JP7368526B2

JP7368526B2 - 高速差動信号トレース用のマルチバンド放射低減フィルタ

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Publication number: JP7368526B2
Application number: JP2022045549A
Authority: JP
Inventors: 哲▲ウェイ▼ 張
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2023-10-24
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Also published as: TW202304285A; CN115604905A; US20230011538A1; US11582862B2; JP2023010560A; TWI819410B

Description

本発明は、高速差動信号トレースに関し、特に、複数の周波数帯域での干渉放射を低減するリターンパスを有する高速差動トレースに関する。

高速差動信号トレースは、サーバー／ストレージ製品の設計で広く用いられている。多くのサーバー／ストレージ製品は、電子機器用の様々なプリント回路基板を搭載するシャーシを含む。プリント回路基板は、基板上のデバイスに信号を供給するための様々な信号トレースを含む。信号トレースは、通常、特定の信号線に対して差動トレースペアで配置される。プリント回路基板上のこのような差動トレースは、差動モード、コモンモード、及び、送信中の差動信号間のモード変換を含む、様々なモードを有する。異なる基板間や基板とケーブルとの間を差動信号が遷移する製品アプリケーションが増えているので、コモンモードのエネルギーが、これらの遷移中に、コネクタを介して、シャーシの孔に放射される。コモンモードのエネルギーは、両方の差動トレース上に信号を発生させる。従って、コモンモードのエネルギーは、ノイズを発生させ、トレース上の信号の送信を中断し、干渉問題を引き起こす可能性がある。

図１は、プリント回路基板１２上の従来技術のリターン電流回路トレース１０の一例を示す図である。プリント回路基板１２は、接地面層１４に取り付けられている。電流回路トレース１０は、プリント回路基板１２の１つの表面２０上に２つの差動トレース２２，２４を含む。接地面層１４は、プリント回路基板１２の反対側の表面に接している。矢印３０は、差動トレース２２内の挿入電流を示している。矢印３２は、差動トレース２４内の誘導電流を示している。矢印３４は、差動トレース２２の下の接地面層１４で生成されたリターン電流を示している。図１に示すように、コモンモードのエネルギーは、矢印３０で表された挿入電流から結合項（coupling term）を差し引くことで生成される。

図２は、サーバーシャーシ内の信号からの電子信号干渉を示すグラフである。サーバーシャーシは、図１に示すものと同様の差動トレースを有する基板を含む。サーバーシャーシは、複数の基板を有する。異なる基板間の遷移により、コモンモードのエネルギーが、シャーシの孔を介して放射される。線５０は、ＦＣＣクラスＡデジタルデバイスでのトレースの許容ノイズ（allowed noise）であり、線６０は、ＦＣＣクラスＡ－ＡＶデバイスのシステムの許容ノイズである。図に見られるように、最新のクラスＡ－ＡＶデバイスでは、許容ノイズのレベルが低くなっていることがわかる。スパイク８０は、サーバーシャーシ等の例示的なシステムから発生した約８ＧＨｚの周波数での許容できないノイズ放射を表している。

コモンモードエネルギーによって引き起こされた放射を低減するには、差動信号の総エネルギーを一定に保ちながら、コモンモードエネルギーを低減するトレース設計が必要である。高速トレースが、様々な周波数でデータを送信するのに用いられ得るので、対象となる様々な送信周波数における干渉及びノイズを低減する必要もある。

複数の周波数帯域での干渉放射を低減するためのリターンパスを有する高速差動トレースを提供する。

実施形態という用語及び同様の用語（例えば、実施、構成、態様、例及びオプション等）は、本開示及び以下の請求項の発明の全てを広く指すことを意図している。これらの用語を含む記載は、本明細書に記載された発明を限定するものではなく、以下の請求項の意味又は範囲を限定するものでもないことを理解されたい。本明細書で対象とする本開示の実施形態は、本概要でなく、以下の請求項によって定義される。この概要は、本開示の様々な態様の高レベルの概要であり、以下の詳細な説明のセクションでさらに説明される概念のいくつかを紹介するものである。この概要は、請求された発明の重要な又は本質的な特徴を特定することを意図したものではない。また、この概要は、請求された発明の範囲を決定するために単独で用いられることを意図したものでもない。この発明は、本開示の明細書全体の適切な部分、一部又は全ての図面、及び、各請求項を参照することによって理解されるべきである。

本開示の特定の態様によれば、高速回路は、プリント回路基板と、接地面層と、一対の第１及び第２の差動トレースと、カスケード接続されたコモンモードフィルタと、を含む。プリント回路基板は、第１の表面と、その反対側の第２の表面と、を有する。接地面層は、プリント回路基板の第２の表面と接触する第１の表面を有する。一対の第１及び第２の差動トレースは、プリント回路基板の第１の表面上にある。第１及び第２の差動トレースは、電気信号を伝送する。カスケード接続されたコモンモードフィルタは、外部コモンモードフィルタと、内部コモンモードフィルタと、を含む。外部コモンモードフィルタは、接地面層の第１の表面にＵ字型のボイド部（void section）を含む。内部コモンモードフィルタは、接地面層の第１の表面にＨ字型のボイド部を含む。Ｈ字型のボイド部は、Ｕ字型のボイド部に近接して配置されている。

一実施形態では、Ｕ字型のボイド部は、第３のボイド部によって第２のボイド部に接続された第１のボイド部を含む。Ｈ字型のボイド部は、第６のボイド部によって第５のボイド部に接続された第４のボイド部を含む。第６のボイド部は、第４のボイド部を、第１の長さを有する第１の部分と、第２の長さを有する第２の部分と、に分割する。一実施形態では、第１及び第２のボイド部は、同一の形状を有する。一実施形態では、第４及び第５のボイド部は、同一の形状を有する。一実施形態では、第２のボイド部の長さは、第１の放射周波数でのノイズ除去に依存し、第４のボイド部の第２の部分の第２の長さは、第１の放射周波数の高調波である第２の放射周波数でのノイズ除去に依存する。一実施形態では、第３のボイド部と第６のボイド部との間の間隔は、目標放射周波数でノイズを除去するときのボイド部の理想的な長さよりも大きい。一実施形態では、第１及び第２のボイド部の長さは、制約条件によって決定される。

Ｌ_１は、第１及び第２のボイド部の長さであり、Ｌ_２は、第３及び第６のボイド部間の間隔であり、Ｌ_３は、第４のボイド部の第１の部分の第１の長さであり、Ｌ_４は、第４のボイド部の第２の部分の第２の長さであり、Ｌ_Ｘ＝１／（４ｆ＊ＴＤ）であり、ＴＤは、差動トレースを伝搬する差動信号のミル長さ当たりの時間遅延であり、ｆは、目標放射周波数である。

一実施形態では、第１のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離と、第２のボイド部と第２の差動トレースとの間の距離と、は同じである。一実施形態では、第４のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離と、第５のボイド部と第２の差動トレースとの間の距離と、は同じである。一実施形態では、第１のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離は、第４のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離よりも大きい。一実施形態では、Ｈ字型のボイド部の幅は、Ｕ字型のボイド部の幅よりも小さい。

本開示の特定の態様によれば、低干渉差動トレースを製造する方法は、プリント回路基板の第１の表面に第１及び第２の差動トレースを形成するステップを含む。第１のボイド部が、プリント回路基板の第２の表面に接合された接地面層に形成される。第２の表面は、第１の表面の反対側にある。カスケード接続されたコモンモードフィルタは、（ａ）第１の目標放射周波数に基づいて第２のボイド部の長さを決定し、第１及び第２のボイド部を接続して、Ｕ字型を有する外部コモンモードフィルタを形成するステップと、（ｂ）第１の目標放射周波数と高調波関係にある第２の目標放射周波数に基づいて、第５のボイド部の第１の部分の長さを決定するステップと、（ｃ）第５のボイド部を、第６のボイド部を介して第４のボイド部に接続して、Ｈ字型を有する内部コモンモードフィルタを形成するステップと、によって接地面層に形成される。Ｈ字型の幅は、Ｕ字型の幅よりも小さい。

一実施形態では、第１及び第２のボイド部は、同一の形状を有する。一実施形態では、第４及び第５のボイド部は、同一の形状を有する。一実施形態では、第２の目標放射周波数は、第１の目標放射周波数の２倍である。一実施態様では、第１及び第２のボイド部の長さは、制約条件によって決定される。

一実施形態では、第１のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離と、第２のボイド部と第２の差動トレースとの間の距離と、は同じである。一実施形態では、第４のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離と、第５のボイド部と第２の差動トレースとの間の距離と、は同じである。一実施形態では、第１のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離は、第４のボイド部と第１の差動トレースとの間の距離よりも大きい。

上述した概要は、本開示の各実施形態又は全ての態様を表すことを意図するものではない。むしろ、上述した概要は、本明細書に記載された新規な態様及び特徴のいくつかの例を提供するに過ぎない。本開示の上述した特徴及び利点、並びに、他の特徴及び利点は、添付の図面及び添付の特許請求の範囲と関連して、本発明を実施するための代表的な実施形態及び態様についての以下の詳細な説明から容易に明らかとなるであろう。本開示の更なる態様は、図面を参照して生成される様々な実施形態の詳細な説明を考慮して、当業者には明らかであり、その簡単な説明が以下に提供される。

本開示、並びに、その利点及び図面は、例示的な実施形態の以下の説明及び添付の図面からより良く理解されるであろう。これらの図面は、例示的な実施形態のみを示しており、従って、様々な実施形態又は特許請求の範囲を限定するものと見なされるべきではない。

プリント回路基板上の従来技術の差動トレースの一例を示す図である。シャーシ内の従来技術の差動トレースからの信号による特定の周波数での電子信号干渉を示すグラフ。本開示の特定の態様による、例示的な低減された干渉リターンパスを有するトレースを含む複数の回路基板を含む電子デバイスの背面図である。本開示の特定の態様による、コモンモードエネルギーを低減するためのリターンパスを有する例示的な差動トレースの斜視図である。本開示の特定の態様による、本開示のいくつかの実装による、コモンモードフィルタを有する例示的な差動トレースの上面図である。本開示の特定の態様による、図５の例示的な差動トレースのうち第１の差動トレースのリターン電流特性を示すグラフである。本開示の特定の態様による、図５の例示的な差動トレースのうち第２の差動トレースのリターン電流特性を示すグラフである。

本開示は、信号放射を低減するためのコモンモードフィルタを提供する。コモンモードフィルタは、プリント回路基板の配線に実装され、複数の周波数帯域の信号放射を低減するために使用することができる。マルチデータレートのサポートが必要なアプリケーション（例えば、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス（Peripheral Component Interconnect Express：ＰＣＩｅ）、ＳＡＳ等）では、１つの低減帯域用に設計されたコモンモードフィルタは、放射のリスクを低減するのに十分ではない。従って、本開示の様々な実施形態によって提供されるコモンモードフィルタは、カスケード技術を用いて、複数の放射帯域の放射低減を達成する。

添付の図面を参照しながら様々な実施形態を説明するが、同様の符号は、類似又は同等の要素を示すために、図面全体を通して使用される。図面は、本発明の態様及び特徴を説明するためのものであり、縮尺通りに描かれているとは限らない。多数の特定の詳細、関係及び方法が、本発明の態様及び特徴の十分な理解を提供するために記載されているが、当業者は、これらの態様及び特徴を、これらの特定の詳細無しに、又は、他の関係若しくは他の方法を用いて行い得ることを容易に理解することができるであろう。いくつかの例において、周知の構造又は操作は、本発明（様々な実施形態の特定の態様）が曖昧にならないようにするために、詳述されていない。本明細書に開示された様々な実施形態は、描かれた動作又は事象の順序に必ずしも限定されるものではなく、いくつかの動作は、異なる順序及び／又は他の動作若しくはイベントと同時に起こり得る。また、本開示の特定の態様及び特徴を実施するために、図示された全ての動作又は事象が必ずしも必要とされているわけではない。

この詳細な説明の目的のために、特に断りの無い限り、適切な場合には、単数形は複数形を含み、複数形は単数形を含む。「含む」という用語は、「制限無しに含む」ことを意味する。また、例えば、「約（about）」、「ほとんど（almost）」、「実質的に（substantially）」、「おおよそ（approximately）」等の近似の用語は、ここでは、例えば「…で（at）、…近くで（near）、…に近接して（nearly at）」、「…の３～５％内で」、「製造誤差の許容範囲内で」、又は、これらの任意の論理的組み合わせの意味を含むことができる。同様に、「垂直」又は「水平」という用語は、それぞれ垂直又は水平方向の「３～５％以内」を追加的に含むことを意図している。また、「上」、「下」、「左」、「右」、「上方」、「下方」等の方向の用語は、参照図に描かれているのと同等の方向、参照されているオブジェクト又は要素（オブジェクト（複数可）又は要素（複数可）に共通して用いられる位置等）から文脈的に理解される方向、又は、本明細書に別途記載される方向と関連付けられることを意図している。

図３に示すように、例示的な電子機器１００が提供されている。電子機器１００は、シャーシ１１０に含まれる複数の異なる部品を含むサーバーである。例えば、部品１２０の１つのグループは、２つの電源ユニット１３０の上方のシャーシ１１０の片側に取り付けられている。部品１４０の別のグループは、シャーシ１１０の垂直スロットに取り付けられている。部品１２０，１４０のグループの各部品は、プリント回路基板を含む。プリント回路基板は、基板上の電子部品を接続し、部品間で信号を伝導する差動トレースを含む。シャーシ１１０は、部品１２０，１４０の回路基板から発生するノイズが放出され得る複数の孔を有することができる。

図２は、既知の差動トレース回路を有するシャーシ１１０の孔を介して出力されたノイズを示すグラフである。図２に示すように、この例では、出力ノイズは、約８ＧＨｚで発生する。出力ノイズは、シャーシ内の回路基板上の差動トレースからのコモンモードエネルギーにより発生する。

この干渉を低減するために、部品１２０，１４０（図３）の各基板は、８ＧＨｚの目標周波数でのコモンモードエネルギーを低減する接地面層にリターンパス設計を組み込んだ差動トレースを含む。このようなトレースを組み込むことにより、電子機器１００によって発生する電子ノイズを低減する。目標周波数は、シャーシ１１０の干渉試験によって決定される。目標周波数は、シャーシ１１０内の基板上で送信されるトレースデータレートに依存する。

コモンモードエネルギーを低減するためのリターントレースを設計するプロセスは、差動トレース回路が４ポートのＳパラメータを用いてモデル化され得るという事実によるものである。４ポート（２信号トレース）のＳパラメータでは、挿入項Ｓ３１，Ｓ４２と、誘導項Ｓ４１，Ｓ３２と、がある。誘導項は、レンツの法則に基づき、挿入項と逆向きになる。混合モードのＳパラメータ式に基づくと、差動信号の差動モード出力（Ｓ_ｄｄ２１）は、

である。
差動信号のコモンモード出力（Ｓ_ｃｃ２１）は、

である。

コモンモード出力エネルギーを低減するために、結合項の増加が望まれる。図１に示すように、トレース２２の直下の接地面層１４には、矢印３４で表される差動信号のリターン電流が存在する。矢印３４で表されるリターン電流は、トレース２２の矢印３０で表される電流と逆方向に流れる。従って、目標周波数で弱め合う干渉が生じるリターン電流パスを設計することができる。この場合、トレース２４等の近くのトレースが、リターン電流の新しいパスとなる。この新しいリターン電流パスは、結合項を増加させる。よって、コモンモードが大幅に低減することになる。新しいリターン電流のパス長の式は、

である。この式において、Ｌ_Ｘは、新しいパス長である。ＴＤは、トレースを伝搬する差動信号のミル長さ当たりの時間遅延であり、ｆは、目標放射周波数である。

図４は、式３に示した上述の基準から設計された例示的なトレース構成２００の斜視図である。図４のトレース構成２００は、プリント回路基板２０２上に形成されている。プリント回路基板２０２は、第１の表面２０４と、その反対側の第２の表面２０６と、を有する。第２の表面２０６は、接地面層２０８と接触している。２つの平行なトレース２１０，２１２が、プリント回路基板２０２の第１の表面２０４上に形成されている。接地面層２０８は、回路基板２０２の第２の表面２０６と接触する第１の表面２０４を有する。Ｕ字型の電流リターンパスパターン２２２が、接地面層２０８の第１の表面２２０に形成されている。Ｕ字型の電流リターンパスパターン２２２は、この例ではトレース２１０の側に配置された第１のボイド部（void section）２２４を含む。ボイド部は、材料内（例えば、接地面層２０８内）のパターン化されたチャネル、空隙（empty space）、又は、間隙（gap）である。一例では、接地面層２０８は、本明細書に記載されるような方法でパターン化されてもよく、このようなパターン化は、接地面層２０８の材料を、ボイド部を形成する空隙、間隙、絶縁体等を含むように形成する。この例の第１のボイド部２２４は、トレース２１０とほぼ平行である。Ｕ字型パターン２２２は、この例ではトレース２１２の側に配置された第２のボイド部２２６も含む。第２のボイド部２２６は、この例ではトレース２１２とほぼ平行である。第３のボイド部２２８は、第１及び第２のボイド部２２４，２２６を接続する。従って、第１及び第２のボイド部２２４，２２６は、それぞれのトレース２１０，２１２の外側で接地面層２０８に配置されている。

図４に見られるように、矢印２３２は、トレース２１０内の挿入電流を表している。矢印２３４は、トレース２１２を流れる誘導電流を表している。Ｕ字型パターン２２２は、所望の周波数において、接地面層２０８内のリターン電流の弱め合う干渉を引き起こす。従って、矢印２３６は、リターン電流が平行トレース２１２にシフトされたことを示している。そうすることで、誘導電流２１２の方向からの弱め合う干渉は、挿入電流２３２の反対方向から発生した電流を打ち消す。破線２３８は、Ｕ字型パターン２２２の第１、第２及び第３のボイド部２２４，２２６，２２８からの弱め合う干渉に基づいて除去されるリターン電流を表している。

図４のこの例では、Ｕ字型パターン２２２は、目標放射周波数（例えば、８ＧＨｚの目標放射周波数）を回避することが望ましい。ボイド部２２６の長さは、式３によって決定されるように、新しい電流リターンパスを構成する。この例では、目標放射周波数が８ＧＨｚであり、ミル当たりの時間遅延（ＴＤ）が１．４２８５＊１０～１３であるとすると、８ＧＨｚでのリターンのパス長Ｌ_Ｘは、４３７．５ｍｉｌと決定される。

図４は、１つの周波数に対してのみ設計が行われる状況を示している。複数の目標設計周波数が望まれる場合においては、図５に示すように、カスケード構造が接地面に設けられる。図５は、本開示のいくつかの実装形態による、カスケード接続されたコモンモードフィルタ５００を有する例示的な差動トレース５１０，５１２の上面図である。カスケード接続されたコモンモードフィルタ５００は、プリント回路基板５０２上に設けられ、差動トレース５１０，５１２は、プリント回路基板５０２の第１の表面５０４に設けられる。カスケード接続されたコモンモードフィルタ５００は、内部コモンモードフィルタ５４２とカスケード接続された外部コモンモードフィルタ５２２を含む。外部コモンモードフィルタ５２２は、図４のＵ字型パターン２２２と類似しているか同じである。外部コモンモードフィルタ５２２は、第１のボイド部５２４と、第２のボイド部５２６と、を含む。外部コモンモードフィルタ５２２は、第１及び第２のボイド部５２４，５２６を接続してＵ字型を形成する第３のボイド部５２８をさらに含む。図４と同様に、図５では、第１のボイド部５２４は、トレース５１０の側に配置されており、第２のボイド部５２６は、トレース５１２の側に配置されている。

内部コモンモードフィルタ５４２は、Ｈ字型パターンを形成する。内部コモンモードフィルタ５４２は、トレース５１０の側にある第４のボイド部５４４と、トレース５１２の側にある第５のボイド部５４６と、第４及び第５のボイド部５４４，５４６を接続する第６のボイド部５２１と、を含む。第４及び第５のボイド部５４４，５４６を接続してＨ字型を形成することにより、第６のボイド部５２１は、第４のボイド部５４４を、第５のボイド部５４６の第１の部分５５０と、第５のボイド部の第２の部分５５２と、に分割する。同様に、第４のボイド部５４４の第１の部分５４８は、第４のボイド部５４４の第２の部分５５４と並んで形成される。

カスケード接続されたコモンモードフィルタ５００に関連する設計長さは、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３及びＬ_４として図５に示されている。Ｌ_１は、外部コモンモードフィルタ５２２の第１のボイド部５２４の長さである。いくつかの実装形態では、第１及び第２のボイド部５２４，５２６の長さは等しい。従って、Ｌ_１は、第２のボイド部５２６の長さを示すこともできる。いくつかの実装形態では、第１及び第２のボイド部５２４，５２６の長さは等しくなく、第１のボイド部５２４の長さは、第２のボイド部５２６の長さよりも大きい（又は、小さい）。Ｌ_２は、第３のボイド部５２８と第６のボイド部５２１との間の間隔の長さである。Ｌ_３は、第４のボイド部５４４の第１の部分５４８の長さである。いくつかの実装形態では、第４のボイド部５４４の第１の部分５４８と、第５のボイド部５４６の第１の部分５５０と、は同じ長さを有する。Ｌ_４は、第４のボイド部５４４の第２の部分５５４の長さである。いくつかの実装形態では、第５のボイド部５４６の第２の部分５５２と、第４のボイド部５４４の第２の部分５５４と、は同じ長さを有する。

カスケード接続されたコモンモードフィルタ５００は、複数の周波数でのリターン電流をフィルタリングする、異なる長さＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３及びＬ_４を取り巻く設計制約を有する。カスケード接続されたコモンモードフィルタ５００は、追加のインダクタンス及びキャパシタンスを設け、複数の周波数でのリターン電流のためのＬＣフィルタとして動作する。

図５では、内部コモンモードフィルタ５４２及び外部コモンモードフィルタ５２２の寸法は、式４ａ～式４ｄの以下の制約条件によって与えられる。

式４ａ～式４ｄでは、Ｌ_Ｘは、式３で定義される基準周波数（base frequency）での放射を低減するためのコモンモードフィルタ（例えば、図４のＵ字型の電流リターンパスパターン２２２）のパス長である。Ｌ_２Ｘは、基準周波数の２倍における放射を低減するコモンモードフィルタのパス長であり、Ｌ_４Ｘは、基準周波数の４倍における放射を低減するコモンモードフィルタのパス長である。式３を用いて、Ｌ_Ｘ、Ｌ_２Ｘ、Ｌ_４Ｘを決定することができる。式４ａ及び式４ｄにより、Ｌ１，Ｌ４はそれぞれ選択された周波数に基づいて固定される。即ち、Ｌ_１は、基準周波数に対して決定されたパス長と、基準周波数の４倍の周波数に対して決定されたパス長と、の差である。Ｌ_４は、基準周波数の２倍の周波数のパス長の値をとる。次いで、Ｌ_２，Ｌ_３を、式４ｂ及び式４ｃの制約を満たすように選択することができる。

図６及び図７は、本開示のいくつかの実施態様による、カスケード接続されたコモンモードフィルタのＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を選択する際に式４ａ～式４ｄの設計制約を用いるためのシミュレーション結果を示す図である。図６は、本開示の特定の態様による、図５の例示的な差動トレースのうち第１の差動トレースのリターン電流の特性のグラフ６００である。図５の例示的な差動トレースは、差動トレース５１０，５１２を有するマイクロストリップ構造である。マイクロストリップ構造の場合、Ｌ_Ｘ＝５２６ｍｉｌ（４ＧＨｚの場合）、Ｌ_２Ｘ＝２６３ｍｉｌ（８ＧＨｚの場合）、Ｌ_４Ｘ＝１３２．５ｍｉｌ（１６ＧＨｚの場合）である。この例では、Ｌ_１＝３９６ｍｉｌ、Ｌ_２＝１３２ｍｉｌ、Ｌ_３＝３０ｍｉｌ、Ｌ_４＝２６３ｍｉｌである。また、低減周波数（reduction frequencies）は、４．３２ＧＨｚ、８．０９ＧＨｚ、１５．９７ＧＨｚである。図６に見られるように、リターン電流の低下は、ほぼ低減周波数で発生し、これにより、追加の結合が発生し、次いで、特定の周波数でのコモンノードノイズを低減する。マーカー６０２は、４．３２ＧＨｚでの低下を示し、マーカー６０４は、８．０９ＧＨｚでの低下を示し、マーカー６０６は、１５．９７ＧＨｚでの低下を示している。

図７は、ストリップライン構造で製造された場合の図５の例示的な差動トレースのうち第２の差動トレースのリターン電流の特性のグラフ７００である。ストリップライン構造の場合、Ｌ_Ｘ＝４６４ｍｉｌ（４ＧＨｚの場合）、Ｌ_２Ｘ＝２３２ｍｉｌ（８ＧＨｚの場合）、Ｌ_４Ｘ＝１１６ｍｉｌ（１６ＧＨｚの場合）である。この例では、Ｌ_１＝３４８ｍｉｌ、Ｌ_２＝１１６ｍｉｌ、Ｌ_３＝１１６ｍｉｌ、Ｌ_４＝２３２ｍｉｌである。また、低減周波数は、４．１１ＧＨｚ、８．０ＧＨｚ、１６．３９ＧＨｚである。図７に見られるように、リターン電流の低下は、ほぼ低減周波数で発生し、これにより、追加の結合が発生し、次いで、特定の周波数でのコモンノードノイズを低減する。マーカー７０２は、４．１１ＧＨｚでの低下を示し、マーカー７０４は、８．０ＧＨｚでの低下を示し、マーカー７０６は、１６．３９ＧＨｚでの低下を示している。低減周波数は、調和的な関係（harmonically related）にある。本開示の実施形態は、マイクロストリップ構造又はストリップライン構造においても、高速トレースにおける干渉を低減するように使用することができる。

本発明を１つ以上の実施形態に関して詳細に述べてきたが、当業者は、本明細書及び図面を読んで理解した上で、同等の変更及び修正を行うか、知ることができる。また、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施形態のうち１つだけに関連して述べられているが、このような特徴は、所定の又は特定の用途に対して所望され有利となる他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。

本開示の様々な実施形態について上述したが、これらは限定ではなく例として提示されたものであることを理解されたい。本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に対する多数の変更を、本明細書の開示に従って行うことができる。従って、本開示の幅及び範囲は、上記の実施形態の何れかによって限定されるべきではない。むしろ、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物に従って定義されるべきである。

１０…リターン電流回路トレース
１２…プリント回路基板
１４…接地面層
２０…表面
２２…差動トレース
２４…差動トレース
３０…矢印（挿入電流）
３２…矢印（誘導電流）
３４…矢印（リターン電流）
５０…線（トレースのノイズ）
６０…線（システムのノイズ）
８０…スパイク
１００…電子機器
１１０…シャーシ
１２０…部品
１３０…電源ユニット
１４０…部品
２００…トレース構成
２０２…プリント回路基板
２０４…第１の表面
２０６…第２の表面
２０８…接地面層
２１０…トレース
２１２…トレース
２２０…第１の面
２２２…Ｕ字型の電流リターンパスパターン
２２４…第１のボイド部
２２６…第２のボイド部
２２８…第３のボイド部
２３２…矢印（挿入電流）
２３４…矢印（誘導電流）
２３６…矢印（リターン電流）
２３８…破線（除去されたリターン電流
５００…カスケード接続されたコモンモードフィルタ
５０２…プリント回路基板
５０４…第１の表面
５１０…差動トレース
５１２…差動トレース
５２１…第６のボイド部
５２２…外部コモンモードフィルタ
５２４…第１のボイド部
５２６…第２のボイド部
５２８…第３のボイド部
５４２…内部コモンモードフィルタ
５４４…第４のボイド部
５４６…第５のボイド部
５４８…第４のボイド部の第１の部分
５５０…第５のボイド部の第１の部分
５５２…第５のボイド部の第２の部分
５５４…第４のボイド部の第２の部分
Ｌ_１～Ｌ_４…長さ
６００…曲線図
６０２…マーカー
６０４…マーカー
６０６…マーカー
７００…曲線図
７０２…マーカー
７０４…マーカー
７０６…マーカー

Claims

第１の表面と、その反対側の第２の表面と、を有するプリント回路基板と、
前記プリント回路基板の前記第２の表面と接触する第１の表面を有する接地面層と、
前記プリント回路基板の前記第１の表面上にあり、電気信号を伝送する一対の第１及び第２の差動トレースと、
カスケード接続されたコモンモードフィルタと、を備え、
前記カスケード接続されたコモンモードフィルタは、
前記接地面層の前記第１の表面にＵ字型のボイド部を含む外部コモンモードフィルタと、
前記接地面層の前記第１の表面にＨ字型のボイド部を含む内部コモンモードフィルタであって、前記Ｈ字型のボイド部は、前記Ｕ字型のボイド部に近接して配置されている、内部コモンモードフィルタと、を含み、
前記Ｕ字型のボイド部は、第１のボイド部と、第２のボイド部と、第３のボイド部と、を含み、前記第１のボイド部と前記第２のボイド部とは、前記第３のボイド部によって接続されており、
前記Ｈ字型のボイド部は、第４のボイド部と、第５のボイド部と、第６のボイド部と、を含み、前記第４のボイド部と前記第５のボイド部とは、前記第６のボイド部によって接続されており、前記第６のボイド部は、前記第４のボイド部を、第１の長さを有する第１の部分と、第２の長さを有する第２の部分と、に分割し、
前記第１の長さは、前記第２の長さよりも短い、
高速回路。
前記Ｕ字型のボイド部は、前記第４のボイド部の前記第１の部分を完全に取り囲み、前記Ｕ字型のボイド部は、前記第４のボイド部の前記第１の部分を部分的に取り囲む、請求項１に記載の高速回路。
前記第１のボイド部の長さ及び前記第２のボイド部の長さは、以下の制約条件によって決定され、

Ｌ_１は、前記第１のボイド部の長さ及び前記第２のボイド部の長さであり、Ｌ_２は、前記第３のボイド部と前記第６のボイド部との間の間隔であり、Ｌ_３は、前記第４のボイド部の前記第１の部分の前記第１の長さであり、Ｌ_４は、前記第４のボイド部の前記第２の部分の前記第２の長さであり、Ｌ _Ｘは、基準周波数での放射を低減するための外部コモンモードフィルタのパス長であって、Ｌ_Ｘ＝１／（４ｆ＊ＴＤ）であり、ＴＤは、前記第１の差動トレース及び前記第２の差動トレースを伝搬する差動信号のミル長さ当たりの時間遅延であり、ｆは、前記目標放射周波数であり、Ｌ _２Ｘは、基準周波数の２倍における放射を低減するための外部コモンモードフィルタのパス長であり、Ｌ _４Ｘは、基準周波数の４倍における放射を低減するための外部コモンモードフィルタのパス長である、請求項２に記載の高速回路。
プリント回路基板の第１の表面に第１の差動トレース及び第２の差動トレースを形成するステップと、
前記プリント回路基板の第１の表面の反対側の第２の表面に接合された接地面層に第１のボイド部を形成するステップと、
第１の目標放射周波数に基づいて第２のボイド部の長さを決定することとと、前記第１のボイド部及び前記第２のボイド部を接続して、Ｕ字型を有する外部コモンモードフィルタを形成することとと、前記第１の目標放射周波数と高調波関係にある第２の目標放射周波数に基づいて、第４のボイド部の第１の部分の第１の長さを決定することとと、前記第４のボイド部を、第６のボイド部を介して第５のボイド部に接続して、Ｕ字型を有する内部コモンモードフィルタを形成することであって、前記Ｈ字型の幅は前記Ｕ字型の幅よりも小さい、ことと、によって、カスケード接続されたコモンモードフィルタを前記接地面層に形成するステップと、を含み、
前記第６のボイド部は、前記第４のボイド部を、前記第１の長さを有する前記第１の部分と、第２の長さを有する第２の部分と、に分割し、
前記第１の長さは、前記第２の長さよりも短い、
低干渉差動トレースを製造する方法。
前記第１のボイド部及び前記第２のボイド部は、同一の形状を有し、前記第４のボイド部及び前記第５のボイド部は、同一の形状を有し、前記Ｕ字型のボイド部は、前記第４のボイド部の前記第１の部分を完全に取り囲み、前記Ｕ字型のボイド部は、前記第４のボイド部の前記第１の部分を部分的に取り囲む、請求項４に記載の低干渉差動トレースを製造する方法。
前記第２の目標放射周波数は、前記第１の目標放射周波数の２倍であり、前記第１のボイド部は、第３のボイド部を介して前記第２のボイド部に接続されており、前記第１のボイド部及び第２のボイド部の長さは、以下の制約条件によって決定され、

Ｌ_１は、前記第１のボイド部の長さ及び前記第２のボイド部の長さであり、Ｌ_２は、前記第３のボイド部と前記第６のボイド部との間の間隔であり、Ｌ_３は、前記第４のボイド部の第１の部分の第１の長さであり、Ｌ_４は、前記第４のボイド部の第２の部分の第２の長さであり、Ｌ _Ｘは、基準周波数での放射を低減するための外部コモンモードフィルタのパス長であって、Ｌ_Ｘ＝１／（４ｆ＊ＴＤ）であり、ＴＤは、前記第１の差動トレース及び前記第２の差動トレースを伝搬する差動信号のミル長さ当たりの時間遅延であり、ｆは、前記目標放射周波数であり、Ｌ _２Ｘは、基準周波数の２倍における放射を低減するための外部コモンモードフィルタのパス長であり、Ｌ _４Ｘは、基準周波数の４倍における放射を低減するための外部コモンモードフィルタのパス長である、請求項４に記載の低干渉差動トレースを製造する方法。