配線構造を示す概略斜視図、図３（ｂ）がその回路図、図３（ｃ）がその伝送波形である。
【図４】図４は、本発明の第２実施例を説明するための図であり、図４（ａ）は配線構造を示す概略斜視図、図４（ｂ）がその回路図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施例を説明するための配線構造を示す概略斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第４実施例を説明するための図であり、図６（ａ）は配線構造を示す概略斜視図、図６（ｂ）がその回路図、図６（ｃ）がその伝送波形である。
【図７】図７は、本発明の伝送線路に利用可能なドライバ回路の例を説明するための回路図である。
【図８】図８は、本発明の伝送線路に利用可能なドライバ回路及びレシーバ回路の例を説明するための回路図である。
【図９】図９は、本発明の伝送線路の線路配線の種々のバリエーションを説明するための、配線の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，１’    基準グラウンド線路
２    信号線路
３    差動伝送線路
３ａ，３ｂ    ペア配線
４    ドライバ回路
５    ドライバ回路
６    レシーバ回路
【図１】
2006100797.tif 000003
【図２】
2006100797.tif 000004
【図３】
2006100797.tif 000005
【図４】
2006100797.tif 000006
【図５】
2006100797.tif 000007
【図６】
2006100797.tif 000008
【図７】
2006100797.tif 000009
【図８】
2006100797.tif 000010
【図９】
2006100797.tif 000011