(57)【要約】信号用スルーホール３，８とグランド用スルーホール５，１０とを電気的に接続するショートスタブ１３，１４を設けるように構成した。これにより、信号の伝送速度が高速化されても、信号の反射を抑制することができる効果を奏する。
2003069723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の信号用スルーホールに接続されている伝送路と第２の基板の信号用スルーホールに接続されている伝送路とを電気的に接続する信号中継部を有する信号中継装置において、上記第１及び第２の基板の信号用スルーホールに電気的なショートスタブを接続したことを特徴とする信号中継装置。
【請求項２】
ショートスタブは、信号用スルーホールとグランドが接続されているグランド用スルーホールとを電気的に接続するものであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の信号中継装置。
【請求項３】
信号中継部の特性インピーダンスを基板の伝送路の特性インピーダンスより大きくしたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の信号中継装置。
【請求項４】
一方のコネクタピンが第１の基板の信号用スルーホールに挿入され、他方のコネクタピンが第２の基板の信号用スルーホールに挿入されている第１のコネクタと、一方のコネクタピンが第１の基板のグランド用スルーホールに挿入され、他方のコネクタピンが第２の基板のグランド用スルーホールに挿入されている第２のコネクタとから信号中継部が構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の信号中継装置。
【請求項５】
第２の基板がＬＳＩである場合、そのＬＳＩを実装して第１の基板の伝送路と当該ＬＳＩのピンとを電気的に接続するパッケージから信号中継部が構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の信号中継装置。
【請求項６】
信号中継部のアドミッタンスと、基板の伝送路の特性アドミッタンスと、上記基板の伝送路から上記信号中継部を見たときの入力アドミッタンスと、位相定数とを考慮して、ショートスタブの取付位置を設定したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の信号中継装置。
【請求項７】
基板の伝送路の特性アドミッタンスと、上記基板の伝送路から信号中継部を見たときの入力アドミッタンスと、位相定数とを考慮して、ショートスタブの長さを設定したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の信号中継装置。
【請求項８】
複数の信号用スルーホールと複数のグランド用スルーホールを第１及び第２の基板に配置する場合、信号中継部のアドミッタンスと、基板の伝送路の特性アドミッタンスと、上記基板の伝送路から上記信号中継部を見たときの入力アドミッタンスと、位相定数とを考慮して、ショートスタブの取付位置を設定し、かつ、上記基板の伝送路の特性アドミッタンスと、上記基板の伝送路から上記信号中継部を見たときの入力アドミッタンスと、上記位相定数とを考慮して、上記ショートスタブの長さを設定し、上記第１及び第２の基板の少なくとも一方に対して、上記信号用スルーホールと上記グランド用スルーホールを交互に等間隔に配置することを特徴とする請求の範囲第２項記載の信号中継装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、一方の基板から他方の基板に信号を伝送する際の信号反射を防止する信号中継装置に関するものである。
背景技術
第１図は例えば特開平４−２８１８２号公報に示された従来の信号中継装置を示す構成図であり、図において、１はドータボード、２はドータボード１の伝送路、３はドータボード１の信号用スルーホール、４はグランドレイヤー、５はドータボード１のグランド用スルーホール、６はバックボード、７はバックボード６の伝送路、８はバックボード６の信号用スルーホール、９はグランドレイヤー、１０はバックボード６のグランド用スルーホール、１１はコネクタピン１１ａがドータボード１の信号用スルーホール３に挿入され、コネクタピン１１ｂがバックボード６の信号用スルーホール８に挿入されているコネクタ、１２はコネクタピン１２ａがドータボード１のグランド用スルーホール５に挿入され、コネクタピン１２ｂがバックボード６のグランド用スルーホール１０に挿入されているコネクタである。
次に動作について説明する。
コネクタ１１のコネクタピン１１ａがドータボード１の信号用スルーホール３に挿入され、コネクタ１１のコネクタピン１１ｂがバックボード６のスルーホール８に挿入される。
これにより、ドータボード１の伝送路２とバックボード６の伝送路７とが電気的に接続される。
したがって、ドータボード１に実装されているドライバ等から出力された信号は、ドータボード１の伝送路２からコネクタ１１を経由してバックボード６の伝送路７に伝達される。
ただし、ドータボード１の伝送路２の特性インピーダンスと、バックボード６の伝送路７の特性インピーダンスとが異なると、インピーダンスのミスマッチングにより、信号の反射が発生して、信号の高速伝送が困難になる。
そこで、従来の信号中継装置は、インピーダンスのミスマッチングによる信号の反射を最小限に抑えるため、グランド配置や、コネクタ１１における勘合部の長さを短くするなどの工夫を凝らすことにより対処している。
従来の信号中継装置は以上のように構成されているので、信号の伝送速度があまり速くなければ、信号の反射を抑制することができるが、グランド配置や、コネクタ１１における勘合部の長さを工夫するだけでは、信号の伝送速度が高速化されると、信号の反射を十分に抑制することができないなどの課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信号の伝送速度が高速化されても、信号の反射を抑制することができる信号中継装置を得ることを目的とする。
発明の開示
この発明に係る信号中継装置は、第１及び第２の基板の信号用スルーホールに電気的なショートスタブを接続したものである。
このことによって、信号の伝送速度が高速化されても、信号の反射を抑制することができる効果がある。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第２図はこの発明の実施の形態１による信号中継装置を示す構成図であり、第３図は第２図の信号中継装置におけるバックボードを拡大した斜視図である。第２図において、１はドータボード（第１の基板）、２はドータボード１の伝送路、３はドータボード１の信号用スルーホール、４はグランドレイヤー、５はドータボード１のグランド用スルーホール、６はバックボード（第２の基板）、７はバックボード６の伝送路、８はバックボード６の信号用スルーホール、９はグランドレイヤー、１０はバックボード６のグランド用スルーホールである。
１１はコネクタピン１１ａがドータボード１の信号用スルーホール３に挿入され、コネクタピン１１ｂがバックボード６の信号用スルーホール８に挿入されているコネクタ（第１のコネクタ）、１２はコネクタピン１２ａがドータボード１のグランド用スルーホール５に挿入され、コネクタピン１２ｂがバックボード６のグランド用スルーホール１０に挿入されているコネクタ（第２のコネクタ）である。なお、コネクタ１１及びコネクタ１２から信号中継部が構成されている。
１３は信号用スルーホール３とグランド用スルーホール５とを電気的に接続するショートスタブ、１４は信号用スルーホール８とグランド用スルーホール１０とを電気的に接続するショートスタブである。
次に動作について説明する。
コネクタ１１のコネクタピン１１ａがドータボード１のスルーホール３に挿入され、コネクタ１１のコネクタピン１１ｂがバックボード６のスルーホール８に挿入される。
これにより、ドータボード１の伝送路２とバックボード６の伝送路７とが電気的に接続される。
したがって、ドータボード１に実装されているドライバ等から出力された信号は、ドータボード１の伝送路２からコネクタ１１を経由してバックボード６の伝送路７に伝達される。
ただし、ドータボード１の伝送路２の特性インピーダンスと、バックボード６の伝送路７の特性インピーダンスとが異なると、インピーダンスのミスマッチングにより、信号の反射が発生して、信号の高速伝送が困難になる。
そこで、この実施の形態１では、信号の反射を抑制するため、ドータボード１の信号用スルーホール３に電気的なショートスタブ１３を接続するとともに、バックボード６の信号用スルーホール８に電気的なショートスタブ１４を接続するようにしている。
即ち、ドータボード１における信号用スルーホール３とグランド用スルーホール５とを、ショートスタブ１３によって電気的に接続し、バックボード６における信号用スルーホール８とグランド用スルーホール１０とを、ショートスタブ１４によって電気的に接続している。
ここで、ショートスタブ１３の取付位置ｌｌは、信号源であるドータボード１側から負荷側であるコネクタ１１を見たときの入力アドミッタンスＹｉの虚数成分を伝送路２の特性アドミッタンスＹ０（＝１／Ｚ０）で割った規格化コンダクタンスｇが“１”になるように決定する。
具体的には、第４図のアドミッタンスダイアグラム（スミスチャート）に示すように、例えば、コネクタ１１の入力インピーダンスを負荷インピーダンスＺＬと考えて、そのアドミッタンスポイントをＡ１に図示する。
ここで、グランド用スルーホール５はインダクティブであり、コネクタ１１の負荷インピーダンスＺＬ（特性インピーダンス）をドータボード１の伝送路２の特性インピーダンスより大きく取るような条件を設定すると、線路内定在波の位置が移動して、コネクタピン１１ａの先端からショートスタブ１３の取付位置までの距離を激減することができるので（波長の１／１０程度に減らすことができる）、コネクタ１１の負荷インピーダンスを上記条件を満足するように設定して、アドミッタンスポイントをＡ１からＡ１’に移動させる。上記条件を満足する場合、ショートスタブ１３をグランド用スルーホール５に直接取り付けることが可能になる。
次に、ドータボード１側からコネクタ１１を見たときの入力アドミッタンスＹｉの虚数成分を伝送路２の特性アドミッタンスＹ０（＝１／Ｚ０）で割った規格化コンダクタンスｇが“１”になるように決定し、アドミッタンスポイントをＡ１’からｇ＝１の線状にあるＡ２に移動させる。
そして、ショートスタブ１３の長さを、ショートスタブ１３の特性インピーダンス（特性アドミッタンス）と入力リアクタンス（サスセプタンス）の比に合わせる条件を設定すると、ショートスタブ１３のインダクタンスと、線路（コネクタピン１１ａの先端からショートスタブ１３の取付位置までの線路）のキャパシタンスとが、サスセプタンス部分をキャンセルしあうので、ショートスタブ１３の長さを上記条件を満足するように設定して、アドミッタンスポイントをＡ２からスミスチャートの原点であるＡ３に移動させる。これにより、インピーダンスマッチングが達成される。
なお、バックボード６が信号源になる場合には、信号用スルーホール８とグランド用スルーホール１０とを電気的に接続するショートスタブ１４を設ける。その際、ショートスタブ１４の取付位置ｌ２は、ショートスタブ１３と同様に、信号源であるバックボード６側から負荷側であるコネクタ１１を見たときの入力アドミッタンスＹｉの虚数成分を伝送路７の特性アドミッタンスＹ０（＝１／Ｚ０）で割った規格化コンダクタンスｇが“１”になるように決定する。
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、信号用スルーホール３，８とグランド用スルーホール５，１０とを電気的に接続するショートスタブ１３，１４を設けるように構成したので、信号の伝送速度が高速化されても、信号の反射を抑制することができる効果を奏する。
即ち、伝送路の信号エネルギーが損失されることなく、最終段のレシーバまで伝送され、装置のＳ／Ｎ、ジッタ、エラーレートを高めることができる。
また、この実施の形態１によれば、コネクタ１１の負荷インピーダンスＺＬをドータボード１の伝送路２の特性インピーダンスより大きくするように構成したので、コネクタピン１１ａの先端からショートスタブ１３の取付位置までの距離を波長の１／１０程度に減らすことができる効果を奏する。
実施の形態２．
第５図はこの発明の実施の形態２による信号中継装置を示す構成図であり、図において、第２図と同一符号は同一又は相当部分を示しているので説明を省略する。
２１はＬＳＩ２３を実装するプリント基板、２２はボールグリッド、２３は信号受信側の基板（第２の基板）に相当するＬＳＩ、２４はボールグリッド２２とＬＳＩ２３のピンとを電気的に接続するボンディングワイヤである。なお、プリント基板２１、ボールグリッド２２及びボンディングワイヤ２４からパッケージが構成されている。
上記実施の形態１では、信号中継部がコネクタ１１，１２であるものについて示したが、第５図に示すように、ＬＳＩ２３を実装して信号送信側の基板の伝送路２とＬＳＩ２３のピンとを電気的に接続するパッケージから信号中継部を構成してもよい。
ここで、ショートスタブ１３の取付位置ｌｍと長さｌｓは、ショートスタブ１３のアドミッタンス（インピーダンス）の虚数部分であるＬ（インダクティブ）性のサスセプタンス（リアクタンス）と、ショートスタブ１３の取付位置からＬＳＩ２３側を見たときのアドミッタンス（インピーダンス）の虚数部分であるＣ（キャパシティブ）性のサスセプタンス（リアクタンス）とが、キャンセルしあうように設定する。
具体的には、信号送信側からＬＳＩ２３を見たときの入力アドミッタンスＹｉの虚数成分を伝送路２の特性アドミッタンスＹ０（＝１／Ｚ０）で割った規格化コンダクタンスｇが“１”になるようにスミスチャート、または、下記の式（１）を用いて、ショートスタブ１３の取付位置ｌｍを決定する。
Ｙｉ＝Ｙ０（ＹＬｃｏｓβｌｍ＋ｊＹ０ｓｉｎβｌｍ）
／（Ｙ０ｃｏｓβｌｍ＋ｊＹＬｓｉｎβｌｍ）        （１）
１／Ｙ０＝Ｚ０＝（η／π）ｃｏｓｈ−１（ｄ／φ）          （２）
ただし、
β：位相定数（β＝ω／λ）、
ＹＬ：信号中継部のアドミッタンス、
η：真空の放射インピーダンス
φ：スルーホール３，５の径
ｄ：信号用スルーホール３とグランド用スルーホール５間の距離
また、ショートスタブ１３の長さｌｓは、ショートスタブ１３の取付位置ｌｍからＬＳＩ２３を見たときのサスセプタンスをＢ［Ｓ］としたとき、ショートスタブ１３の取付位置ｌｍからショートスタブ１３のショート側を見たサスセプタンスが−Ｂ［Ｓ］となるようにスミスチャート、または、式（３）を用いて求める。ただし、式（３）は、式（１）において、信号中継部のアドミッタンスＹＬを無限大（∞：ショート）したものである。
Ｙｉ＝−ｊＹ０ｃｏｓβｌｓ                          （３）
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ＬＳＩ２３を実装して信号送信側の基板の伝送路２とＬＳＩ２３のピンとを電気的に接続するパッケージから信号中継部を構成したので、信号中継部としてパッケージを用いる場合でも、信号の反射を抑制することができる効果を奏する。
また、この実施の形態２によれば、信号中継部のアドミッタンスＹＬと、基板の伝送路２の特性アドミッタンスＹ０と、その基板の伝送路から信号中継部を見たときの入力アドミッタンスＹｉと、位相定数βとを考慮して、ショートスタブ１３の取付位置ｌｍを設定するように構成したので、信号の伝送速度が高速化されても、信号の反射を抑制することができる効果を奏する。
また、この実施の形態２によれば、基板の伝送路２の特性アドミッタンスＹ０と、その基板の伝送路２から信号中継部を見たときの入力アドミッタンスＹｉと、位相定数βとを考慮して、ショートスタブ１３の長さｌｓを設定するように構成したので、信号の伝送速度が高速化されても、信号の反射を抑制することができる効果を奏する。
実施の形態３．
上記実施の形態１では、信号用スルーホール３とグランド用スルーホール５が１つずつドータボード１に配置されているものについて示したが、複数の信号用スルーホール３と複数のグランド用スルーホール５をドータボード１に配置する場合、第６図に示すように、信号用スルーホール３とグランド用スルーホール５を交互に等間隔に配置するようにしてもよい。
ただし、ショートスタブ１３の取付位置ｌｍは上記の式（１）を用いて決定し、ショートスタブ１３の長さｌｓ１８は上記の式（３）や第４図のスミスチャートを用いて決定するものとする。
これにより、広範囲に亘ってショートスタブ１３の取付位置ｌｍと長さｌｓを自由に決めることができる効果を奏する。
実施の形態４．
上記実施の形態３では、信号用スルーホール３とグランド用スルーホール５を交互に等間隔に配置するものについて示したが、バックボード６からドータボード１に信号を送信する場合には、第７図に示すように、信号用スルーホール８とグランド用スルーホール１０を交互に等間隔に配置するようにしてもよい。
ただし、ショートスタブ１４の取付位置ｌｍは上記の式（１）を用いて決定し、ショートスタブ１４の長さｌｓは上記の式（３）や第４図のスミスチャートを用いて決定するものとする。
これにより、広範囲に亘ってショートスタブ１４の取付位置ｌｍと長さｌｓを自由に決めることができる効果を奏する。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る信号中継装置は、２つの基板を結合して、一方の基板から他方の基板に信号を伝送する際に発生する信号反射を極力抑制する必要があるものに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の信号中継装置を示す構成図である。
第２図はこの発明の実施の形態１による信号中継装置を示す構成図である。
第３図は第２図の信号中継装置におけるバックボードを拡大した斜視図である。
第４図はアドミッタンスダイアグラム（スミスチャート）に示す説明図である。
第５図はこの発明の実施の形態２による信号中継装置を示す構成図である。
第６図（ａ）はスルーホールの配置を示す平面図であり、（ｂ）はスルーホールの断面図である。
第７図（ａ）はスルーホールの配置を示す平面図であり、（ｂ）はスルーホールの断面図である。
【図１】
2003069723.tif 000003
【図２】
2003069723.tif 000004
【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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【国際調査報告】
2003069723.tif 000010
2003069723.tif 000011