使用介质波导的低功率、高速多通道芯片到芯片接口的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的具体实施例涉及一种在印刷电路板（PCB，PrintedCircuitBoard)上传 播信号的波导（waveguide)。
【背景技术】
[0002] 有线通信中对于带宽（bandwidth)持续增加的需求使得高速、低功率、低成本的 输入输出端口（I/O)成为必要。因高频率中趋肤效应（skineffect)而引起的现有铜导线 互连（interconnect)中的大幅衰减（attenuation)限制了这种系统性能。接收器功率中 的代价（penalty)、成本和区域发生以用于补偿互连中的损失，且随数据率或传输距离增加 而呈现指数增长。使用介质作为传输通道的新芯片到芯片（chiptochip)接口被提出以 用于解决上述问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的示例性实施例公开了一种电纤维，用于收发器输入输出间板到板互连， 所述电纤维包括：介质波导，从发射器侧板向接收器侧板传播信号；以及金属包覆，包裹所 述介质波导。
[0004] 为了所述介质波导和微带电路间阻抗匹配，所述介质波导的两端中的至少一端逐 渐变细。
[0005] 所述介质波导两端中的至少一端被线性成型以最优化具有最大功率传输效率的 所述介质波导的阻抗。
[0006] 所述金属包覆包括铜包覆。
[0007] 所述介质波导的两端侧与所述发射器侧板和所述接收器侧板垂直耦合。
[0008] 所述金属包覆的长度与所述介质波导的长度的比例基于所述电纤维的长度而设 计。
[0009] 本发明的示例性实施例公开了一种具有电纤维的板到板互连装置，所述互连装置 包括：电纤维，利用金属包覆从发射器侧板向接收器侧板传播信号；以及微带电路，利用微 带到波导转换MWT与所述电纤维相接。
[0010] 所述互连装置进一步包括：微带馈线，用于在第一层中将所述信号反馈至所述微 带电路；沟槽接地面，包括沟槽，用于在第二层中最小化逆向传输波与正向传输波的比率； 接地面，包括一组导通孔，用于在第三层中在所述沟槽接地面和所述接地面间形成电连接； 以及贴片，用于以共振频率发射信号。
[0011] 其将被理解为前述一般性说明和下述详细说明是示例性和说明性的内容，且意在 提供所要求保护的本发明的进一步解释。
【附图说明】
[0012] 包含于此用于提供本发明的进一步理解且结合于此并构成本说明书一部分的附 图，详细说明了本发明的实施例，且与详细说明一起用于解释本发明的原理。
[0013] 图1是示出根据本发明一个示例性实施例的等轴透视图。
[0014] 图2是示出根据本发明一个示例性实施例的整体互连的简易模型以作为二端口 网络（2-Portnetwork)以及在每个转换中反射波和透射波间的关系。
[0015] 图3是示出根据本发明构建的整体互连的S-参数的分析估计和模拟结果的图表。
[0016] 图4是示出根据本发明构建的整体互连的S-参数的分析估计和模拟结果的图表。
[0017] 图5是示出根据本发明构建的整体互连的群延迟（GroupDelay)的分析估计和模 拟结果的图表。
[0018] 图6是示出根据本发明一个实施例构建的波导到微带转换的侧视图。
[0019] 图7是示出根据本发明一个实施例构建的波导到微带转换的前视图。
[0020]图8是示出根据本发明一个实施例构建的波导到微带转换的分解视图。
[0021] 图9是示出根据本发明一个实施例构建的具有金属包覆和锥形（tapered)波导的 不同长度的电纤维的等轴视图。
[0022] 图10是示出根据本发明构建的板到波导连接器的等轴视图。
[0023] 图11是示出根据本发明构建的整体互连的S-参数的模拟结果的图表。
[0024] 图12是示出针对65GHz通道的PAM428GbpsPRBS214-1的眼图的模拟结果的图 表。
【具体实施方式】
[0025] 以下将参考附图对本发明进行更加详细的说明，其示出了本发明的示例性实施 例。然而，本发明也可用多种不同的形式来实现且并不局限于在此所列举的实施例。更进 一步来讲，这些示例性实施例被提供以使本公开充分，且对于本发明技术领域的技术人员 而言能完全理解本发明的范围。在附图中，层和区域的尺寸和相对尺寸可被放大以更清楚 地进行显示。本附图中的相似参考符号表示相似的要素。
[0026] 本发明的示例性实施例可提供一种改进的互连来代替电线线路。可提供一种例如 名为电纤维的新型介质波导（dielectricwaveguide)来代替传统的铜线路。电纤维可被 定义为具有金属包覆（metalcladding)的介质波导。
[0027] 具有频率独立衰减（attenuation)特性的介质用很少或即使不用任何额外的接 收器侧补偿（receiver-sidecompensation)就能实现高数据率传递。并联通道数据传递 因电纤维和PCB的垂直親合（verticalcoupling)可被实现。在收发器I/O中用于板到 板互连的具有电纤维的PCB可被定义为板到板互连装置。例如，该互连装置可包括电纤 维（electricalfiber)、发射器侧板（transmittersideboard)、接收器侧板（receiver sideboard)、板到纤维连接器（board-to-fiberconnector)、微带馈线（microstrip feedingline)、沟槽接地面（slottedgroundplane)、接地面（groundplane)和贴片 (patch)〇
[0028] 提供了一种新型板到纤维连接器用以安全地将多个电纤维互相紧密地安装到PCB 以最大化区域效率。电纤维的物理柔性（flexible)特性可支持在任何位置自由地与任意 终端相连接。电纤维的金属包覆与电纤维的长度无关可维持总收发器功率消耗。包覆可隔 离代表性引起带宽限制问题的其他无线通路和相邻电纤维间信号的干扰。
[0029] 可采用槽隙耦合贴片型微带到波导转换来最小化微带和波导间的反射。微带到波 导转换可将微带信号转换为波导信号，且由于其能用一般PCB生产工艺中来获取因此具有 低成本的优势。
[0030] 图1是示出根据本发明一个示例性实施例的等轴透视图。
[0031] 参考图1，本发明示例性实施例的整体互连可用等轴透视图来示出。图1示出 用作为板到板互连的电纤维101。入射信号来自发射器裸片（die) 102的50-Ohm相配 的输出以沿传输线103传播且然后在发射器侧板上的微带到波导转换104(例如，MWT， Microstrip-to-WaveguideTransition)可将微带信号转换为波导信号。波例如波导信号， 沿电纤维101传递且然后在接收器侧板的MWT105中被转换为微带信号。同样地，信号可沿 传输线106传播且然后进入50-0hm相配的接收器输入107。在此，介质波导可从发射器侧 板向接收器侧板传播信号。
[0032]图2是示出根据本发明一个示例性实施例的整体互连的简易模型以作为二端口 网络以及在每个转换中反射波和透射波间的关系。
[0033] 在电纤维的每个端侧，阻抗不连续（impedancediscontinuity)可导致从传输线 到波导和从波导到传输线中能量的低效率传输。为了分析这种不连续的影响，如图2,按方 程式1、2和3所示，整体互连可被考虑作为简易二端口网络。 「00341 「方稈式11
[0040] 在从传输线向波导的转换中，传输线侧和波导侧的入射波可分别表不为和w' 且反射波可表示为w+和同样地，在从波导向传输线的转换中，波导侧和传输线侧的入 射波可表示为，和《i。且反射波可表示为，和》4。从这个简易模型中，假设在从传输线 向波导的转换中复数反射系数是n 且复数透射系数是~ ,在从波导向传输线的转 换中复数反射系数是r2 且复数透射系数是,反射波和透射波之间关系的方程 式可被做出。
[0041] 下述方程式表示出整体互连的散射矩阵（例如，S-参数）。
[0042][方程式4]
[0043]
[0044][方程式5]
[0052] 图3是示出根据本发明构建的整体互连的S-参数的分析估计和模拟结果的图表。 图4是示出根据本发明构建的整体互连的S-参数的分析估计和模拟结果的图表。图5是 示出根据本发明构建的整体互连的群延迟（GroupDelay)的分析估计和模拟结果的图表。
[0053] 图3、图4和图5可示出根据本发明示例性实施例构建的整体互连的S-参数的分 析估计结果的图表。例如，图3、图4和图5可图表示出上述方程式5、方程式6、方程式7和 方程式8且从不同情形的波导长度（例如5厘米和10厘米）中表明这种结果。上述每个 结果可与来自3D电磁场模拟工具（Ansys.HFSS)的模拟结果进行比较。
[0054] 图3、图4和图5可表明在整体互连的S-参数和群延迟的结果中存在依赖于波导 长度的振荡（oscillation)。波导越长，显示的振荡的影响越严重。如果眼图被用作为评价 该传输系统的标准，振荡会在眼开和零交叉中产生严重的问题，甚至可是比特误差率（bit errorrate)增加的主要原因。
[0055] S-参数和群延迟结果中的振荡可由在阻抗不连续中发生的反射波沿传播而经受 微小衰减这一事实而引起且其可产生与发生在空腔谐振器（cavityresonator)类似的现 象。波在电纤维中可来回反弹且强化驻波（standingwave)。
[0056] 用于解决这种问题的策略如下：第一，使反射系数r2尽可能低；第二，在确保相对 小的通道损失的同时沿电纤维产生适当的衰减；第三，使用低介电常数材料作为波导。这些 策略可通过上述方程式5、6、7和8而被证明。因此，MWT可是本发明示例性实施例的客体 以用于提供较低反射r2。
[0057] 图6是示出根据本发明一个实施例构建的波导到微带转换的侧视图。图7是示出 根据本发明一个实施例构建的波导到微带转换的前视图。
[0058] 图6示出根据本发明示例性实施例构建的MWT的侧视图且图7示出根据本发明示 例性实施例构建的MWT的前视图。具有金属包覆601、701的电纤维604、704与微带电路相 接，尤其是与安置在板上的贴片元件603、703相接。在此，金属包覆601、显示屏701可包裹 介质波导602、70