專利名稱：用于背板信號通道中的阻抗匹配的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及背板信號通道中的通信，更具體而言(但不排他地) 涉及通過背板信號通道中的阻抗匹配來改善信號質(zhì)量。
背景技術(shù)：
圖1A示出了刀片服務(wù)器100的實施例，其包括被稱為背板102的印刷 電路板。在一個實施例中刀片104是服務(wù)器，利用插槽106將其機械地附 著并電耦合到背板102。刀片104利用背板102、通過背板102中的信號通 道110與也耦合到背板的其他刀片進行通信。刀片104通過延伸穿過背板 厚度的一個或多個短截線(stub) 112與信號通道110通信。例如，刀片 104—或更準確地說，刀片104上的電路一經(jīng)由短截線112與通道110通信。
圖1A示出了在刀片104通過短截線112發(fā)送或接收信號時發(fā)生的現(xiàn)象。 例如，當把源于刀片104的信號發(fā)射到短截線112中時，信號的第一部分 118沿短截線向下傳播并進入通道110。不過，信號的第二部分116傳播到 短截線112的末端。當信號的第二部分116達到所述短截線的末端114時， 它從末端反射并沿短截線112向上往回傳播，至少部分進入通道IIO。如果 信號的數(shù)據(jù)速率低且信號通道112的長度小，則信號從所述短截線末端的 反射通常不會造成嚴重問題，但是在信號的數(shù)據(jù)速率高且信號通道112的 長度L大時，開始出現(xiàn)更為嚴重的問題。
圖1C和圖1D示出了在長信號通道112和高數(shù)據(jù)速率差分信號時發(fā)生 的問題。圖1B示出了差分輸入信號，通過在圖2A中的刀片204上的所示 位置處的正輸入電壓Vi叩和負輸入電壓Vinn之間的電壓差測得該差分輸 入信號。圖1C示出了差分輸出信號，通過在圖2A中的刀片204上的所示 位置處的正輸出電壓Voutp和負輸出電壓Voutn之間的電壓差測得該差分 輸出信號。通常，圖1B和圖1C都應當展現(xiàn)出差分信號的公知的"張開" 的眼圖，在理想的通信系統(tǒng)中，輸入端處的眼圖在輸出端處會被理想地復現(xiàn)(r印licate) —換言之，圖1C中的輸出圖案會看起來和圖IB中的輸入 圖案極為相似。兩幅圖都表明，由于以上在圖1A中所討論的信號反射現(xiàn)象， 所期望的"張開"的眼圖在輸入端處變得稍微失真，在輸出端處失真更為 顯著。可能發(fā)生如此大的失真，使得如圖1C所示，"張開"的眼圖閉合了， 這實質(zhì)上意味著信號已經(jīng)變得雜亂了。壓差范圍也變窄了，表示在刀片之 間損失了信號能量。在各種因素之中，這使得在接收到信號時難以對其進 行解碼。
當前處理這種問題的方法集中在積極(active)的方案上，這種方案 試圖在接收信號的刀片的電路之內(nèi)整理(condition)差分信號并對其進行 解碼。不過當前這些方案復雜而昂貴。嘗試過一種消極(passive)的方法， 即簡單地在輸入端處提高信號功率。然而令人遺憾的是，這種方法僅影響 到輸出端處的壓差范圍，對輸入端和輸出端之間發(fā)生的眼圖"閉合"的問 題不起作用。


參考以下附圖描述本發(fā)明的非限制性的且非窮舉性的實施例，其中各
圖中的類似附圖標記表示類似的部分(除非另作說明)。
圖1A是示出了服務(wù)器刀片與背板以及通過背板通信的截面圖1B是諸如圖1A所示的服務(wù)器的服務(wù)器實施例的差分輸入電壓隨時
間^變4七的圖示；
圖1C是諸如圖1A所示的服務(wù)器的服務(wù)器實施例的差分輸出電壓隨時
間變化的圖示；
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的刀片服務(wù)器的實施例的側(cè)視圖2B是諸如圖2A所示的刀片服務(wù)器的刀片服務(wù)器實施例的差分輸入
電壓隨時間變化的圖示；
圖2C是諸如圖2A所示的刀片服務(wù)器的刀片服務(wù)器實施例的差分輸出
電壓隨時間變化的圖示；
圖3是背板的實施例的截面，其示出了阻抗匹配端子接地的實施例； 圖4A-4E是利用電阻器、電容器和電感器的組合的阻抗匹配端子實施
例的示意圖；圖5A-5B是利用電阻器和電容器的阻抗匹配端子的實施例的示意圖； 圖6A-6B是利用電阻器和電感器的阻抗匹配端子的實施例的示意圖。
具體實施例方式
這里描述的是用于背板信號通道中的阻抗匹配的系統(tǒng)和方法的實施 例。在以下說明書中，描述了很多具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明實施例的 透徹理解。不過，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可以不用一個或多個具 體細節(jié)，或者利用其他方法、元件、材料等來實踐本發(fā)明。在其他情況下， 未詳細示出或描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，但盡管如此它們?nèi)员缓w在 本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在整個說明書中提到的"一個實施例"或"實施例"表示結(jié)合該實施 例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因 此，在本說明書中出現(xiàn)的"在一個實施例中"或"在實施例中"的措詞未 必都是指相同的實施例。此外，可以在一個或多個實施例中以任何適當方 式組合特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性。
圖2A示出了包括根據(jù)本發(fā)明的刀片服務(wù)器200的裝置的實施例。雖然
在此為了例示的目的使用了刀片服務(wù)器，但在其他實施例中裝置200可以 是除刀片服務(wù)器之外的東西。刀片服務(wù)器200包括第一刀片206和第二服 務(wù)器刀片204，兩者都電耦合并機械耦合到背板202。利用在背板的整個厚 度中延伸的一個或多個短截線將刀片204和206電耦合到背板中的信號通 道212。例如，刀片206—或更準確地說是刀片206上的電路一經(jīng)由電耦合 到短截線216的跡線218以及電耦合到短截線214的跡線220而與信號通 道212耦合。類似地，刀片204上的電路經(jīng)由電耦合到短截線234的跡線 224以及電耦合到短截線232的跡線226而與信號通道212耦合。利用它們 與信號通道212的電耦合，刀片204和206能夠通過背板202中的信號通 道212相互通信。
如下所述，背板202包括正面和背面，刀片204和206耦合到正面， 諸如阻抗匹配端子228和230的元件耦合到背面。在背板202的一個實施 例中，背板是包括多個導電層222的印刷電路板，通過絕緣層221將導電 層222彼此分隔開。導電層在信號層和接地層之間交替變化一例如，如果某一層為信號層，則疊層中任一方向上的下一層為接地層(參見圖3)。在 一個實施例中，導電層由諸如銅的金屬制成，但在其他實施例中導電層當 然可以由其他金屬或非金屬導體制成。類似地，在一個實施例中，絕緣層 221由諸如FR4或Nelco 4000-13等電介質(zhì)制成，二者都產(chǎn)自美國紐約 Melville的Park Electrochemical Corp.的Nelco California分公司。
背板202的正面包括插槽208和插槽210，刀片206通過插槽208機械 附著并電耦合到背板202，刀片204通過插槽210機械附著并電耦合到背板 202。短截線214和216貫穿背板的厚度并用于經(jīng)由插槽208而將刀片206 電耦合到信號通道212。類似地，短截線232和234貫穿背板202的厚度并 用于經(jīng)由插槽210而將刀片204電耦合到信號通道212。在一個實施例中， 短截線214、 216、 232和234僅電耦合到背板中的導電層之一，并且與其 余導電層絕緣；在圖示的實施例中，短截線214、 216、 232和234電耦合 到信號通道212。雖然圖中未示出，但在一個實施例中，信號通道212包括 一對通道，可以通過它們傳輸差分信號。在信號通道包括差分通道對時， 短截線214和234可以耦合到所述通道對中的一個，而短截線216和232 耦合到所述通道對中的另一個。利用這種布置，刀片206和204經(jīng)由差分 信號而彼此通信。
分別利用插槽108和110將刀片204和206機械附著并電耦合到背板 102。在一個實施例中，刀片204和206可以是單個服務(wù)器。以刀片206為 例，刀片上可以包括諸如微處理器236以及存儲器238等元件，在各實施 例中存儲器238可以是隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、 靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、靜態(tài)動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)、只讀存 儲器(RAM)或閃速存儲器。當然，刀片204和206的其他實施例可以是除 服務(wù)器之外的裝置，且可以包括除處理器236和存儲器238之外的更多、 更少或不同的元件。此外，在圖示的實施例中，利用球柵陣列(BGA)將元 件耦合到刀片，但在其他實施例中，可以用不同方式將元件耦合到刀片。
阻抗匹配端子228電耦合到短截線214和216中的一個或多個以及地。 類似地，阻抗匹配端子230耦合到短截線232和234中的一個或多個以及 地。在圖示的實施例中，阻抗匹配端子228和230都包括一對電阻器，每 個電阻器耦合到每條短截線和地。雖然圖示為連接到外部的地(例如不在刀片服務(wù)器200上的地)，但阻抗匹配端子也可以在刀片服務(wù)器自身內(nèi)接地 (參見圖3)。圖中示出了可變電阻器，但在其他實施例中可以使用固定電 阻器。在其他實施例中，可以使用包括替代固定或可變電阻器或除它們以 外另外添加的其他電氣元件(例如電容器和電感器)的阻抗匹配端子(參 見圖4A-4D、圖5A-5B、圖6A-6B和圖7)。在其他實施例中，作為替代或補 充，可以使用除電阻器、電容器和電感器之外的電氣元件。
用于阻抗匹配端子中的電阻、電容、電感等的具體值將取決于諸如通 過短截線和信號通道傳輸?shù)男盘柕臄?shù)據(jù)速率以及信號通道的長度L等因素。 例如，當將電阻器用作阻抗匹配端子，信號通道的長度大約為9英寸或更 大，其傳送的信號的數(shù)據(jù)速率為大約9吉比特每秒或更高(10Gbps)時， 發(fā)現(xiàn)大約25歐姆的電阻是最佳的。在阻抗匹配端子為電阻器的其他實施例 中，預計更長的信號通道將需要更低的電阻。
圖2B和圖2C示出了如圖2A所示的將阻抗匹配端子附著于短截線末端 的效果。圖2B示出了差分輸入信號，通過圖2A中的刀片206上所示的位 置處的正輸入電壓Vinp和負輸入電壓Vinn之間的電壓差測得該差分輸入 信號。圖2C示出了差分輸出信號，通過圖2A中的刀片204上所示的位置 處的正輸出電壓Voutp和負輸出電壓Voutn之間的電壓差測得該差分輸出 信號。
由于將阻抗匹配端子施加到短截線末端，圖2B現(xiàn)在表現(xiàn)出與差分信號 相關(guān)的常見的"張開"的眼圖。類似地，雖然差分輸出信號之前由于來自 短截線末端的信號反射而失真，但圖2C現(xiàn)在也表現(xiàn)出與差分信號相關(guān)的熟 悉的"張開"的眼圖。圖2C中眼的中央的陰影正方形表示PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG) 2003年1月發(fā)布的Advanced Telecom Computing Architecture (ATCA) 3. 0標準所提出的設(shè)計要求。ATCA 標準要求信號中至少有0.2伏的壓差，從而可以對信號進行解碼。于是， 阻抗匹配端子顯著影響了長信號通道和高數(shù)據(jù)速率對這一規(guī)約 (specification)的符合情況。在理想的通信系統(tǒng)中，輸入端處的眼圖會 在輸出端處得到理想的復現(xiàn)一換言之，圖2B中的輸出圖案會看起來和圖2C 中的輸入圖案極為相似。不過，圖2C表明，輸出圖案的"張開柳艮"不再 閉合，盡管由于信號能量在信號通道中損失仍導致了信號壓差范圍的減小。圖3示出了背板300的實施例，其示出了阻抗匹配端子接地的實施例。 背板300實質(zhì)上是包括交替的信號層302和接地層304的印刷電路板，絕 緣層306將接地層和信號層分隔開。短截線310延伸穿過背板300的厚度 并電耦合到形成于導電層之一中的信號通道308。阻抗匹配端子312電耦合 到短截線310并通過將其耦合到背板300中的接地層304而接地。在圖示 的實施例中，阻抗匹配端子在最靠近背板300的背面的接地層304中接地, 但在其他實施例中，阻抗匹配端子可以在背板中的某個其它層中接地。在 阻抗匹配端子312需要一個以上的接地部的實施例中(參見圖4A-4D、圖 5A-5B、圖6A-6B和圖7)，兩個接地部可以都可以耦合到背板300中的相同 接地層或者可以耦合到不同接地層。
圖4A-4E示出了可以用于圖2A所示的裝置200中的阻抗匹配端子的實 施例。圖4A示出了這樣的實施例其包括可變旁路電容器Cp，隨后是可變 串聯(lián)電阻器Rp和可變串聯(lián)電感器Ls。在其他實施例中，元件可以是固定的 而非可變的，可以用分析法或經(jīng)驗法來確定圖4A所示的元件的電阻、電容 和電感值。圖4B示出了與圖4A的實施例類似的實施例，只是改變了可變 旁路電容器的位置，使得該實施例包括可變串聯(lián)電阻器Rs，隨后是可變旁 路電容器Cp和可變串聯(lián)電感器Ls。在其他實施例中，元件可以是固定的而 非可變的，可以用分析法或經(jīng)驗法來確定圖4B所示元件的電阻、電容和電 感值。
圖4C示出了與圖4A的實施例類似的實施例，只是調(diào)換了電容器和電 感器的位置。那么本實施例包括可變旁路電感器Lp，隨后是可變串聯(lián)電阻 器Rp和可變串聯(lián)電容器Cs。在其他實施例中，元件可以是固定的而非可變 的，可以用分析法或經(jīng)驗法來確定圖4C所示的元件的電阻、電容和電感值。 圖4D示出了與圖4C的實施例類似的實施例，只是改變了旁路電感器的位 置。那么本實施例包括可變串聯(lián)電阻器Rs，隨后是可變旁路電感器Lp和可 變串聯(lián)電容器Cs。在其他實施例中，元件可以是固定的而非可變的，可以 用分析法或經(jīng)驗法來確定圖4D所示元件的電阻、電容和電感值。
圖4E示出了可以用于圖2A所示的裝置200中的阻抗匹配端子的另一 實施例。本實施例包括可變串聯(lián)電阻器Rs，隨后是可變旁路電感器"和 可變旁路電容器Cp，隨后是可變串聯(lián)電阻器Rs、可變串聯(lián)電感器Ls和可變串聯(lián)電容器Cs。在該阻抗匹配端子的其他實施例中，元件可以是固定的而
非可變的，可以用分析法或經(jīng)驗法來確定圖4D所示的元件的電阻、電容和 電感值。
圖5A-5B示出了可以用在裝置200中的阻抗匹配端子的其他實施例。 圖5A示出了阻抗匹配端子的實施例，其包括可變旁路電容器Cp，隨后是可 變串聯(lián)電阻器Rp和可變串聯(lián)電容器Cs。類似地，圖5B示出了阻抗匹配端子 的實施例，其包括可變串聯(lián)電阻器Rp，隨后是可變旁路電容器Cp和可變串 聯(lián)電容器Cs。對于圖6A和圖6B所示的實施例而言，可以用分析法或經(jīng)驗 法確定電阻和電容，在其他實施例中，圖示的元件可以是固定的而不是可 變的。
圖6A-6B示出了可用于裝置200中的阻抗匹配端子的其他備選實施例。 圖6A示出了阻抗匹配端子的實施例，其包括可變旁路電感器Lp，隨后是可 變串聯(lián)電阻器Rp和可變串聯(lián)電感器Ls。類似地，圖6B示出了阻抗匹配端子 的實施例，其包括可變串聯(lián)電阻器Rs，隨后是可變旁路電感器"和可變串 聯(lián)電感器Ls。對于圖6A和圖6B所示的實施例而言，可以用分析法或經(jīng)驗 法確定電阻和電感，在其他實施例中，圖示的元件可以是固定的而不是可 變的。
對本發(fā)明圖示實施例的以上描述，包括在摘要中描述的內(nèi)容，并非意 在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開的精確形式。盡管在此為了例示的目的描 述了本發(fā)明的具體實施例及本發(fā)明的范例，但如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識 到的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種等價的修改都是可能的?？梢砸罁?jù)以上的詳 細描述對本發(fā)明做出這些修改。
以下權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應被視為將本發(fā)明限制到說明書和權(quán)利 要求中所公開的具體實施例。相反，本發(fā)明的范圍完全由以下權(quán)利要求決 定，應根據(jù)權(quán)利要求解釋的已建立的法律原則來解釋如下權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1、 一種設(shè)備，包括印刷電路板，其具有正面和背面，并且其中具有多個導電層，每個導 電層包括一個或多個信號通道；從所述正面延伸到所述背面的短截線，所述短截線電耦合到至少一個 信號通道；以及電耦合到所述短截線和地的阻抗匹配端子。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述地為所述印刷電路板之外的地。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個導電層包括被絕緣層彼 此分隔開的交替的多個信號層和多個接地層。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述地為所述多個接地層中的一 個或多個。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述阻抗匹配端子為可變電阻器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述阻抗匹配端子包括電容器和 電感器中的至少一種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中通過所述信號通道傳播的信號具 有大約為9吉比特每秒(Gbps)或更大的數(shù)據(jù)速率。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述信號通道的長度大約為9英 寸或更大。
9、 一種系統(tǒng)，其包括印刷電路板，其具有正面和背面，并且其中具有多個導電層，至少一 個所述導電層包括第一和第二信號通道，以傳送差分信號；從所述正面延伸到所述背面的第一和第二短截線，所述第一短截線電 耦合到所述第一信號通道，而所述第二短截線電耦合到所述第二信號通道；耦合到所述印刷電路板的所述正面并電耦合到所述第一和第二短截線 的服務(wù)器刀片，所述服務(wù)器刀片上包括處理器和SDRAM存儲器；以及阻抗匹配端子，其位于所述印刷電路板的所述背面上并連接到所述第 一和第二短截線以及地。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述地為所述印刷電路板之外 的地。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述多個導電層包括被絕緣層彼此分隔開的交替的多個信號層和多個接地層。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述地為所述多個接地層中的一個或多個。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述阻抗匹配端子為可變電阻器。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述阻抗匹配端子包括電容器 和電感器中的至少一種。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中通過所述信號通道傳播的信號 具有大約為9吉比特每秒(Gbps)或更大的數(shù)據(jù)速率。
16、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述信號通道的長度大約為9 英寸或更大。
17、 一種方法，其包括提供印刷電路板，所述印刷電路板包括正面和背面，并且其中具有 多個導電層，每個導電層包括一個或多個信號通道，以及 從所述正面延伸到所述背面的短截線，所述短截線電耦合到至少 一個信號通道且設(shè)計用于從附著于所述印刷電路板的元件接收信號；以及 將阻抗匹配端子耦合到所述短截線和地。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括調(diào)節(jié)所述阻抗匹配端子的阻 抗，以優(yōu)化所述信號通道中的信號質(zhì)量。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述多個導電層包括被絕緣層 彼此分隔開的交替的多個信號層和多個接地層。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中將所述阻抗匹配端子耦合到地的步驟包括將所述阻抗匹配端子耦合到所述多個接地層中的一個或多個。
全文摘要
一種設(shè)備，包括印刷電路板，其具有正面和背面，并且其中具有多個導電層，每個導電層包括一個或多個信號通道；從正面延伸到背面的短截線，短截線電耦合到至少一個信號通道；以及電耦合到短截線和地的阻抗匹配端子。一種方法，包括提供印刷電路板，印刷電路板包括正面和背面，且其中具有多個導電層，每個導電層包括一個或多個信號通道；以及從正面延伸到背面的短截線，短截線電耦合到至少一個信號通道并用于從附著于印刷電路板的元件接收信號；以及將阻抗匹配端子耦合到短截線和地。
文檔編號H05K1/02GK101313635SQ200680043953
公開日2008年11月26日 申請日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者Q·陳, X·蔡, X-M·高 申請人:英特爾公司