专利名称：传输线路导线排列的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有一个驱动器和一个接收器的数据处理电路，驱动器和和接收器由四个信号导线连接，连续信号通过该信号导线进行通信，从而使通过信号导线的电流的和作为一个时间的函数而且非常稳定。
通常，与地线相连接的单一信号导线用于进行数字信号的通信。可以替代的是，已经采用了使用对称信号导线对的微分信号驱动，由此可以用数据值来表示通过信号导线的电流间的差。在电流的和保持恒定的情况下，可以改善线路的噪声特性。为了支持多比特并行通信，可以使用若干这种对称的信号导线对。
US专利No.6,359,931描述了一个更加先进的设备，它采用了N＞2个信号导线来传输符号，并使用所有N(N-1)/2种两条信号导线的可能组合间的电流差对信号进行编码。在接收端，一条信号导线并不是仅连接在一个单一的比较器上，并与另外一条信号导线形成一个导线对，而是每一条信号导线都连接在N-1个比较器的输入端，并分别与余下的N-1条信号导线进行组合。将相互不同的信号电流提供给N个导线中的相应一根导线。通过控制将预先确定的电流组中的哪一个电流提供给哪一根导线，对不同的符号进行编码。在接收端的比较器检测N(N-1)/2个两根导线组合中的哪一个组合承载了最大的电流，然后按照检测结果对符号进行解码。与采用类似数量的N条导线传输N/2个微分信号(2的N次方)相比，采用该技术，可以利用给定数量的N条导线实现更高的传输容量(N倍能力)。
在这种系统中，导线的对称分布对于避免信号失真造成的信号误差是非常重要的。当导线之间的信号交换产生不同的耦合时，会干扰信号延时的检测。较好的对称性可以对环境产生较低的电磁干扰(EMI)。在将导线组织为N/2个导线对的情况下，仅有一个导线对中的两根导线之间的相互对称在该方面有关系，对于导线对的导线上的信号的相互交换，则不会产生不同的信号传播。但是将所有N(N-1)/2种可能的导线对用于进行检测时，令人满意的是，在任意两根导线上的信号相互交换时，导线之间的互感特性不发生改变。这需要比N/2对很多的对称数量。
US专利No.6,359,931描述了实现优化对称的各种导线排列。给出了用于三根和四根导线的排列。然而，四根导线的排列仅仅对于特定导线对上的信号的相互交换来说是对称的，而不是对于所有导线对。
此外，本发明的一个目的是提供一个前文所述类型的电路，该电路在交换来自导线的信号期间，有着更高的信号传输特性的对称性。
根据本发明的电路在权利要求1中提出。根据本发明，四根信号导线的空间分布为，两根信号导线堆叠排列在两个屏蔽板之间，另外两根信号导线排列在该堆叠的相互对立的两侧上，每根导线都在两个屏蔽板中间位置。设定每根特定信号导线的宽度，使该信号导线在由该信号导线和屏蔽板所形成的传输线中有着基本相同的传输阻抗。通常，在屏蔽板之间的一根导线的传输阻抗取决于导线的宽度和到屏蔽板的距离。因此，当导线越接近其中一个屏蔽板时，导线的宽度将逐渐减小，由此使得距离屏蔽板不同的导线可以有着相同的传输阻抗。因此，反常的是，本发明采用不同宽度的导线产生一种高对称性，用于在信号导线上的信号交换。
优选地，信号导线基本上为矩形，宽度被设定为与屏蔽板平行。矩形信号导线的排列是很容易制造的。
在一个实施例中，在两个屏蔽板中间位置的堆叠中包括一根屏蔽导线。因此，减少了信号导线之间直接交互区域的耦合，其结果就是，不同的信号导线对之间的交互耦合更加共同接近(接近零)。
在另外一个实施例中，设定堆叠和与在该堆叠的相互对立的两侧的信号导线之间的距离，从而使导线之间的交互耦合基本相等。通过将在该堆叠相互对立的两侧信号导线更加接近该堆叠，使这些导线之间的耦合增加。因此，可以使用到堆叠的距离控制耦合的对称性。优选的是，也同样调节在堆叠中的信号导线的相互距离，从而使它们的交互耦合等于在该堆叠的相互对立的两侧的信号导线之间交互耦合。
根据本发明的电路的这些和其他目的及优越的方面，会采用下图进行更加详细的说明。
图1示出了一个带有数据通信连接的电路。
图2示出了一个导线分布的横截面。
图3示出了另外一个导线分布的横截面。
图1示出了一个带有数据通信连接的电路。电路包括通过四根信号导线14a-d连接起来的一个驱动器10和一个接收器16。驱动器10由四个电流源12a-d供电，并且有一个信号输入端11。接收器16包括连接在信号导线14a-d中的阻抗162a-d和四个感应电路160a-d，感应电路通过在阻抗162a-d上的电压降，检测通过信号导线14a-d的电流。一个解码器164连接在感应电路的输出端。解码器的输出端即为接收器16的一个输出端。驱动器10的输入端11和接收器16的输出端166可以连接在其它功能电路(未示出)上，这些功能电路可以生成和使用分别经由信号导线14a-d传输的信号。
在运行中，驱动器10将来自电流源12a-d的电流提供给信号导线14a-d。驱动器10主要执行一个开关矩阵的功能，它通过提供到输入端11的输入信号的控制，决定电流源12a-d的哪个组合连接在信号导线14a-d中的哪一个上。因此，例如，当电流源12a-d提供的电流都等于I时，可以将例如(I，I，-I，-I)，(2I，0，I，-I)等电流组合以及它们的排列提供给信号导线(括号中的电流表示分别提供给特定组合中信号导线14a-d的相应一个的电流)。
接收器16检测流经各信号导线的电流，并将检测到的电流发信号到解码器164，解码器164重建输入信号，并将重建的输入信号提供给输出端166。
在所示电路中，通过信号导线的电流净和总是为零。从而，不需要在信号导线的公共连接点168连接一个公用接地阻抗(可以采用一个高阻抗的泄漏电阻来应对误差)。然而，重要的一点是，电流净和是恒定的。这就可以在信号导线14a-d上高速传输数据符号。如果该和不为零，则可以将一个阻抗接入公共连接点。
信号导线14a-d可以相对较长。为了保证不发生严重的信号失真，最好是在信号导线14a-d上产生很少或者没有反射，并且有很小的或者没有交叉耦合，或者至少交叉耦合对称，可以使任意两根导线之间的电流交换不会对传输特性有严重影响。
图2示出了与从驱动器10到接收器16的传输方向相垂直的信号导线14a-d的横截面。信号导线14a-d放置在导电屏蔽板20，22之间，两块导电屏蔽板在与图2中所示的横截面垂直的方向上相互平行延伸，并沿着驱动器10到接收器16的大部分或全部距离平行于信号导线14a-d延伸。屏蔽板20，22之间相互电气连接，至少对于在信号导线14a-d中所采用的频率范围内的信号来说是电气连接的。例如，可以通过将两个屏蔽板20，22接地，或者连接在一个电源连接端Vdd或Vss上来实现。屏蔽板20，22之间的包括信号导线14a-d的空间区域包含一种包围信号导线14a-d的非导电介质。该介质可以是用于印刷电路板的传统介质。该介质最好均匀分布在屏蔽板20，22之间或者形成在平行于屏蔽板20，22的层中。
两个信号导线14b，c在屏蔽板20，22之间以垂直列形式对称堆叠。其他两根信号导线14a，d，布置在两块板的中心位置，按照两根导线14b，c的堆叠的相互对立的两侧对称。堆叠中的信号导线14b，c的宽度W2比在堆叠的相互对立的两侧上的导线14a，d的宽度W1小。对这些宽度进行选定，从而可以使信号导线14a-d中所有的信号导线的传输线阻抗全部基本相等。对这些宽度进行选定，还可以使从14a-d中选定的每个两根导线对的组合的传输线阻抗基本相等。
信号导线14a-d中每根与屏蔽板20，22组合形成一条传输线。信号导线14a-d所形成的传输线的传输阻抗取决于信号导线14a-d与屏蔽板20，22之间的距离和信号导线14a-d的宽度W1，W2。对于给定距离，当宽度W1，W2增加时，传输阻抗减小；对于给定宽度W1，W2，到最接近的屏蔽板20，22的距离减小，传输阻抗减小。因此，在信号导线14b，c接近屏蔽板20，22，而较宽的信号导线14a，d与屏蔽板20，22的距离更大，则可以实现相同的传输阻抗。通过选取宽度W1、W2在图2的排列中应用这种方法，从而使信号导线14a-d中每根相对于屏蔽板20，22有着相同的传输线阻抗。
所需的宽度W1或W2可以通过试验确定，例如通过分别测量阻抗和增大或者减小信号导线14a-d中一对导线的宽度，直到实现阻抗的匹配。信号导线14a-d的阻抗是一个关于其宽度的连续递减函数因此，总是很明显的知道任何一个宽度应该变化以便减小阻抗之间的差异。可选择的是，还可以通过一个已知的求解Maxwell方程的计算机程序来计算阻抗。通常，阻抗也取决于各个信号导线14a-d的相对位置、屏蔽板20，22之间的距离和用于包围信号导线的介质的材料。这就要求最好分别为信号导线14a-f的每种不同布置方式确定所要求的宽度。
优选的是，对信号导线14a-d之间的距离进行选择，以使每一对信号导线14a-d之间的耦合强度相等。大体上，有三种不同的相关耦合强度在堆叠的信号导线14b，c之间的第一耦合强度，在堆叠的对立侧上的信号导线14a，d之间的第二耦合强度，在堆叠的一侧的信号导线14a和在堆叠中的信号导线14b之间的第三耦合强度。同时也可以设定三种结构参数在堆叠中的信号导线14b，c之间的距离，在堆叠的对立侧上的信号导线14a，d之间的距离，和宽度W1，W2，其中只要以相同的方式改变所有的信号导线14a-d的传输线阻抗就可以改变宽度W1，W2。因此，可以对这些距离和宽度进行设定，而使所有的耦合强度基本相等。作为另外一个用于调节相对另一根导线的耦合强度的参数，屏蔽板20，22之间的距离可以改变。
信号导线14a-d没有按比例示出。然而，如图所示，信号导线14a-d最好是矩形的，并且有相同的高度。
可以通过试验确定所需的距离和阻抗，如通过测量阻抗和交叉耦合强度，以及通过逐渐增大或者减小距离来调整距离直到交叉耦合强度和阻抗都相等。通常，在相关的信号导线14a-d之间的距离减小时，每个交叉耦合强度将持续增加。从而，可以容易地确定被要求减小差异的距离变化的方向。通常，交叉耦合强度也取决于各种信号导线14a-d之间的相对位置，屏蔽板20，22之间的距离和用于包围信号导线的介质的材料。这就要求单独地确定信号导线14a-f的排列的每一个不同设计中所需的距离和宽度。
图3示出了信号导线14a-d排列方式的横截面。与图2相比，增加了一条屏蔽导线30，它位于屏蔽板20，22中间位置，在信号导线14b，c的堆叠中间。屏蔽导线30电连接于屏蔽板，至少对于在信号导线14a-d上的信号的频率范围内的信号来说是电气连接的。屏蔽导线30用于减小信号导线14a-d之间的耦合强度。优选的是，屏蔽导线30比堆叠中的信号导线14b，c宽。对信号导线14a-d的宽度进行选择，从而一方面使得屏蔽板20，22和屏蔽导线30形成的传输线的传输阻抗基本相等，另一方面使得信号导线14a-d中的各条形成的传输线的传输阻抗基本相等。
除了图2和图3所示的导线，也可以添加额外导线，例如，在屏蔽板20，22中间位置、四根信号导线14a-d排列的对立侧上的屏蔽导线。可以并行添加额外的四根信号导线组，用于并行传输更多的信号。
例如，信号导线14a-d可以应用在印刷电路板上，或者在多元件模块(MCM)的基板，从而可以将一块集成电路芯片上的驱动器10连接在另一块集成电路芯片中的接收器上，或者可以在BGA IC封装中用于将适当的信号从芯片传输到PCB。
权利要求
1.一种数据处理电路，包括一个带有四个信号输出端的驱动器；一个带有四个输入端的接收器；第一、第二、第三、第四信号导线，每一根都连接在输入端中的相应一个输入端和输出端中的相应一个输出端之间；第一和第二相互连接的导电屏蔽板，第一和第二信号导线在第一和第二板之间以列的形式形成一个对称的堆叠，第三和第四信号导线放置在第一板和第二板之间的基本中间、位于该堆叠相互对立的两侧上，第一、第二、第三、第四信号导线有各自的宽度，使得在第一、第二、第三、第四信号导线中每一特定的信号导线和第一与第二块板之间的传输线上的传输线阻抗都基本相等。
2.根据权利要求1的数据处理电路，包括屏蔽导线，其位于第一和第二板中间的第一和第二信号导线之间。
3.根据权利要求2的数据处理电路，其中屏蔽导线还在平行于第一和第二板并且与第一和第二信号导线的传输方向相垂直的方向上进一步延伸。
4.根据权利要求1的数据处理电路，其中，选择堆叠中的第一和第二信号导线之间的第一距离、在第三和第四信号导线之间的第二距离、以及第一、第二、第三、第四信号导线的宽度，以使第一和第二信号导线之间的第一耦合强度，第三和第四信号导线之间的第二耦合强度，以及第三或第四信号导线与第一或第二信号导线之间的第三耦合强度基本相等。
全文摘要
一种数据处理电路，具有位于一个驱动器和一个接收器之间的四根信号导线，和相互导电的第一、第二屏蔽板。第一和第二信号导线在第一和第二板之间以列的形式形成一个对称的堆叠。第三和第四信号导线放置在第一和第二板之间的基本中间、位于堆叠相互对立的两侧上。第一、第二、第三、第四信号导线有各自的宽度，使得在第一、第二、第三、第四信号导线中每一特定的信号导线和第一和第二板之间的传输线上的传输线阻抗都基本相等。
文档编号H04L25/08GK1742470SQ200480002951
公开日2006年3月1日 申请日期2004年1月26日 优先权日2003年1月29日
发明者W·G·特拉亚 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司