专利名称：印刷电路板上的高速信号的设备和方法
技术领域：
本发明涉及利用非线性传输结构来提高高速印刷电路
板互连的信号质量。
背景技术：
将铜传输线用于高速信号的难题之一在于，传输线是无 源线性导体，它趋向于降低信号强度(衰减)并且趋向于减小上升和下 降时间(弥散)。 由于衰减和弥散影响差分信号，所以接收器需要对小电 压以及其中可对信号取样的较窄时序更为敏感。弥散和衰减对电子系 统设计的影响是将电子装置之间的距离限制到将会限制弥散和衰减 影响的距离，以及限制可用于传送信号的最大频率
发明内容
通过以下对在附图中所示的优选实施例的描述，本发明 的各种特征将会非常明显，附图中，相似参考标号一般表示附图中的
相同部件。附图不 一 定按照比例绘制，重点是在于示出本发明的原理。
图1是根据本发明的一些实施例、具有非线性传输结构
的电子装置的示意图。图2是根据本发明的一些实施例、包括多个变容二极管
(varactor)的非线性传输结构的示意图。图3是波前锐化的模拟结果的图表。
图4是根据本发明的一些实施例、包括陶瓷衬底上的多
个变容二极管的非线性传输结构的示意图。图5是根据本发明的一些实施例、设置在包括多个变容
二极管的半导体器件封装中的非线性传输结构的示意图。图6是根据本发明的一些实施例、包括折叠信号导体的
非线性传输结构的示意图。 图7是根据本发明的一些实施例的流程图。
图8是根据本发明的一些实施例的流程图。
图9是根据本发明的一些实施例的流程图。
图10是根据本发明的一些实施例、包括电子组件、非
线性传输结构、铜信号线和电子组件的系统的示意图。图11是根据本发明的一些实施例、包括电子组件、非
线性传输结构、差分对信号线和电子组件的系统的示意图。
图12是眼图的模拟结果的图表。
具体实施例方式
为了便于说明而不是进行限制，以下描述中提出例如特 定结构、体系结构、接口、技术等具体细节，以便提供对本发明的各 个方面的透彻理解。然而，获益于本公开的本领域技术人员将会清楚 地知道，也可在背离这些具体细节的其它示例中实施本发明的各个方 面。在某些情况下，省略对众所周知的装置、电路和方法的描述，以 免以不必要的细节混淆对本发明的描述。 参照图1,根据本发明的一些实施例的电子装置10可 包括印刷电路板衬底12、设置在印刷电路板衬底12上的铜信号线14 以及与铜信号线14耦合的非线性传输结构16，其中，非线性传输结 构配置成锐化铜信号线14上的高速信号脉冲的波前。例如，在一些 实施例中，非线性传输结构16可包括印刷电路板衬底12上的电压相 关介电层。有利的是，在本发明的一些实施例中，具有电压相关介电层的一小段铜传输线可提供波前锐化。在一些实施例中，非线性传输 结构16可设置有陶瓷衬底上的多个变容二极管。在一些实施例中，
非线性传输结构16可包括设置在半导体器件封装中的电压相关介电 层。例如，半导体封装可使用折叠信号线。 参照图2, #4居本发明的一些实施例的电子装置20可 包括印刷电路板村底22、设置在印刷电^各板衬底22上的铜信号线 24(例如FR-4衬底上的铜带状线)以及与铜信号线24耦合的非线性传 输结构26,其中，非线性传输结构配置成锐化铜信号线24上的高速 信号脉冲的波前。例如，在一些实施例中，非线性传输结构26可包 括印刷电路板衬底22上的电压相关介电层。 例如，在一些实施例中，电压相关介电层可包括设置在 信号线24的接收端的多个变容二极管28。在一些实施例中，电压相 关介电层可包括设置在信号线24的接收端的陶瓷衬底上的多个变容 二极管28。例如，变容二极管可间隔在八分之一的高速信号脉冲特 征波长之内。在一些实施例中，电压相关介电层可设置在差分对传输 线的接收端。 参照图4，根据本发明的一些实施例的电子装置40由 具有信号线44和非线性传输结构46的印刷电路板42组成。在一些 实施例中，非线性传输结构46由陶瓷衬底45和多个变容二极管48 组成。在一些实施例中，非线性传输结构46设置成靠近信号线44的 接收端的电子组件47。 参照图5,根据本发明的一些实施例的电子装置50由 印刷电路板53组成，印刷电路板53具有信号线54和设置在半导体 器件封装55中的非线性传输结构52。在一些实施例中，非线性传输 结构52由半导体器件封装55中的信号导体51上的多个变容二极管 58组成，其中非线性传输结构52提供波前锐化。 参照图6，根据本发明的一些实施例的电子装置60由 印刷电路板66组成，印刷电路板66具有信号线61和设置在半导体器件封装68中的非线性传输结构62。在一些实施例中，非线性传输 结构62由半导体器件封装68中的折叠信号导体67上的多个变容二 极管63组成，其中非线性传输结构62提供波前锐化。 参照图7-9,本发明的一些实施例涉及提供印刷电路板 衬底(例如在框71)、提供设置在印刷电路板衬底上的铜信号线(例如 在框72)、在铜信号线上提供高速信号脉冲(例如在框73)以及提供配 置成锐化铜信号线上的高速信号脉沖的波前的非线性传输结构(例如 在框74)。 例如，在本发明的一些实施例中，非线性传输结构包括 电压相关介电层，电压相关介电层含有设置在信号线的接收端的多个 变容二极管(例如在框76)。在本发明的一些实施例中，变容二极管可 间隔在八分之一的高速信号脉沖特征波长之内(例如在框77)。在本发 明的一些实施例中，电压相关介电层设置在差分对传输线的接收端 (例如在框78)。参照图8，在本发明的一些实施例中，电压相关介电层 包括陶瓷衬底上的多个变容二极管(例如在框85)。在一些实施例中， 陶瓷衬底设置在信号线的接收端(例如在框86)。在一些实施例中，变 容二极管可间隔在八分之一的高速信号脉冲特征波长之内(例如在框 87)。 参照图9，在本发明的一些实施例中，所述电压相关介 电层包括设置在半导体封装中的电压相关介电层，其中非线性传输结 构配置成锐化半导体封装中的高速信号脉冲的波前(例如在框95)。在 一些实施例中，半导体封装使用折叠信号线(例如在框96)。在一些实 施例中，电压相关介电层包括折叠信号线上的多个变容二极管(例如 在框97)。 本发明的一些实施例涉及将与印刷电路板附连的装置， 其它实施例涉及对电路板或装置封装的修改。通过将传输线的特性改 变成具有电压相关非线性介电常数，信号质量可得到增强。非线性传输线可用于通过保持或恢复电压电平以及上升和下降时间来使衰减 和弥散的影响最小。为了使成本最小，可使传输线靠近接收器的部分 为非线性，以便提高信号质量。在一些实施例中，在印刷电路板的制造中使用电压相关
介电层，以便提高信号质量。在其它实施例中，介电层处于安装到电 路板的分立装置中或者包含在装置中。介电层可使用变容二极管来创 建电压相关特性。可对传输线的部分或者传输线的接收端使用电压相 关特性。 印刷电路板(PCB)—般由支承接合或套接的电子器件并 且具有提供电源、地和信号线的铜迹线的玻璃纤维绝缘层组成。希望 使信号的速度能够提高。随着信号速度增加，数据交换的可靠性可能 由于例如信号衰减和弥散而受到限制。例如，在常身见印刷电路板中， 铜互连的问题可极大地影响高速互连方案、如PCI Express 2.0的总抖 动预算。 在不受限于操作理论的条件下，我们认为铜传输线的许 多问题可源自这类系统是无源的线性信令机构的事实。根据本发明的 一些实施例，通过使铜板的区域之间的介电常数电压相关(例如转到 非线性线路)，可提供信令增强。例如，本发明的一些实施例可沿信 号线嵌入变容二极管。各变容二极管的电容随其两端的电压增加而减 小。有利的是，根据本发明的一些实施例的非线性传输线的短长度的 合乎需要的影响可以是锐化比特模式的前沿和后沿。 作为说明而不是限制，这种锐化可与创建沖击波相似。 例如，由于信号波前的大电压上升减小线路的电容以及由此提高传播 速度，所以可发生锐化。因此，波在其顶部的部分(高电压电平)加速， 直到它们堆积到前沿和后沿(例如与形成潮汐波的方式相似)。波不能 通过垂直前端溢出，因为脉沖的大电压上升部分的传播速度比脉沖中 的后续波要慢。例如，对于足够长的非线性传输线，所有脉冲可紧缩 成称作孤波的唯一稳定波形。
在不限制本发明的情况下，高速互连的量度可用"目艮图"
来说明。眼图是许多不同比特模式到覆盖相当于信令时间的比特特性
时间的固定窗口的重叠。上线和下线来自长序列(run)的1和0。垂直 跃迁表明从1到0又从0到1的不同变化率。长序列的1和0对传输 线充电，并且需要比交替的1和0更长的时间来放电。另一方面，长 序列的相同比特将线路充电到更大的电压。这些时间和电压差创建图 12所示的特性眼形。 在常规印刷电路板中，各种损失和相移机构对铜信令的 最终影响在于"眼图闭合"。当眼的压差范围到零时，接收器无法区分 l与0。随着眼开启的时间变小，检测l-O跃迁的时间量下降(这是抖 动的一种形式)。有利的是，本发明的一些实施例可提供有效地使眼 图展开的锐化区域。有利的是，抖动次数可减少，而眼的电压电平可 增力口。 参照图3，模拟结果的图表示出非线性传输结构可如何 锐化铜信号线上的高速信号脉冲的波前。电子世界迅速耗尽常规PCB 上的信号带宽。有利的是，本发明的一些实施例可提供非线性机构来 克服传送比特的损失和相移，这在继续PC速度提高方面可极为有用。 在一些应用中，可能不希望用载有变容二极管的段更换 所有高速铜线。例如，成本以及对PCB制造的影响对于一些应用可 能过高。根据本发明的一些实施例， 一种备选方式是采用端接器芯片 0艮据本发明的一些实施例来构造)取代FR-4玻璃纤维上的铜传输线 的末端。例如，端接器芯片可基于低损耗陶瓷，并且包含少部分变容 二极管。例如，端接器芯片可结合在FR-4上或者备选地制成接收芯 片封装的部分。 本领域技术人员将领会，存在许多用于制造适当变容二 极管部分的技术。例如，变容二极管可从量子(quantumdot)点来创建。 电编程可用于控制准确的锐化量。有源元件也可从纳米线或量子点合 成，以便进行有源信号调节、如脉冲放大。
参照图10，电子系统100包括印刷电路板102,印刷电 路板102包括衬底、印刷电路板102上的第一电子组件104、印刷电 路板102上的第二电子组件106、设置在印刷电路板102上的铜信号 线108以及与铜信号线108耦合的非线性传输结构109，所述铜信号 线108将第一电子组件104与第二组件106电连接，其中，非线性传 输结构109配置成锐化铜信号线108上的高速信号脉沖的波前。 在系统100的一些实施例中，非线性传输结构可包括印 刷电路板衬底上的电压相关介电层。例如，电压相关介电层可包括设 置在信号线的接收端的多个变容二极管。例如，变容二极管可间隔在 八分之一的高速信号脉沖特征波长之内。例如，电压相关介电层可设 置在信号线的接收端。 在系统100的一些实施例中，电压相关介电层可包括陶 瓷衬底上的多个变容二极管。例如，陶瓷衬底可设置在信号线的接收 端。例如，变容二极管可间隔在八分之一的高速信号脉沖特征波长之 内。 在一些实施例中，第一电子组件104可以是处理器，而 第二电子组件106可以是存储器装置。例如，非线性传输结构可包括 设置在处理器封装中的电压相关介电层，其中，非线性传输结构配置 成锐化处理器封装中的高速信号脉冲的波前。例如，处理器封装可使 用折叠信号线。例如，电压相关介电层可包括折叠信号线上的多个变 容二极管。 参照图11，电子系统110包括印刷电路板112，印刷电 路板112包括村底、印刷电路板112上的第一电子组件116、印刷电 路板112上的第二电子组件114、设置在印刷电路板112上的由铜信 号线118和铜信号线119组成的差分对信号线111以及与铜信号线 118耦合的非线性传输结构120和与铜信号线119耦合的非线性传输 结构121，所述差分对111将第一电子组件1116与第二组件114电 连接，其中，非线性传输结构120和121配置成锐化差分对111上的高速信号脉冲的波前。在系统110的一些实施例中，非线性传输结构可包括印
刷电路板衬底上的电压相关介电层。例如，电压相关介电层可包括设 置在差分对的接收端的多个变容二极管。例如，变容二极管可间隔在 八分之一的高速信号脉冲特征波长之内。例如，电压相关介电层可设 置在差分对传输线的接收端。 在系统110的一些实施例中，电压相关介电层可包括陶 瓷衬底上的多个变容二极管。例如，陶瓷衬底可设置在差分对信号线 的接收端。例如，变容二极管可间隔在八分之一的高速信号脉沖特征 波长之内。 在一些实施例中，第一电子组件116可以是处理器，而 第二电子组件114可以是存储器装置。例如，非线性传输结构可包括 设置在处理器封装中的电压相关介电层，其中，非线性传输结构配置 成锐化处理器封装中的高速信号脉冲的波前。例如，处理器封装可4吏 用折叠信号线。例如，电压相关介电层可包括折叠信号线上的多个变 容二极管。 本发明的上述及其它方面以单独或者组合方式实现。本 发明不应当被理解为要求这些方面的两个或两个以上，除非具体权利 要求明确要求。此外，虽然结合目前认为是优选示例的方面描述了本 发明，但是要理解，本发明并不局限于所公开的示例，而是相反，它 意在涵盖包含于本发明的精神和范围之内的各种修改及等效布置。
权利要求
1.一种设备，包括印刷电路板衬底；铜信号线，设置在所述印刷电路板衬底上；以及与所述铜信号线耦合的非线性传输结构，其中，所述非线性传输结构配置成锐化所述铜信号线上的高速信号脉冲的波前。
2. 如权利要求l所述的设备，其中，所述非线性传输结构包括 所述印刷电路板衬底上的电压相关介电层。
3. 如权利要求2所述的设备，其中，所述电压相关介电层包括 设置在所述信号线的接收端的多个变容二极管。
4. 如权利要求3所述的设备，其中，所述变容二极管间隔在所 述高速信号脉冲的特征波长的八分之一之内。
5. 如权利要求3所述的设备，其中，所述电压相关介电层设置 在差分对传输线的接收端。
6. 如权利要求2所述的设备，其中，所述电压相关介电层包括 陶瓷衬底上的多个变容二极管。
7. 如权利要求6所述的设备，其中，所述陶瓷衬底设置在信号 线的接收端。
8. 如权利要求6所述的设备，其中，所述变容二极管间隔在所 述高速信号脉冲的特征波长的八分之一之内。
9. 如权利要求1所述的设备，其中，所述非线性传输结构包括 设置在半导体器件封装中的电压相关介电层，其中，所述非线性传输 结构配置成锐化所述半导体封装中的高速信号脉沖的波前。
10. 如权利要求9所述的装置，其中，所述半导体封装使用折叠 信号线。
11. 如权利要求10所述的设备，其中，所述电压相关介电层包 括折叠信号线上的多个变容二极管。
12. —种电子系统，包括 印刷电路板，所述印刷电路板包括衬底； 所述印刷电路板上的第 一电子组件；所述印刷电路板上的第二电子组件；设置在所述印刷电路板衬底上的铜信号线，所述铜信号线将所述 第一电子组件与所述第二电子组件电连接；以及与所述铜信号线耦合的非线性传输结构，其中，所述非线性传输 结构配置成锐化所述铜信号线上的高速信号脉冲的波前。
13. 如权利要求12所述的系统，其中，所述非线性传输结构包括所述印刷电路板衬底上的电压相关介电层。
14. 如权利要求13所述的系统，其中，所述电压相关介电层包 括设置在所述信号线的接收端的多个变容二极管。
15. 如权利要求14所述的系统，其中，所述变容二极管间隔在 所述高速信号脉冲的特征波长的八分之一之内。
16. 如权利要求14所述的系统，其中，所述电压相关介电层设 置在差分对传输线的接收端。
17. 如权利要求12所述的系统，其中，所述电压相关介电层包括陶瓷衬底上的多个变容二极管。
18. 如权利要求17所述的系统，其中，所述陶瓷衬底设置在信 号线的接收端。
19. 如权利要求17所述的系统，其中，所述变容二极管间隔在 所述高速信号脉冲的特征波长的八分之一之内。
20. 如权利要求12所述的系统，其中，所述第一电子组件是处 理器；所述第二电子组件是存储器装置。
21. 如权利要求20所述的系统，其中，所述非线性传输结构包 括设置在所述处理器封装中的电压相关介电层，其中，所述非线性传输结构配置成锐化所述处理器封装中的高速信号脉冲的波前。
22. 如权利要求21所述的系统，其中，所述处理器封装使用折叠信号线。
23. 如权利要求22所述的系统，其中，所述电压相关介电层包 括折叠信号线上的多个变容二极管。
24. —种方法，包括 ^提供印刷板衬底；提供设置在所述印刷电路板衬底上的铜信号线； 在所述铜信号线上提供高速信号脉冲；以及 采用非线性传输结构来锐化所述铜信号线上的所述高速信号脉 冲的波前。
25. 如权利要求24所述的方法，其中，所述非线性传输结构包括所述印刷电路板衬底上的电压相关介电层。
26. 如权利要求25所述的方法，其中，所述电压相关介电层包 括设置在所述信号线的接收端的多个变容二极管。
27. 如权利要求26所述的方法，其中，所述变容二极管间隔在 所述高速信号脉沖的特征波长的八分之一之内。
28. 如权利要求26所述的方法，其中，所述电压相关介电层设 置在差分对传输线的接收端。
29. 如权利要求24所述的方法，其中，所述电压相关介电层包括陶瓷衬底上的多个变容二极管。
30. 如权利要求29所述的方法，其中，所述陶瓷衬底设置在信 号线的接收端。
31. 如权利要求30所述的方法，其中，所述变容二极管间隔在 所述高速信号脉沖的特征波长的八分之一之内。
32. 如权利要求24所述的方法，其中，所述非线性传输结构包括设置在半导体器件封装中的电压相关介电层，其中，所述非线性传 输结构配置成锐化所述半导体封装中的高速信号脉冲的波前。
33. 如权利要求32所述的方法，其中，所述半导体封装使用折 叠信号线。
34. 如权利要求33所述的方法，其中，所述电压相关介电层包 括折叠信号线上的多个变容二极管。
全文摘要
在一些实施例中，设备包括印刷电路板衬底、设置在印刷电路板衬底上的铜信号线以及与铜信号线耦合的非线性传输结构，其中，非线性传输结构配置成锐化铜信号线上的高速信号脉冲的波前。在一些实施例中，非线性传输结构可包括印刷电路板衬底上的电压相关介电层。在一些实施例中，电压相关介电层可包括设置在信号线的接收端的多个变容二极管。
文档编号H01P3/08GK101569054SQ200780048300
公开日2009年10月28日 申请日期2007年12月6日 优先权日2006年12月28日
发明者E·C·汉娜, J·C·莫里斯 申请人:英特尔公司