(57)【要約】【課題】バックプレーンにおける伝送線路が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる信号伝送線路及び伝送線路設計方法を得ることを目的とする。【解決手段】複数のドータカード７のうち、２つのドータカード７間の通信に用いられる誘電体３内の伝送線路２の断面寸法が、２つのドータカード７間の距離ｘに基づいて決定されるように構成する。これにより、バックプレーン１における伝送線路２が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ線路である伝送線路が誘電体内に配線されているバックプレーンと、
前記バックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路と電気的に接続されている線路を有する複数のドータカードとを備え、
前記複数のドータカードは、前記バックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有しており、
前記複数のドータカードのうち、２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の断面寸法が、前記２つのドータカード間の距離に基づいて決定されていることを特徴とする信号伝送線路。
【請求項２】
前記２つのドータカード間の距離が長い程、前記２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路幅が広い値に決定されることを特徴とする請求項１記載の信号伝送線路。
【請求項３】
前記２つのドータカード間の距離に対応する線路幅が、通過特性が最大になる線路幅より短い場合、前記２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路幅が前記２つのドータカード間の距離に対応する線路幅に決定され、
前記２つのドータカード間の距離に対応する線路幅が、通過特性が最大になる線路幅より長い場合、前記２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路幅が、通過特性が最大になる線路幅に決定されることを特徴とする請求項１記載の信号伝送線路。
【請求項４】
前記２つのドータカード間の距離が長い程、前記２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路厚が厚い値に決定されることを特徴とする請求項１記載の信号伝送線路。
【請求項５】
前記２つのドータカード間の距離に対応する線路厚が、通過特性が最大になる線路厚より薄い場合、前記２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路厚が前記２つのドータカード間の距離に対応する線路厚に決定され、
前記２つのドータカード間の距離に対応する線路厚が、通過特性が最大になる線路厚より厚い場合、前記２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体内の伝送線路の線路厚が、通過特性が最大になる線路厚に決定されることを特徴とする請求項１記載の信号伝送線路。
【請求項６】
マイクロストリップ線路である伝送線路が誘電体上に配線されているバックプレーンと、
前記バックプレーンの誘電体上に配線されている伝送線路と電気的に接続されている線路を有する複数のドータカードとを備え、
前記複数のドータカードは、前記伝送線路を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有しており、
前記複数のドータカードのうち、２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体上の伝送線路の断面寸法が、前記２つのドータカード間の距離に基づいて決定されていることを特徴とする信号伝送線路。
【請求項７】
前記２つのドータカード間の距離が長い程、前記２つのドータカード間の通信に用いられる前記誘電体上の伝送線路の線路幅が狭い値に決定されることを特徴とする請求項６記載の信号伝送線路。
【請求項８】
前記２つのドータカード間の通信に用いられるバックプレーンの伝送線路は、シングルエンドの信号線又は差動の信号線であることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の信号伝送線路。
【請求項９】
バックプレーンの誘電体内又は誘電体上に配線される伝送線路のうち、２つのドータカード間の通信に用いられる伝送線路については、断面寸法が前記２つのドータカード間の距離に基づいて決定される伝送線路設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バックプレーンにおける伝送線路の高速化を実現する信号伝送線路及び伝送線路設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル伝送の高速化が著しく、バックプレーン伝送においても、高速伝送の実現が要求されている。
２つの基板間をケーブルで接続するよりも、バックプレーンで基板間を接続する方が、省スペース化、軽量化及び高信頼化を図ることができる。
【０００３】
以下の特許文献１には、バックプレーンにおける伝送線路の高速化を実現する信号伝送線路が開示されており、この信号伝送線路では、テーパー状の配線と、配線幅が広くて、特性インピーダンスが低い配線とが組み合わされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４５２９１号公報（段落番号［００１６］、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の信号伝送線路は以上のように構成されているので、バックプレーンにおける伝送線路の高速化を実現することができるが、バックプレーンにおける伝送線路が数十センチメートルを超えるような長い配線となる場合、信号の伝送損失が増大してしまう課題があった。
【０００６】
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、バックプレーンにおける伝送線路が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる信号伝送線路及び伝送線路設計方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る信号伝送線路は、ストリップ線路である伝送線路が誘電体内に配線されているバックプレーンと、そのバックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路と電気的に接続されている線路を有する複数のドータカードとを備え、複数のドータカードが、そのバックプレーンの誘電体内に配線されている伝送線路を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有しており、複数のドータカードのうち、２つのドータカード間の通信に用いられる誘電体内の伝送線路の断面寸法が、２つのドータカード間の距離に基づいて決定されているようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、複数のドータカードのうち、２つのドータカード間の通信に用いられる誘電体内の伝送線路の断面寸法が、２つのドータカード間の距離に基づいて決定されているように構成したので、バックプレーンにおける伝送線路が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による信号伝送線路を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による信号伝送線路が適用される通信装置の一部を示す構成図である。
【図４】バックプレーン１における伝送線路２の線路幅ｗと通過特性の関係を示す説明図である。
【図５】伝送線路２の異なる線路長に対して、通過特性が最大となる伝送線路の特性インピーダンスが異なることを示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による伝送線路設計方法を示すフローチャートである。
【図７】２つのドータカード間の距離（線路長）に対応する線路幅を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による信号伝送線路を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。
図１及び図２において、バックプレーン１はストリップ線路である伝送線路２が誘電体３内に配線されている回路基板であり、誘電体３は上下からグランド導体４，５によって挟まれている。
ストリップ線路である伝送線路２の線路幅はｗで、線路厚はｔであり、誘電体３の電体厚はｂである。
図２では、説明の簡単化のため、１本の伝送線路２だけを記述しているが、複数本の伝送線路２が配線されている。
例えば、ドータカード７ａが、ドータカード７ｂ〜７ｄのそれぞれと信号の通信を行う場合、少なくとも、ドータカード７ａとドータカード７ｂを結ぶ伝送線路２、ドータカード７ａとドータカード７ｃを結ぶ伝送線路２、ドータカード７ａとドータカード７ｄを結ぶ伝送線路２が配線されている。
【００１１】
コネクタ６ａ〜６ｄはドータカード７ａ〜７ｄをバックプレーン１に接続する接続部品である。
ドータカード７ａ〜７ｄはコネクタ６ａ〜６ｄを介して、バックプレーン１における伝送線路２と電気的に接続されている線路を有している。
また、ドータカード７ａ〜７ｄはバックプレーン１における伝送線路２を通じて、他のドータカードと信号を通信する機能を有している。
【００１２】
図３はこの発明の実施の形態１による信号伝送線路が適用される通信装置の一部を示す構成図である。
図３では、１つのバックプレーン１に対して、２つのドータカード７が接続されている例を示している。
送信回路１１は通信対象の信号を送信する回路である。１２は送信回路１１の出力インピーダンスであり、送信端線路１３と接続されている。
受信回路１４は送信回路１１から送信された信号を受信する回路であり、１５は終端抵抗、１６は受信端線路である。
なお、送信回路１１、出力インピーダンス１２及び送信端線路１３は、図１における１つのドータカード７（例えば、ドータカード７ａ）上に構成されており、また、受信回路１４、終端抵抗１５及び受信端線路１６も、図１における１つのドータカード７（例えば、ドータカード７ｂ）上に構成されている。
伝送線路１７は図１のバックプレーン１における伝送線路２に相当する。
コネクタ１８は図１のバックプレーン１におけるコネクタ６に相当する。
【００１３】
次に動作について説明する。
バックプレーン１における伝送線路２は誘電体３内に配線され、誘電体３は上下からグランド導体４，５によって挟まれている。
例えば、ドータカード７ａとドータカード７ｂが信号を送受信する場合、コネクタ６ａ，６ｂによって、ドータカード７ａ，７ｂ内の線路（図３の例では、送信端線路１３や受信端線路１６が相当する）が、ドータカード７ａとドータカード７ｂを結ぶバックプレーン１内の伝送線路２と電気的に接続されている状態で、その伝送線路２を通じて、信号を送受信する。
同様に、例えば、ドータカード７ａとドータカード７ｄが信号を送受信する場合、コネクタ６ａ，６ｄによって、ドータカード７ａ，７ｄ内の線路が、ドータカード７ａとドータカード７ｄを結ぶバックプレーン１内の伝送線路２と電気的に接続されている状態で、その伝送線路２を通じて、信号を送受信する。
【００１４】
ここで、バックプレーン１における伝送線路２の設計方法について説明する。
図２の例では、ストリップ線路である伝送線路２の線路幅をｗ、伝送線路２の線路厚をｔ、誘電体３の電体厚をｂとしているが、この実施の形態１では、伝送線路２の線路厚ｔ及び誘電体３の電体厚ｂを一定値として、一般的に変更容易な設計値である配線幅ｗの値を検討するものとする。
【００１５】
例えば、ドータカード７ａが信号をドータカード７ｄに送信する場合、ドータカード７ａ，７ｄでの特性インピーダンスがＺ０で、バックプレーン１における伝送線路２の特性インピーダンスＺである場合、特性インピーダンス不整合（Ｚ０≠Ｚ）による多重反射が発生するので、その多重反射と伝送損失を包括的に考慮し、伝送特性が最も良くなる特性インピーダンスＺから配線幅ｗを決定する必要がある。
【００１６】
２つのドータカード７間の距離が長い程、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路長が長くなり、抵抗値が増大する。伝送線路２の抵抗値が増大すると、伝送線路２における信号の伝送損失が増大する。
このため、２つのドータカード７間の距離が長い程、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路幅ｗを広くして、伝送線路２の抵抗値を小さくし、伝送線路２における信号の伝送損失を低減する。
ただし、伝送線路２の線路幅ｗを広くし過ぎると、ドータカード７での特性インピーダンスＺ０と、バックプレーン１における伝送線路２の特性インピーダンスＺとの不整合（Ｚ０≠Ｚ）による多重反射が発生する。
【００１７】
ここで、図４はバックプレーン１における伝送線路２の線路幅ｗと通過特性の関係を示す説明図である。
また、図５は伝送線路２の異なる線路長に対して、通過特性が最大となる伝送線路の特性インピーダンスが異なることを示す説明図である。
図４から分かるように、伝送線路２の線路幅ｗを広げると、伝送線路２の抵抗値が小さくなって、通過特性が向上するが、伝送線路２の線路幅ｗを広くし過ぎると、特性インピーダンスの不整合（Ｚ０≠Ｚ）による多重反射が発生して、通過特性が劣化している。
【００１８】
図６はこの発明の実施の形態１による伝送線路設計方法を示すフローチャートである。
図７は２つのドータカード７間の距離ｘ（線路長）に対応する線路幅ｗを示す説明図である。
以下、図６を参照しながら、伝送線路の設計方法を説明する。
最初に、２つのドータカード７間の距離ｘ（線路長）に対応する線路幅ｗを算出する（図６のステップＳＴ１）。
図７に示すように、２つのドータカード７間の距離ｘ（線路長）が長い程、広い線路幅ｗが算出される。
【００１９】
ここで、下記の式（１）は、２つのドータカード７間の距離ｘ（線路長）と線路幅ｗの対応関係を示している。
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式（１）において、Ｓ２１は通過特性、Ｔ１（ｗ）は図３の送信端線路１３から伝送線路１７への透過係数、Ｔ２（ｗ）は図３の伝送線路１７から受信端線路１６への透過係数である。
また、αｃ（ｗ）は図３の伝送線路１７の導体損失、αｄは図３の伝送線路１７の誘電損失、ｘは図３の伝送線路１７の線路長である。
この実施の形態１では、式（１）において、所望の線路長ｘ対して、通過特性Ｓ２１が最も大きくなる線路幅ｗを決定する。
ただし、式（１）は、あくまでも簡易式であり、線路幅ｗの算出精度を高める必要がある場合には、シミュレータを使用する。
【００２０】
次に、２つのドータカード７間の距離ｘに対応する線路幅ｗと、通過特性Ｓ２１が最大になる線路幅ｗｐａｓｓ・ｍａｘ（図４において、通過特性Ｓ２１が最大になる線路幅）を比較し（ステップＳＴ２）、距離ｘに対応する線路幅ｗが、通過特性Ｓ２１が最大になる線路幅ｗｐａｓｓ・ｍａｘより短ければ（ｗ＜ｗｐａｓｓ・ｍａｘ）、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路幅を、２つのドータカード７間の距離ｘに対応する線路幅ｗ（式（１）で算出された線路幅ｗ）に決定する（ステップＳＴ３）。
一方、距離ｘに対応する線路幅ｗが、通過特性Ｓ２１が最大になる線路幅ｗｐａｓｓ・ｍａｘより長ければ（ｗ≧ｗｐａｓｓ・ｍａｘ）、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路幅を、通過特性Ｓ２１が最大になる線路幅ｗｐａｓｓ・ｍａｘに決定する（ステップＳＴ４）。
【００２１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、複数のドータカード７のうち、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の断面寸法が、２つのドータカード７間の距離ｘに基づいて決定されているように構成したので、バックプレーン１における伝送線路２が長くなっても、信号の伝送損失の増大を抑えることができる効果を奏する。
【００２２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、伝送線路２の線路厚ｔ及び誘電体３の電体厚ｂを一定値として、伝送線路２の配線幅ｗを決定するものを示したが、伝送線路２の配線幅ｗ及び誘電体３の電体厚ｂを一定値として、伝送線路２の線路厚ｔを決定するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
この場合、２つのドータカード７間の距離ｘが長い程、伝送線路２の配線幅ｗを決定する場合と同様に、２つのドータカード間の通信に用いられる伝送線路２の線路厚ｔを厚くする。
しかし、伝送線路２の線路厚ｔを厚くし過ぎると、伝送線路２の線路幅ｗを広くし過ぎた場合と同様の理由で、ドータカード７での特性インピーダンスＺ０と、バックプレーン１における伝送線路２の特性インピーダンスＺとの不整合（Ｚ０≠Ｚ）による多重反射が発生する。
【００２３】
そこで、この実施の形態２では、最初に、２つのドータカード７間の距離ｘに対応する線路厚ｔを算出する。
ここで、下記の式（２）は、２つのドータカード７間の距離ｘ（線路長）と線路厚ｔの対応関係を示している。
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式（２）において、Ｓ２１は通過特性、Ｔ１（ｔ）は図３の送信端線路１３から伝送線路１７への透過係数、Ｔ２（ｔ）は図３の伝送線路１７から受信端線路１６からへの透過係数である。
また、αｃ（ｔ）は図３の伝送線路１７の導体損失、αｄは図３の伝送線路１７の誘電損失、ｘは図１の伝送線路１７の線路長である。
この実施の形態２では、式（２）において、所望の線路長ｘ対して、通過特性Ｓ２１が最も大きくなる線路厚ｔを決定する。
ただし、式（２）は、あくまでも簡易式であり、線路厚ｔの算出精度を高める必要がある場合には、シミュレータを使用する。
【００２４】
次に、２つのドータカード７間の距離ｘに対応する線路厚ｔと、通過特性Ｓ２１が最大になる線路厚ｔｐａｓｓ・ｍａｘを比較し、距離ｘに対応する線路厚ｔが、通過特性Ｓ２１が最大になる線路厚ｔｐａｓｓ・ｍａｘより薄ければ（ｔ＜ｔｐａｓｓ・ｍａｘ）、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路厚を、２つのドータカード７間の距離ｘに対応する線路厚ｔ（式（２）で算出された線路厚）に決定する。
一方、距離ｘに対応する線路厚ｔが、通過特性Ｓ２１が最大になる線路厚ｔｐａｓｓ・ｍａｘより厚ければ（ｔ≧ｔｐａｓｓ・ｍａｘ）、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路厚を、通過特性Ｓ２１が最大になる線路厚ｔｐａｓｓ・ｍａｘに決定する。
【００２５】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、バックプレーン１に配線されている伝送線路２がストリップ線路（誘電体３内に配線されている線路）であるものを示したが、バックプレーン１に配線されている伝送線路２がマイクロストリップ線路（誘電体３上に配線されている線路）であってもよい。
この場合も、複数のドータカード７のうち、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の断面寸法が、２つのドータカード７間の距離に基づいて決定されるが、上記実施の形態１，２と異なり、２つのドータカード７間の距離が長い程、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路幅ｗの値が小さな値に決定される。
【００２６】
２つのドータカード７間の距離が長い程、２つのドータカード７間の通信に用いられる伝送線路２の線路幅ｗを狭くする理由は、伝送線路２がマイクロストリップ線路である場合、伝送線路２の上面が空気層になるため、ストリップ線路のように誘電損失が一定でなくなり、配線幅ｗを広げると、導体損失の低減よって誘電損失の割合が大きくなるためである。
なお、伝送線路２がマイクロストリップ線路である場合でも、ストリップ線路である場合と同様に、線路幅ｗの最適値が存在する。
【００２７】
上記実施の形態１〜３では、伝送線路２がストリップ線路又はマイクロストリップ線路であるものを示したが、伝送線路２は、シングルエンドの信号線であってもよいし、差動の信号線であってもよい。
【００２８】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  バックプレーン、２  伝送線路（ストリップ線路）、３  誘電体、４，５  グランド導体、６ａ〜６ｄ  コネクタ、７ａ〜７ｄ  ドータカード、１１  送信回路、１２  送信回路の出力インピーダンス、１３  送信端線路、１４  受信回路、１５  終端抵抗、１６  受信端線路、１７  伝送線路、１８  コネクタ。
【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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