(57)【要約】【課題】  信号伝送装置のジッタ特性を向上させる。【解決手段】  １経路あたり１０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送する信号伝送装置であって、基板上に形成されたＧＮＤ層と、ＧＮＤ層の上に形成された誘電体層と、誘電体層の上に形成されて、装置外部の第１の伝送線路と半田接続される第１の接続点と、誘電体層の上に形成されて、装置外部の第２の伝送線路と着脱可能に接続される第２の接続点と、誘電体層の上に形成されて、第１の接続点と第２の接続点の間で前記信号の伝送を行う第３の伝送線路と、を備える。そして、信号の伝送時における第３の伝送線路のインピーダンスが、第１の接続点および第２の接続点のいずれか一つのインピーダンスのプラスマイナス１０％の範囲に設定されている。【選択図】  図６
2018098290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１経路あたり１０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送する信号伝送装置であって、
基板上に形成されたＧＮＤ層と、
前記ＧＮＤ層の上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上に形成されて、装置外部の第１の伝送線路と半田接続される第１の接続点と、
前記誘電体層の上に形成されて、装置外部の第２の伝送線路と着脱可能に接続される第２の接続点と、
前記誘電体層の上に形成されて、前記第１の接続点と前記第２の接続点の間で前記信号の伝送を行う第３の伝送線路と、
を備え、
前記信号の伝送時における前記第３の伝送線路のインピーダンスが、前記第１の接続点および前記第２の接続点のいずれか一つのインピーダンスのプラスマイナス１０％の範囲に設定されている、
信号伝送装置。
【請求項２】
前記第３の伝送線路は、同一配線層をパターニングして構成されている、
請求項１記載の信号伝送装置。
【請求項３】
前記第３の伝送線路のインピーダンスが、前記第１の接続点のインピーダンスのプラスマイナス５％の範囲に設定されている、
請求項１記載の信号伝送装置。
【請求項４】
前記第３の伝送線路のインピーダンスが、
前記第１の接続点の近傍で、前記第１の接続点のインピーダンスのプラスマイナス５％の範囲に設定され、
前記第２の接続点の近傍で、前記第２の接続点のインピーダンスのプラスマイナス５％の範囲に設定され、
前記第３の伝送線路のインピーダンスプロファイルが、前記第１の接続点の近傍から前記第２の接続点の近傍にかけて変化するように構成されている、
請求項１記載の信号伝送装置。
【請求項５】
前記第３の伝送線路の線路幅が、前記第１の接続点の近傍から前記第２の接続点の近傍にかけて変化するように構成されている、
請求項４記載の信号伝送装置。
【請求項６】
前記第３の伝送線路の線路幅が、前記第１の接続点の近傍から前記第２の接続点の近傍にかけて増加するように構成されている、
請求項５記載の信号伝送装置。
【請求項７】
前記信号伝送装置は、メタルケーブルと半田接続されるとともに、コネクタと着脱可能に構成されるケーブル接続基板であり、
前記第１の伝送線路が、前記メタルケーブルであり、
前記第２の伝送線路が、前記メタルケーブルとの間で前記信号を送受信する前記コネクタの伝送線路であり、
前記第３の伝送線路は、前記ケーブル接続基板の伝送線路である、
請求項１記載の信号伝送装置。
【請求項８】
前記１、第２および第３の伝送線路は差動構成を有し、
前記第１の伝送線路の差動インピーダンスは１００Ωであり、
前記第１の接続点の差動インピーダンスは８０〜９０Ωであり、
前記第２の接続点の差動インピーダンスは７０〜８０Ωであり、
前記第３の伝送線路の差動インピーダンスは７０〜９０Ωである、
請求項７記載の信号伝送装置。
【請求項９】
前記信号伝送装置は、着脱可能なケーブル接続基板からの前記信号を送受信するために、情報処理装置に搭載されたコネクタであり、
前記第１の伝送線路が、前記コネクタと接続される前記情報処理装置のコネクタ接続基板の伝送線路であり、
前記第２の伝送線路が、前記ケーブル接続基板の伝送線路であり、
前記第３の伝送線路は、前記コネクタの伝送線路である、
請求項１記載の信号伝送装置。
【請求項１０】
前記１、第２および第３の伝送線路は差動構成を有し、
前記第１の伝送線路の差動インピーダンスは１００Ωであり、
前記第１の接続点の差動インピーダンスは８０〜９０Ωであり、
前記第２の接続点の差動インピーダンスは７０〜９０Ωである、
前記第３の伝送線路の差動インピーダンスは７０〜９０Ωである、
請求項９記載の信号伝送装置。
【請求項１１】
メタルケーブルと、ケーブル接続基板と、コネクタと、コネクタ接続基板とを備え、
前記メタルケーブルは、内部に１対のメタルケーブル伝送線路を有し、
前記ケーブル接続基板は、ケーブル接続ＰＡＤと、コネクタ勘合ＰＡＤと、前記ケーブル接続ＰＡＤと前記コネクタ勘合ＰＡＤの間に形成された１対のケーブル接続基板伝送線路を有し、
前記ケーブル接続基板は、第１のＧＮＤベタ層と、前記第１のＧＮＤベタ層と前記ケーブル接続ＰＡＤの間の第1の誘電体を有し、前記メタルケーブルと前記ケーブル接続ＰＡＤは、半田で電気的に接続され、
前記コネクタは、ケーブル基板勘合部と、コネクタ接続基板接続部と、前記ケーブル基板勘合部と前記コネクタ接続基板接続部の間に形成された１対のコネクタ伝送線路を有し、
前記ケーブル接続基板のコネクタ勘合ＰＡＤと前記コネクタのケーブル基板勘合部が電気的に接続され、
前記コネクタ接続基板は、コネクタ接続ＰＡＤが配列されたコネクタ搭載部と、前記コネクタ接続ＰＡＤに接続された１対のコネクタ接続基板伝送線路を有し、
前記コネクタ接続基板は、第２のＧＮＤベタ層と、前記第２のＧＮＤベタ層と前記コネクタ接続ＰＡＤの間の第２の誘電体を有し、前記コネクタ接続ＰＡＤと前記コネクタ接続基板接続部は、半田で電気的に接続され、
前記メタルケーブル伝送線路の差動インピーダンスＺcableは１００Ωであり、 
前記ケーブル接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺcablepadは８０〜９０Ωであり、 
前記コネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1は７０〜８０Ωであり、 
前記コネクタ接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad2は８０〜９０Ωであり、 
前記ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは７０〜９０Ωであり、
前記コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは７０〜９０Ωであることを特徴とするケーブル伝送装置。
【請求項１２】
前記ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは、１００Ωの時の配線幅に対して、＋１５〜＋７０％配線幅を広げることで７０〜９０Ωに調整することを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。
【請求項１３】
前記コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは、１００Ωの時の配線幅に対して、＋１５〜７０％配線幅を広げることで７０〜９０Ωに調整することを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。
【請求項１４】
ＰＡＭ４信号を伝送することを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。
【請求項１５】
前記ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardを、その信号伝送路の両端と接続するケーブル接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺcablepadとコネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1と同じインピーダンスになるように７０〜９０Ωでリニアに変化させる第１の構成、
および、
前記コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorを、その信号伝送路の両端と接続するコネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1とコネクタ接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad2と同じインピーダンスになるように７０〜９０Ωでリニアに変化させる第２の構成、
の少なくとも一つを備えることを特徴とする
請求項１１記載のケーブル伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コネクタ付ケーブル伝送装置に関し、特に、ケーブル接続基板の両端に存在する接続ＰＡＤ間などに発生する、インピーダンス不整合による反射を軽減するための伝送路構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，ブロードバンド通信技術の普及により，高スループットの高速Ｓｅｒｉａｌ  Ｌｉｎｋへのニーズが様々な分野で高まっている。特に、サーバやルータ等のＩＴ装置内部データバス向けの技術分野では，２５Ｇｂｐｓ級の高速通信装置が普及し始め，更なる５０Ｇｂｐｓ級の高速化に向けてＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）４伝送が注目を浴びている。このようなＰＡＭ４伝送ではＮＲＺ（Non Return to Zero）伝送に比べて伝送マージンが減るため，伝送路のインピーダンス整合による反射の低減の重要度はさらに増してきている。
【０００３】
従来のインピーダンスの整合技術については、例えば特許文献１がある。また、従来のコネクタ付ケーブル（ダイレクトアタッチケーブル）の技術については、例えば特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９２７１５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３０２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、伝送路設計では、インピーダンス不整合で発生する反射を防止するために、基板内のすべての経路を差動インピーダンス１００Ωで設計し、差動インピーダンス１００Ωの外部インターフェース（電気ケーブルや測定器）と整合させている。特に線路損失が小さい場合は、減衰量が小さいため反射ノイズが大きく、インピーダンス不整合で発生する反射の影響が大きいので注意が必要である。
【０００６】
図１にコネクタ付ケーブル（ダイレクトアタッチケーブル100）の利用形態例を示す。データセンタ内のラック200内やラック200間のサーバを、ダイレクトアタッチケーブル100のような、メタルケーブル101（例えば５ｍ以下程度の長さを持つ）を用いた構成で接続し，例えば200Gbps（50Gbps x 4Line）の伝送を行う。ダイレクトアタッチケーブル100は，メタルケーブル101がラック200内のコネクタ接続基板201に、例えばQSFP（Quad Small Form-factor Pluggable）規格で定められたサイズの筐体300で接続される構成となっており，サーバへの挿抜が容易にできるようになっている。
【０００７】
図２にメタルケーブル101（1Line）からコネクタ接続基板201までの接続構成斜視図を示す。メタルケーブル101は，ケーブル接続基板102にケーブル接続ＰＡＤ103で半田接続され，筐体内に格納されている。さらにケーブル接続基板102を筐体に格納して，筐体をケージに挿入することでコネクタ接続基板201に取り付けられているコネクタ202に、メタルケーブル101が接続される構成である。ケーブル接続基板102には、例えば、コネクタ勘合ＰＡＤ104があって、コネクタ202との電気的な接続を可能とする。また、コネクタ202は、コネクタ接続基板201のコネクタ接続ＰＡＤ203に、半田接続されている。
【０００８】
上記構成のメタルケーブル101、ケーブル接続基板102の線路、コネクタ202、コネクタ接続基板201の線路の差動インピーダンスは、従来１００Ωで設計され、インピーダンス整合させている。後に述べるように、ケーブル接続基板102の線路を構成する配線層や、コネクタ202内部、コネクタ接続基板201の線路を構成する配線層の幅は、ＰＡＤ部103,104,203の幅より狭くなっている。発明者らは、信号の高速化に伴った、基板への接続部品を搭載するＰＡＤ部やコネクタ部のインピーダンスへの影響について考察した。
【０００９】
以下で、メタルケーブル101、ケーブル接続基板102、コネクタ202のそれぞれが持つ伝送線路を、メタルケーブル伝送線路101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cということにする。
【００１０】
図３に、図２の構成において、１００Ωのインピーダンス整合で設計した場合の、コネクタ付ケーブルのインピーダンス特性シミュレーション結果を示す。グラフ中に図２の対応する構成の符号を示す。
【００１１】
メタルケーブル伝送線路101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cのインピーダンスが約１００Ωに対して、ケーブル接続ＰＡＤ103やコネクタ勘合ＰＡＤ104などが１００Ωよりも小さく、それぞれ８７Ωと７０Ωであることが分かる。このインピーダンスの低下により、１００Ωに対してインピーダンスの不整合が発生し、その低下したインピーダンス間の多重反射310により、ジッタ特性が悪化する。特に、アイマージンが小さいＰＡＭ４伝送においては、ジッタ特性悪化の影響が大きい。
【００１２】
図４に、図２のケーブル接続基板102における、ケーブル接続ＰＡＤ103周辺の部分拡大構成を示し、インピーダンス低下の理由を説明する。図４（ａ）は斜視図を示し、図４（ｂ）は断面図を示す。配線は差動構成として、１対の導線を示している。
【００１３】
図４（ａ）と（ｂ）に示すように、ケーブル接続基板102のケーブル接続基板伝送線路102CとＧＮＤベタ層410で誘電体420を挟み込む構造で、伝送路基板を構成している。差動線路間のスペース、配線幅、線路の形状によるインダクタ成分と線路とＧＮＤ間の配線容量などのパラメータにより、差動線路のインピーダンスが決まる。また、インピーダンスは、容量成分が大きいと低インピーダンスの傾向があり、インダクタ成分が大きいと高インピーダンスの傾向がある。
【００１４】
例えば、ケーブル接続基板伝送線路102C部分の配線幅Ｗ１をインピーダンス１００Ωに調整する。一方、ケーブル接続ＰＡＤ103の配線幅Ｗ２はケーブルを半田付けするため、ケーブル接続基板伝送線路102Cの幅よりも広げる必要がある。これにより、ケーブル接続ＰＡＤ103のＧＮＤベタ層410との容量結合領域430が広がるため、ケーブル接続基板伝送線路102C部分の容量結合領域440に比べて容量成分が大きくなり、例えばインピーダンスが５０Ωまで低下してしまう。このように同じ配線層構成で、配線幅が違う線路のインピーダンスを同じに調整するのは難しい。また、勘合で電気的な接続を確保するコネクタ勘合ＰＡＤ104も、同様である。
【００１５】
また、図４（ｂ）に伝送線路の断面構成を示すように、ケーブル接続基板伝送線路102Cとケーブル接続ＰＡＤ103は、表層配線層で構成し、ＧＮＤベタ層410は、内層配線層で構成している。インピーダンス低下の改善策として、図４（ｂ）に示すようにケーブル接続ＰＡＤ103の直下にＧＮＤ繰り抜き部450を設け、ＧＮＤベタ層410に対する容量成分の低下対策をしても、繰り抜き周辺部との容量結合が残るため容量成分を十分下げきれず、７０〜８０Ωのインピーダンスとなってしまう。
【００１６】
また同様に、コネクタ勘合ＰＡＤ104の部分でも、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域が広がるため、容量成分が大きくなりインピーダンスの低下が生じる。また、コネクタ部分ではコネクタ勘合ＰＡＤ104の勘合のみで機械的強度を保持するために、コネクタ勘合ＰＡＤ104の配線長および配線幅をケーブル接続ＰＡＤ103よりも若干大きく設定しているため、勘合部分で生じる容量が大きく、ケーブル接続ＰＡＤ103の部分よりもインピーダンスが低下する。
【００１７】
以上説明したように、例えば200Gbps（50Gbps x 4Line）伝送のケーブルやコネクタなどの接続安定性のために、それぞれのＰＡＤ部の配線幅を伝送線路よりも広くすると、容量成分が大きくなるため、インピーダンスが１００Ωよりも低くなる。そして、その低下したインピーダンス間の多重反射により、ジッタ特性が悪化する。
【００１８】
本発明の目的の一つは、それぞれのＰＡＤ部の低下したインピーダンスとの不整合を解消して，多重反射の影響によるジッタ劣化を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願発明の一側面は、１経路あたり１０Ｇｂｐｓ以上の信号を伝送する信号伝送装置であって、基板上に形成されたＧＮＤ層と、ＧＮＤ層の上に形成された誘電体層と、誘電体層の上に形成されて、装置外部の第１の伝送線路と半田接続される第１の接続点と、誘電体層の上に形成されて、装置外部の第２の伝送線路と着脱可能に接続される第２の接続点と、誘電体層の上に形成されて、第１の接続点と第２の接続点の間で前記信号の伝送を行う第３の伝送線路と、を備える。そして、信号の伝送時における第３の伝送線路のインピーダンスが、第１の接続点および第２の接続点のいずれか一つのインピーダンスのプラスマイナス１０％の範囲に設定されている。
【００２０】
信号伝送装置の例としては、例えば、メタルケーブルと接続されるメタルケーブル接続基板がある。あるいは、情報処理装置本体に配置されて、メタルケーブル接続基板と着脱可能に接続されるコネクタがある。
【００２１】
本願発明の他の一側面は、メタルケーブルと、ケーブル接続基板と、コネクタと、コネクタ接続基板とを備えるケーブル伝送装置である。
【００２２】
メタルケーブルは、内部に１対のメタルケーブル伝送線路を有する。
【００２３】
ケーブル接続基板は、ケーブル接続ＰＡＤと、コネクタ勘合ＰＡＤと、ケーブル接続ＰＡＤとコネクタ勘合ＰＡＤの間に形成された１対のケーブル接続基板伝送線路を有する。さらに、ケーブル接続基板は、第１のＧＮＤベタ層と、第１のＧＮＤベタ層とケーブル接続ＰＡＤの間の第1の誘電体を有し、メタルケーブルとケーブル接続ＰＡＤは、半田で電気的に接続されている。
【００２４】
コネクタは、ケーブル基板勘合部と、コネクタ接続基板接続部と、ケーブル基板勘合部とコネクタ接続基板接続部の間に形成された１対のコネクタ伝送線路を有する。そして、ケーブル接続基板のコネクタ勘合ＰＡＤとコネクタのケーブル基板勘合部が電気的に接続されている。
【００２５】
コネクタ接続基板は、コネクタ接続ＰＡＤが配列されたコネクタ搭載部と、コネクタ接続ＰＡＤに接続された１対のコネクタ接続基板伝送線路を有する。さらに、コネクタ接続基板は、第２のＧＮＤベタ層と、第２のＧＮＤベタ層とコネクタ接続ＰＡＤの間の第２の誘電体を有し、コネクタ接続ＰＡＤと前記コネクタ接続基板接続部は、半田で電気的に接続されている。
【００２６】
上記ケーブル伝送装置のインピーダンス設定の例を挙げれば、メタルケーブル伝送線路の差動インピーダンスＺcableは１００Ωであり、ケーブル接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺcablepadは８０〜９０Ωであり、コネクタ勘合ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad1は７０〜８０Ωであり、コネクタ接続ＰＡＤの差動インピーダンスＺconnectpad2は８０〜９０Ωであり、ケーブル接続基板伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは７０〜９０Ωであり、コネクタ伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは７０〜９０Ωである。
【発明の効果】
【００２７】
本願によれば、高速動作時におけるケーブル伝送装置のジッタ特性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】コネクタ付ケーブルの利用形態を示す斜視図。
【図２】コネクタ付ケーブルのコネクタ部構成斜視図。
【図３】伝送線路のインピーダンス特性を１００Ωに整合させた場合の、インピーダンスプロファイルのグラフ図。
【図４】伝送線路のパッド周辺の拡大斜視図および断面図。
【図５】本発明の実施例によるケーブル接続基板とコネクタとの接続断面構成図。
【図６】本発明の実施例のインピーダンス特性イメージとシミュレーション結果のグラフ図。
【図７】本発明の実施例のジッタ低減効果のシミュレーション結果図およびアイ開口波形図。
【図８】本発明の実施例のインピーダンス特性イメージと伝送線路インピーダンス調整原理説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００３０】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００３１】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【００３２】
本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。
【００３３】
以下で説明される実施例の典型例を示す。この伝送装置は、図２に示したように、メタルケーブル101と、ケーブル接続基板102と、コネクタ202と、コネクタ接続基板201を備えている。その使用形態は図１で説明したものと同様である。
【００３４】
メタルケーブル101は、その内部に1対の第１の信号伝送路（メタルケーブル伝送線路101C）を有する。
【００３５】
ケーブル接続基板102は、一端にケーブル接続ＰＡＤ103と、もう一端にコネクタ勘合ＰＡＤ104を有し、ケーブル接続ＰＡＤ103とコネクタ勘合ＰＡＤ104間に1対の第２の信号伝送路（ケーブル接続基板伝送線路102C）を有する。ケーブル接続基板102の内層には、第一のGNDベタ層と、このGNDベタ層とケーブル接続ＰＡＤ103の間に配置された第1の誘電体が設けられている。メタルケーブル101と、ケーブル接続基板102の一端のケーブル接続ＰＡＤ103は、半田で電気的に接続されている。
【００３６】
コネクタ202は、一端にケーブル基板勘合部と、もう一端にコネクタ接続基板接続部とを備える。ケーブル基板勘合部とコネクタ接続基板接続部の間に１対の第３の信号伝送路（コネクタ伝送線路202C）を有する。
【００３７】
ケーブル接続基板102のコネクタ勘合ＰＡＤ104と、コネクタ202のケーブル基板勘合部が電気的に接続される。ケーブル接続基板102とコネクタ202は、物理的に着脱が可能である。
【００３８】
コネクタ接続基板201は、コネクタ搭載部にコネクタ接続ＰＡＤ203が配列され、そのＰＡＤから１対の信号伝送路（コネクタ接続基板伝送線路）が形成されている。コネクタ接続基板201の内層には、第二のＧＮＤベタ層と、ＧＮＤベタ層とコネクタ接続ＰＡＤ203の間に誘電体が設けられ、コネクタ接続基板201のコネクタ接続ＰＡＤ203とコネクタ接続基板接続部は、半田で電気的に接続されている。
【００３９】
以上の構成において、ケーブル接続ＰＡＤ103と第一のＧＮＤベタ層の間には、高周波信号を電気伝送路に流したときに第１の容量成分が形成され、コネクタ勘合ＰＡＤ104と第一のＧＮＤベタ層の間には、高周波信号を電気伝送路に流したときに第２の容量成分が形成され、コネクタ接続ＰＡＤ203と第二のＧＮＤベタ層の間には、高周波信号を電気伝送路に流したときに第３の容量成分が形成される。ここで高周波信号とは、例えば、7GHz以上の電気信号であり、用途としては10Gbps以上の高速信号伝送を想定している。
【００４０】
数値の一例を付記すれば、第１の信号伝送線路の差動インピーダンスＺcableは１００Ωであり、ケーブル接続ＰＡＤ103の差動インピーダンスＺcablepadは８０〜９０Ωであり、コネクタ勘合ＰＡＤ104の差動インピーダンスＺconnectpad1は７０〜８０Ωであり、コネクタ接続ＰＡＤ203の差動インピーダンスＺconnectpad2は８０〜９０Ωであり、第２の信号伝送線路の差動インピーダンスＺcableboardは７０〜９０Ωであり、第３の信号伝送線路の差動インピーダンスＺconnectorは７０〜９０Ωである。
【００４１】
このように、ケーブル接続ＰＡＤ103（Zcablepad=８０〜９０Ω）、コネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７０＝８０Ω）、および、コネクタ接続ＰＡＤ203（Zconnectpad2=８０〜９０Ω）に挟まれた、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202CのインピーダンスZcableboardとZconnectorをともに７０〜９０Ωに調整している。このため，各ＰＡＤ部とケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cとのインピーダンス不整合を回避でき，反射を低減できるので，ジッタ特性を向上可能である。
【００４２】
なお、本明細書では伝送線路同士を電気的に接続するＰＡＤ、端子、あるいはコネクタ等を総称して接続点ということにする。
【実施例１】
【００４３】
図５は、本発明の実施例１によるケーブル伝送装置の構成を示す図である。用途としては、例えば、通信装置や情報処理装置である。
【００４４】
装置の外形的な接続構成の概要斜視図は、図１、図２に示す構成と同様である。図５では図２の装置の接続の詳細な断面構成図を示している。なお、図は差動構成のケーブル伝送装置の左半分の接続構成を示しており、省略しているが右半分も同じ構成である。本実施例のケーブル伝送装置は、右から、メタルケーブル101、ケーブル接続基板102、コネクタ202、コネクタ接続基板201が電気的に接続されて信号の経路を形成している。ケーブル接続ＰＡＤ（Zcablepad）103、コネクタ接続ＰＡＤ（Zconnectpad2）203は、半田によりケーブルや端子と電気的に接続される構成である。さらに、コネクタ勘合ＰＡＤ（Zconnectpad1）104は、コネクタ202と勘合により電気的に接続される構成である。
【００４５】
図５ではメタルケーブル101は1Laneのみ示しているが、例えば、1Laneあたり10Gbps以上の信号を伝送する。この例では50Gbps/Laneを想定している。メタルケーブル101は、差動の銅線112がシールドされた構成でありメタルケーブル伝送線路101Cとして機能する。ケーブル接続基板102は、メタルケーブル101とコネクタ202との間の信号を伝達するケーブル接続基板伝送線路（Zcablebozrd）102Cとして機能する。コネクタ202は、ケーブル接続基板102とコネクタ接続基板201との間の信号を伝達するコネクタ伝送線路（Zconnector）202Cとして機能する。コネクタ接続基板201は、コネクタ202からの信号をサーバ内へ伝達するコネクタ接続基板伝送線路201Cとして機能する。
【００４６】
図２に示し、図４で説明したように、メタルケーブル101を接続するケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ202に勘合するコネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタを接続するコネクタ接続ＰＡＤ203は、各基板の伝送線路より配線幅が広く、図５に示す各基板のＧＮＤベタ層410A,410Bとの間で容量成分を形成する。
【００４７】
図６は、本実施例におけるインピーダンスプロファイルの一例を、図５の構成を例に説明するグラフ図である。
【００４８】
図６（ａ）にインピーダンスプロファイルの従来例との比較を示す。従来のインピーダンスプロファイル601では、メタルケーブル伝送線路（Zcable）101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cが１００Ωに対して、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタ接続ＰＡＤ203部のインピーダンスは、それぞれ、８７Ω、７５Ω、８７Ωであり、９０Ω以下となっており、１００Ωよりも小さい。
【００４９】
本実施例のインピーダンスプロファイル602では、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタ接続ＰＡＤ203部のインピーダンスは、９０Ω以下と従来と同じに対して、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスを、従来の１００Ωからそれぞれケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスまで下げる構成である。伝送線路のインピーダンスは、ケーブル接続ＰＡＤ103あるいはコネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスの、プラスマイナス１０％、好ましくは５％程度の範囲に設定できればよい。このために、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスは、従来の１００Ωから約５〜３０％、好ましくは１０〜１５％減少した設定になっている。
【００５０】
図６（ａ）に示されるように、図５に示す本実施例の構成では、一つの基板の線路に着目すると、線路の一端が半田接続、他の一端がコネクタ接続となっており、インピーダンスプロファイルが非対称になっている。本実施例では、１００Ωに近い半田接続側のインピーダンスに、線路のインピーダンスを整合させることで、線路の一端における反射を抑制した。
【００５１】
図６（ｂ）に、ケーブル接続ＰＡＤ103のインピーダンス８７Ωにあわせて、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを９０Ωに下げたときの、インピーダンス特性シミュレーション結果の例を示す。図３と比較すると、ケーブル接続ＰＡＤ103におけるインピーダンスギャップが抑制されていることがわかる。
【００５２】
図４を利用して、インピーダンス調整方法の一例を示す。ここでは、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを例に、従来のインピーダンス１００Ωに対して、インピーダンスの調整方法を示すことにする。インピーダンスは、配線層の材料、配線層の厚さ、配線層の形状などを変化させることで実現できる。しかし、デバイスの製造容易性を考慮すると、配線幅を制御することが有利である。
【００５３】
従来と同じ配線層構成に対して、例えば、図４のケーブル接続基板伝送線路102Cの配線幅Ｗ１を、従来のインピーダンス１００Ωの幅から１５％拡張することで、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域440の面積を増やすことにより容量成分を増加でき、９０Ωのインピーダンスを構成することができる。そのときのケーブル接続ＰＡＤ103のインピーダンスは８７Ωであり、インピーダンスがほぼ整合できており、多重反射を防止できる構成である。
【００５４】
配線幅Ｗ１の設計は、デバイスの材料やサイズにもよるが、１００Ωの時の配線幅に対して、おおよそ＋１５〜＋７０％配線幅を広げることで７０〜９０Ωに調整することが可能である。
【００５５】
また、図６（ａ）に示すコネクタ伝送線路202Cについては、インピーダンスを下げたときのインピーダンス特性シミュレーション結果や調整方法を図示していないが、ケーブル接続基板伝送線路102Cの場合と同様にインピーダンスを９０Ωに調整できる。コネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスは８７Ωであり、インピーダンスがほぼ整合できており、多重反射を防止できる構成である。
【００５６】
図７に実施例の具体的な効果を示す。実施例では、メタルケーブル伝送線路101C、コネクタ接続基板伝送線路201Cのインピーダンスを１００Ωとしている。
【００５７】
図７（ａ）にケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンス低減の効果をシミュレーションで確認した例について示す。横軸にケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを、左縦軸にアイ開口幅、右縦軸にアイ開口高さを示す。グラフ701がアイ開口高さ、グラフ702がアイ開口幅を示す。
【００５８】
また、図７（ｂ）に、ケーブル接続基板伝送線路102Cの、インピーダンス９７Ωと８０Ωのアイ波形を示す。このように、インピーダンスを低くすることでアイ幅も高さも広がり、アイ幅で約０．７ｐｓ、アイ高さで約１５ｍＶの改善効果があり、マージンが拡張できることが確認できる。
【００５９】
以上、本実施例１のインピーダンス整合方法を用いることにより、ケーブル伝送装置のジッタ特性の向上が実現可能となる。
【００６０】
以上のように、実施例１の構成によると、ケーブル接続ＰＡＤ103（Zcablepad=８７Ω）とコネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）に挟まれたケーブル接続基板伝送線路102Cの差動インピーダンスを、Zcablepad=８７ΩあるいはZconnectpad1=７５Ωに合わせる構成、および、コネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）とコネクタ接続ＰＡＤ203（Zcablepad=８７Ω）に挟まれたコネクタ伝送線路202Cの差動インピーダンスをZconnectpad1=７５ΩあるいはZconnectpad2=８７Ωに合わせる構成は、伝送線路102C、202CとＰＡＤ部103,104,202間のインピーダンス不整合を低減でき、反射を低減できるため，ジッタ特性を向上させる効果がある。
【実施例２】
【００６１】
図８は、本発明の実施例２によるケーブル伝送装置のインピーダンス構成を示す図である。接続構成は、図１、図２、図５に示したように実施例１と同じであり、説明を省略する。図８（ａ）にインピーダンスプロファイルの従来例との比較を示す。従来のインピーダンスプロファイル601では、メタルケーブル伝送線路101C、ケーブル接続基板伝送線路102C、コネクタ伝送線路202Cは１００Ωに設定される。これ対して、ケーブル接続ＰＡＤ103は８７Ω、コネクタ勘合ＰＡＤ104は７５Ω、コネクタ接続ＰＡＤ203は８７Ωであり、ＰＡＤ部のインピーダンスは、９０Ω以下となり１００Ωよりも小さい。
【００６２】
本実施例では、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104、コネクタ接続ＰＡＤ203部のインピーダンスは、９０Ω以下と従来と同じに対して、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスを制御する。
【００６３】
すなわち、図８（ａ）の点線810に示すように、ケーブル接続基板伝送線路102Cとコネクタ伝送線路202Cのインピーダンスを従来の１００Ωから、ケーブル接続ＰＡＤ103のインピーダンスとコネクタ勘合ＰＡＤ104のインピーダンスとを一直線で結んだテーパー付インピーダンス、および、コネクタ勘合ＰＡＤ104のインピーダンスとコネクタ接続ＰＡＤ203のインピーダンスとを一直線で結んだテーパー付インピーダンスで構成する。
【００６４】
図８（ｂ）にケーブル接続基板102のインピーダンス調整方法例を示す。コネクタ勘合ＰＡＤ104とケーブル接続ＰＡＤ103に挟まれたケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスを例に、従来のインピーダンス１００Ωに対して、インピーダンスの調整方法を示す。
【００６５】
先に述べたとおり、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104部分は、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域430,820が広がっているために、インピーダンスが１００Ωよりも低下している。
【００６６】
例えば、ケーブル接続ＰＡＤ103部のインピーダンスが８７Ωである場合、従来と同じ配線層構成に対して、テーパー配線830のケーブル接続ＰＡＤ103との接続部の配線幅を、従来から１５％拡張することでＧＮＤベタ層410との容量結合領域440を増やすことにより容量成分を増加でき、９０Ωのインピーダンスを構成することができる。配線幅の制御は、エッチングなどによる配線層のパターニングで行うことができる。
【００６７】
また、コネクタ勘合ＰＡＤ104部分のインピーダンスが７５Ωであり、テーパー配線830のコネクタ勘合ＰＡＤ104との接続部の配線幅を従来から６０％拡張することで、ＧＮＤベタ層410との容量結合領域440を増やすことにより容量成分を増加でき、７５Ωのインピーダンスを構成することができる。
【００６８】
そして、ケーブル接続ＰＡＤ103側の配線幅（従来比１１５％）とコネクタ勘合ＰＡＤ104側の配線幅（従来比１６０％）を直線で結んだ形状のテーパー配線830にすることで、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスは、７５Ωから９０Ωへリニアに変化する．このため、図８（ａ）に示すように、ケーブル接続ＰＡＤ103、コネクタ勘合ＰＡＤ104と、ケーブル接続基板伝送線路102Cのインピーダンスがほぼ整合できており、多重反射を防止できる構成である。説明は省略したが、コネクタ伝送線路202Cも同様に構成できることは、いうまでもない。
【００６９】
その具体的な効果も実施例１と同じであるため図示していないが、以下の効果がある。
インピーダンスを低くすることでアイ幅も高さも広がり、アイ幅で約０．７ｐｓ、アイ高さで約１５ｍＶと同等の改善効果があることは明白である。
【００７０】
以上、実施例のインピーダンス整合方法を用いることにより、ケーブル伝送装置のジッタ特性の向上が実現可能となる。図８の構成によると、ケーブル接続ＰＡＤ103（Zcablepad=８７Ω）とコネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）に挟まれたケーブル接続基板伝送線路102Cの差動インピーダンスを、Zcablepad=８７ΩとZconnectpad1=７５Ωを一直線で結んだテーパー付インピーダンスにする構成および、コネクタ勘合ＰＡＤ104（Zconnectpad1=７５Ω）とコネクタ接続ＰＡＤ203（Zcablepad=８７Ω）に挟まれたコネクタ伝送線路202Cの差動インピーダンスを、Zconnectpad1=７５ΩとZconnectpad2=８７Ωを一直線で結んだテーパー付インピーダンスにする構成は、伝送線路102C、202CとＰＡＤ部103,104,203間のインピーダンス不整合を低減でき、反射を低減できるため，ジッタ特性を向上させる効果がある。
【００７１】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００７２】
本発明は、通信装置、情報処理装置等、電気信号を伝送する種々の装置分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
101  メタルケーブル
101C  メタルケーブル伝送線路
102  ケーブル接続基板
102C  ケーブル接続基板伝送線路
103  ケーブル接続ＰＡＤ
104  コネクタ勘合ＰＡＤ
201  コネクタ接続基板
202  コネクタ
202C  コネクタ伝送線路
203  コネクタ接続ＰＡＤ
410  ＧＮＤベタ層
420  誘電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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