KR20170058106A - High-speed Differential Transmission Lines and Printed Circuit Board having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고속 차동 신호 전송선로 및 그를 포함한 배선기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동상모드 노이즈를 억제하는 동시에 차동신호 왜곡을 최소화하는 고속 차동 신호 전송 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
차동 신호(differential signal) 전송 시스템은, 종래 이용되어 온 싱글 엔드(single end)의 신호 전송 시스템과 비교할 때 밸런스(balance) 구조를 기반하여 복사(輻射)가 적고, 노이즈(noise)에 의한 신호 왜곡에 강하기 때문에, RF/마이크로웨이브 시스템뿐만 아니라, 디지털 시스템의 고속 직렬 링크 등 고속 신호 전송을 위해 많이 사용되어 왔다. A differential signal transmission system is a system in which radiation is less based on a balance structure as compared with a single end signal transmission system that has been conventionally used and signal distortion due to noise , It has been widely used not only for RF / microwave systems but also for high-speed signal transmission such as high-speed serial links of digital systems.
하지만 실제 제작되는 차동신호 전송선의 경우에는 물리적인 길이 차이, 유전율 차이, 구불구불한 형태, 비아(via) 구조 차이 등으로 인하여 차동신호 전송선 간에 불균형이 발생한다. 이런 불균형으로 인하여 모드변환이 발생하며 차동신호로부터 동상모드(common mode signal) 노이즈가 발생하게 된다. 즉 차동신호 전송 선로에서 고속 신호를 송신할 경우, 굽은 영역이나 배선 길이의 차이에 의해 동상(同相) 모드가 발생해서 전송 파형에 왜곡이 생긴다.However, in the case of a differential signal transmission line actually manufactured, an imbalance occurs between the differential signal transmission lines due to physical length difference, difference in permittivity, twisted shape, and difference in via structure. Due to this imbalance, mode conversion occurs and common mode signal noise is generated from the differential signal. In other words, when a high-speed signal is transmitted from a differential signal transmission line, an in-phase mode is generated due to a difference in a curved region or a wiring length, and distortion occurs in the transmission waveform.
기존에는 차동신호 전송선에 동상모드 초크를 이용하여 동상모드 노이즈를 억제하였다. 하지만, 최근 들어 차동 신호의 데이터 레이트(data rate)가 급격하게 증가함에 따라서 동상모드 노이즈의 고주파 성분이 크게 증가하였다. 이에, 종래의 동상모드 초크로는 동상모드 노이즈의 억제가 불가능하게 되었다. Conventionally, the common mode noise is suppressed by using the common mode choke for the differential signal transmission line. However, in recent years, as the data rate of the differential signal rapidly increases, the high frequency component of the common mode noise has greatly increased. Therefore, it is impossible to suppress the common mode noise in the conventional common mode choke.
따라서 현재 고주파 영역에서 동상모드 노이즈를 억제하는 동시에 차동신호 왜곡을 최소화하는 효율적인 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for an efficient method for suppressing the common mode noise and minimizing the differential signal distortion in the high frequency range.
본 발명의 실시예는 고주파 영역에서 동상모드 노이즈를 억제하는 동시에 차동신호 왜곡을 최소화할 수 있는 고속 차동 신호 전송선로 및 그를 포함한 배선기판을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a high-speed differential signal transmission line capable of suppressing common-mode noise in a high-frequency region and minimizing differential signal distortion, and a wiring board including the same.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems which are not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 실시예에 따른 고속 차동 신호 전송선로는 일정 간격으로 이격되는 홀을 포함하는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상부에 일정 두께로 형성되는 접지도체; 상기 접지 도체 상부에 일정 두께로 형성되는 유전체층; 및 상기 유전체층 상부에 일정 간격 이격되어 서로 평행하게 되도록 형성된 제 1 전송선로 및 제 2 전송선로를 포함하고, 상기 홀은, 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 수직하는 방향으로 형성될 수 있다.A high-speed differential signal transmission line according to an embodiment of the present invention includes a dielectric substrate including holes spaced apart from each other at regular intervals; A ground conductor formed on the dielectric substrate to a predetermined thickness; A dielectric layer formed on the ground conductor at a predetermined thickness; And a first transmission line and a second transmission line formed above the dielectric layer so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance and parallel to each other, and the hole may be formed in a direction perpendicular to the first transmission line and the second transmission line have.
상기 접지도체 및 상기 유전체층은, 계단식 구조로 형성될 수 있다.The ground conductor and the dielectric layer may be formed in a stepped structure.
상기 접지도체는, 상기 홀의 바닥면에 일정 두께로 형성된 하위 접지면; 및 상기 홀의 측벽 상부와 연결되는 상기 유전체층 상부에 형성된 상위 접지면을 포함할 수 있다.The ground conductor includes: a lower ground plane formed on the bottom surface of the hole to a predetermined thickness; And an upper ground plane formed on the dielectric layer, which is connected to an upper portion of the side wall of the hole.
상기 하위 접지면의 너비는 상기 상위 접지면의 너비와 할 수 있다.The width of the lower ground plane may be the width of the upper ground plane.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 상위 접지면간의 거리인 제 1 거리가, 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 하위 접지면간의 거리인 제 2 거리보다 짧게 형성 할 수 있다.A first distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the upper ground plane is shorter than a second distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the lower ground plane .
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로에 대한 동상모드 임피던스는 서로 다른 값을 가지고, 차동모드 임피던스는 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 접지도체 간의 거리에 따라 다른 값을 가질 수 있다.Wherein the common mode impedance for the first transmission line and the second transmission line is different and the differential mode impedance has different values depending on the distance between the first transmission line and the second transmission line and the ground conductor .
상기 제 1 전송선로는 포지티브 신호(positive signal)를 전송하고 상기 제 2 전송선로는 네거티브 신호(negative signal)를 전송 할 수 있다.The first transmission line may transmit a positive signal and the second transmission line may transmit a negative signal.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로는 마이크로스트립(microstrip) 형태의 커플드 라인(coupled)으로 형성 할 수 있다.The first transmission line and the second transmission line may be formed as coupled lines of a microstrip type.
상기 상위 접지면과 상기 하위 접지면을 전기적으로 연결시키는 비아콘택을 더 포함 할 수 있다.And a via contact electrically connecting the upper ground plane and the lower ground plane.
상기 홀의 측벽 모서리에 형성되어 계단식으로 형성된 접지도체를 전기적으로 연결하는 비아콘택을 더 포함 할 수 있다.And a via contact electrically connecting the ground conductor formed at the corner of the side wall of the hole and formed in a stepped manner.
본 발명의 실시예에 따른 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판은 일정 간격으로 이격되는 홀을 포함하는 유전체 기판;상기 유전체 기판 상부에 일정 두께로 형성되는 접지도체; 상기 접지 도체 상부에 일정 두께로 형성되는 유전체층; 및 상기 유전체층 상부에 일정 간격 이격되어 서로 평행하게 되도록 형성된 제 1 전송선로 및 제 2 전송선로를 포함하고, 상기 홀은, 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 수직하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복수개의 고속 차동 신호 전송선로를 일정간격 이격하여 형성할 수 있다.A wiring board including a high-speed differential signal transmission line according to an exemplary embodiment of the present invention includes a dielectric substrate including holes spaced apart at regular intervals, a ground conductor formed on the dielectric substrate at a predetermined thickness, A dielectric layer formed on the ground conductor at a predetermined thickness; And a first transmission line and a second transmission line formed above the dielectric layer so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance and parallel to each other, and the hole is formed in a direction perpendicular to the first transmission line and the second transmission line A plurality of high-speed differential signal transmission lines may be formed with a predetermined spacing therebetween.
상기 고속 차동 신호 전송선로가 일정간격 이격되어 복수개 배치될 때, 양 끝부분의 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로는 구불구불한 형태로 형성 할 수 있다.When the plurality of high-speed differential signal transmission lines are spaced apart from each other by a predetermined distance, the first transmission line and the second transmission line at both ends may be formed in a serpentine shape.
상기 접지도체 및 상기 유전체층은, 계단식 구조로 형성 할 수 있다.The ground conductor and the dielectric layer may be formed in a stepped structure.
상기 접지도체는, 상기 홀의 바닥면에 일정 두께로 형성된 하위 접지면; 및 상기 홀의 측벽 상부와 연결되는 상기 유전체층 상부에 형성된 상위 접지면을 포함 할 수 있다.The ground conductor includes: a lower ground plane formed on the bottom surface of the hole to a predetermined thickness; And an upper ground plane formed on the dielectric layer, which is connected to an upper portion of the side wall of the hole.
상기 하위 접지면의 너비는 상기 상위 접지면의 너비와 동일 할 수 있다.The width of the lower ground plane may be the same as the width of the upper ground plane.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 상위 접지면간의 거리인 제 1 거리가, 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 하위 접지면간의 거리인 제 2 거리보다 짧게 형성 할 수 있다.A first distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the upper ground plane is shorter than a second distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the lower ground plane .
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로에 대한 동상모드 임피던스는 서로 다른 값을 가지고, 차동모드 임피던스는 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 접지도체 간의 거리에 따라 다른 값을 가질 수 있다.Wherein the common mode impedance for the first transmission line and the second transmission line is different and the differential mode impedance has different values depending on the distance between the first transmission line and the second transmission line and the ground conductor .
본 기술은 추가 공정 및 추가 소자의 필요없이 고속 직렬 링크에서 발생하는 고주파 동상모드 노이즈를 효과적으로 억제하는 동시에 차동신호의 왜곡을 최소화할 수 있다.This technique can effectively suppress the high frequency common mode noise that occurs on the high speed serial link and the distortion of the differential signal while eliminating the need for additional processing and additional devices.
또한 본 기술은 기판 외부에 실장되는 형태가 아니라 기판 자체 구조물이기 때문에 외부 환경 영향에 강한 장점을 가진다.In addition, since the present technology is not a structure mounted on the outside of the substrate but a substrate itself, it is advantageous against external environmental influences.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 고속 차동신호 전송선 구조를 포함하는 인쇄회로기판을 나타내는 도면이다.
도 1b는 도 1a의 X-X'의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 차동모드 임피던스 특성 및 동상모드 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조를 주기적으로 배치할 경우 기본 셀로 구현한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 기본셀로부터 얻은 등가회로 모델을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 동상모드 노이즈 전파특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 동상모드 노이즈 억제 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 차동 신호 왜곡의 정도를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 일반적인 차동신호 전송선 구조의 아이 다이어그램(eye-diagram)을 나타내는 도면이다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 아이 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조를 구불구불한 차동신호선에 적용한 예시도이다.
도 9b는 도 9a의 Y 영역의 확대도이다.
도 10a는 도 9a의 차동신호 전송선 구조가 적용된 경우 동상모드 노이즈의 변화를 나타내는 주파수 영역 그래프이다.
도 10b는 도 9a의 차동신호 전송선 구조가 적용된 경우 동상모드 노이즈의 변화를 나타내는 시간 영역 그래프이다.FIG. 1A is a view illustrating a printed circuit board including a high-speed differential signal transmission line structure according to an embodiment of the present invention.
1B is a cross-sectional view taken along the line X-X 'in FIG. 1A.
2 is a graph showing the differential mode impedance characteristic and the in-phase mode impedance characteristic of the differential signal transmission line structure according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an example of a basic cell when the structure of the differential signal transmission line according to the embodiment of the present invention is periodically arranged.
4 is a diagram showing an equivalent circuit model obtained from the basic cell of the differential signal transmission line structure according to the embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating common mode noise propagation characteristics of a differential signal transmission line structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the result of measuring the common mode noise suppression characteristic of the differential signal transmission line structure according to the embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the degree of differential signal distortion of the differential signal transmission line structure according to the embodiment of the present invention.
8A is a diagram showing an eye-diagram of a general differential signal transmission line structure.
8B is a diagram showing an eye diagram of a differential signal transmission line structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9A is an exemplary diagram illustrating a structure of a differential signal transmission line according to an embodiment of the present invention applied to a twisted differential signal line. FIG.
FIG. 9B is an enlarged view of the Y area in FIG. 9A. FIG.
FIG. 10A is a frequency domain graph showing the change of the common mode noise when the differential signal transmission line structure of FIG. 9A is applied. FIG.
10B is a time domain graph showing the change of the common mode noise when the differential signal transmission line structure of FIG. 9A is applied.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. Also, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.
이하, 도 1a 내지 도 10b를 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 10B.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 고속 차동신호 전송선 구조를 나타내는 도면이고 도 1b는 도 1a의 X-X'축으로 자른 단면도이다. 1A is a diagram illustrating a structure of a high-speed differential signal transmission line according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line X-X 'in FIG. 1A.
도 1a 및 도 1b를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 고속 차동신호 전송선은 평행한 상면과 하면을 가지는 유전체기판(101), 유전체 기판(101) 상부에 형성되는 접지 도체(102), 접지도체(102) 상부에 형성되는 유전체층(103)이 적층된 구조를 가지고, 유전체층(103) 상부에 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)를 구비한다.1A and 1B, a high-speed differential signal transmission line according to an embodiment of the present invention includes a
이때, 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)의 하부에 일정 간격 이격되어 형성된 복수개의 홀(200)이 구비되며, 홀(200)은 유전체기판(101) 이 일부 제거되어 형성된다. 남아있는 유전체기판(101)과 홀(200) 내에 접지 도체(102) 및 유전체층(103)이 순차적으로 적층되어 접지 도체(102) 및 유전체층(103)은 계단식 구조로 형성된다.A plurality of
또한 홀(200)은 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)와 수직하는 방향으로 길이방향이 형성될 수 있고 사각형 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 개시하고 있는 홀(200)의 배열 상태, 크기, 모양은 상술한 형태로 한정되는 것이 아니라 변경될 수 있다.In addition, the
도 1b를 참조하면 홀(200)의 측벽 상부와 연결되는 상위 접지면(URP; Upper Reference Plane;107)은 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)와의 거리(hURP)가 짧고, 홀(200)의 바닥면의 접지도체를 하위 접지면(LRP; Lower Reference Plane; 108)은 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)와의 거리(hLRP)가 길게 형성될 수 있다. 상위 접지면(107)의 너비(d)는 하위 접지면(108)의 너비와 동일하게 형성될 수 있다.1B, an upper reference plane (URP) 107 connected to an upper portion of a sidewall of the
상위 접지면(107)과 하위 접지면(108)의 전기적 연결을 위한 비아 콘택(via contact ; 104)을 포함한다. 비아 콘택(104)은 홀(200)의 각 모서리마다 형성될 수 있다. 이때, 비아 콘택(104)은 투루 홀 비아(through hole via) 공정, 매립 비아(buried via) 공정 등으로 형성될 수 있고, 그 위치 및 개수가 상술한 바와 같이 한정되는 것이 아니라 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)의 아래에 형성될 수도 있고 그 위치 및 개수를 충분히 변경할 수 있다.And a via
이에, 도 2와 같이, 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)에 대한 동상모드 임피던스는 서로 다른 값을 가지고, 차동모드 임피던스는 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)와 접지도체(102) 간의 거리에 따라 다른 값을 가지게 된다. 즉, 상위 접지면(107) 상에서는 차동모드 임피던스가 낮고 하위 접지면(108) 상에서는 차동모드 임피던스가 높은 특성이 나타나고 접지면의 위치와 상관없이 동상모드 임피던스는 일정한 특성을 나타낸다.2, the common mode impedances of the
이처럼 차동신호 전송선과 접지면과의 거리를 조절하여 동상모드의 임피던스는 일정하면서 차동모드 임피던스만 변화하는 거리를 가지도록 차동신호 전송선을 형성함으로써 차동 신호의 왜곡없이 동상 모드 노이즈를 억제할 수 있도록 한다. By adjusting the distance between the differential signal transmission line and the ground plane, the differential signal transmission line is formed so that the impedance of the common mode is constant and the differential mode impedance only changes, thereby suppressing the common mode noise without distortion of the differential signal .
제 1 전송선로(105)는 포지티브 신호(positive signal)를 전송하고 제 2 전송선로(106)는 네거티브 신호(negative signal)를 전송하며, 도체 물질의 가느다란 금속 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 전송선로(105) 및 제 2 전송선로(106)의 금속 패턴은 마이크로스트립(microstrip) 형태의 커플드 라인(coupled)으로 형성될 수 있다.The
이와 같이, 본 발명은 차동신호 전송선(105, 106))과 접지도체(102) 간의 거리가 서로 다를 때, 동상모드 임피던스는 서로 다른 값을 가지지만 차동모드 임피던스는 동일하거나 유사한 값을 가지는 지점(거리)이 존재함을 파악하고 이를 이용하여 신호 전송 방향으로 볼 때, 동상모드 임피던스는 계단식 구조(stepped profile)을 가지도록 형성하고 차동모드 임피던스는 일정한 값을 가지는 특징을 가지도록 접지면을 설계한다.As described above, when the distances between the differential
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조를 주기적으로 배치할 경우 기본 셀로 구현한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 기본셀로부터 얻은 등가회로 모델을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is an example of a basic cell when the differential signal transmission line structure according to an embodiment of the present invention is periodically arranged, FIG. 4 is an equivalent circuit model obtained from a basic cell of a differential signal transmission line structure according to an embodiment of the present invention, Fig.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 동상모드 노이즈 전파특성을 나타내는 그래프이다. 도 5는 도 1a의 차동신호 전송선 구조를 주기적으로 배치한 기본셀을 기반으로 전자장 시물레이션 소프트웨어를 통해 확산해석(dispersion)을 수행한 결과를 도시한다. 즉 도 5는 동상모드 노이즈의 전파 특성을 보여주며, 주파수 대역 6GHz에서 11GHz에 이르는 광대역에서 동상모드 노이즈의 저지대역(stopband)이 형성됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 도 1a와 같은 구조를 갖는 차동신호 전송선 구조의 경우 도 5와 같이 동상모드 노이즈가 광대역에서 억제되는 효과가 있음을 알 수 있다. 5 is a graph illustrating common mode noise propagation characteristics of a differential signal transmission line structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a result of performing dispersion analysis using electromagnetic field simulation software based on a basic cell in which the differential signal transmission line structure of FIG. 1A is periodically arranged. That is, FIG. 5 shows the propagation characteristics of the common mode noise, and the stopband of the common mode noise is formed in the wide band from 6 GHz to 11 GHz. That is, in the differential signal transmission line structure having the structure as shown in FIG. 1A of the present invention, the common mode noise is suppressed at a wide band as shown in FIG.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 동상모드 노이즈 억제 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에서는 일반적인 차동신호 전송선 구조의 동상 모드 노이즈 억제 특성 그래프(A)와 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈 억제 특성 그래프(B, C)를 비교하여 도시하고 있다. 노이즈 억제 특성 그래프(B, C)는 5.3GHz에서 10.4GHz 대역에서 동상모드 저지대역이 형성됨을 알 수 있다.6 is a graph showing the result of measuring the common mode noise suppression characteristic of the differential signal transmission line structure according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a graph of a common mode noise suppression characteristic (A) of a general differential signal transmission line structure and a noise suppression characteristic graph (B, C) of a differential signal transmission line structure of the present invention. The noise suppression characteristic graphs (B, C) show that the common mode stop band is formed in the band from 5.3 GHz to 10.4 GHz.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 차동 신호 왜곡의 정도를 나타내는 그래프이다. 도 7에서는 일반적인 차동신호 전송선 구조의 동상 모드 노이즈 억제 특성 그래프(D)와 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈 억제 특성 그래프(E)를 비교하여 도시하고 있다. 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈 억제 특성 그래프(E)를 보면, 본 발명과 같은 차동신호 전송선 구조를 적용하여도 차동신호 왜곡이 최소화됨을 알 수 있다.7 is a graph showing the degree of differential signal distortion of the differential signal transmission line structure according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a comparison between a common mode noise suppression characteristic graph (D) of a differential signal transmission line structure and a noise suppression characteristic graph (E) according to the differential signal transmission line structure of the present invention. The noise suppression characteristic graph (E) of the differential signal transmission line structure of the present invention shows that the differential signal distortion is minimized even when the differential signal transmission line structure according to the present invention is applied.
도 8a는 일반적인 차동신호 전송선 구조의 아이 다이어그램(eye-diagram)을 나타내는 도면이고 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조의 아이 다이어그램을 나타내는 도면이다.FIG. 8A is a diagram illustrating an eye-diagram of a typical differential signal transmission line structure, and FIG. 8B is a diagram illustrating an eye diagram of a differential signal transmission line structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8a에서는 아이 오프닝(eye-opening)이 366mV인데, 도 8b에서는 아이 오프닝이 362mV로, 본 발명의 차동신호 전송선 구조를 적용한 경우 아이 오프닝이 4mV 감소함을 알 수 있다. 또한, 도 8a에서는 지터(jitter)가 12ps인데, 도 8b에서는 지터가 14ps로, 본 발명의 차동신호 전송선 구조를 적용한 경우 지터가 2ps 증가함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 차동신호 전송선 구조를 적용하여도 차동 신호의 왜곡이 거의 없음을 알 수 있다.In FIG. 8A, the eye opening is 366 mV. In FIG. 8B, the eye opening is 362 mV, and when the differential signal transmission line structure of the present invention is applied, the eye opening is reduced by 4 mV. In FIG. 8A, the jitter is 12 ps. In FIG. 8B, the jitter is 14 ps. When the differential signal transmission line structure of the present invention is applied, the jitter increases by 2 ps. That is, even when the differential signal transmission line structure of the present invention is applied, it can be seen that the differential signal is hardly distorted.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 차동신호 전송선 구조를 구불구불한 차동신호 전송선을 적용한 배선기판의 예시도이다. 도 9b는 도 9a의 Y 영역의 확대도이다.FIG. 9A is an exemplary view of a wiring board to which a differential signal transmission line according to an exemplary embodiment of the present invention is applied with a twisted differential signal transmission line. FIG. FIG. 9B is an enlarged view of the Y area in FIG. 9A. FIG.
도 9a를 참조하면 차동신호 전송선이 구불구불하게 배열되고 이러한 구불구불한 차동신호 전송선은 고속 디지털 직렬 링크 등에서 적정한 딜레이를 얻기 위하여 많이 사용된다. 이렇게 구불구불한 차동신호 전송선은 꺽이는 부분(양끝단)에서 전송선 간의 길이 차이가 발생하여 동상모드 노이즈가 많이 발생하게 된다. Referring to FIG. 9A, the differential signal transmission line is arranged in a meandering manner, and this meandering differential signal transmission line is often used for obtaining a proper delay in a high-speed digital serial link or the like. In such a twisted differential signal transmission line, a difference in length between the transmission lines occurs at the bent portion (both ends), so that the common mode noise is generated.
이에 도 9a의 Y 영역과 같이 중심부에 본 발명의 차동신호 전송선 구조를 적용하여 동상모드 노이즈를 감소시킬 수 있다. 도 9b를 참조하면 Y 영역의 전송선(205, 206) 하부에 홀을 형성하여 접지도체(202)가 계단식으로 형성되어 상위 접지면 URP와 하위 접지면 LRP이 형성된다. 이에 도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 같이, 상위 접지면과 전송선(205, 206) 간의 거리는 짧게 되고 하위 접지면과 전송선(205, 206) 간의 거리는 길게 되어 차동신호의 왜곡없이 동상모드 노이즈를 최소화할 수 있다.Thus, the common mode noise can be reduced by applying the differential signal transmission line structure of the present invention to the center portion like the Y region of FIG. 9A. Referring to FIG. 9B, a
도 10a는 도 9a의 차동신호 전송선 구조가 적용된 경우 동상모드 노이즈의 변화를 나타내는 주파수 영역 그래프로서, 일반적인 차동신호 전송선 구조의 동상 모드 노이즈 특성 그래프(F)와 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈 특성 그래프(G)를 비교하여 도시하고 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 일반적인 차동신호 전송선 구조의 동상 모드 노이즈 특성(F)에 비해 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈 특성(G)이 개선됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈가 크게 감소함을 알 수 있다.FIG. 10A is a frequency domain graph showing the change of the common mode noise when the differential signal transmission line structure of FIG. 9A is applied. FIG. 10A is a graph showing a common mode noise characteristic graph F of a general differential signal transmission line structure, And the characteristic graph G are compared and shown. As shown in FIG. 10A, it can be seen that the noise characteristic G according to the differential signal transmission line structure of the present invention is improved as compared with the common mode noise characteristic F of a general differential signal transmission line structure. That is, it can be seen that noise due to the differential signal transmission line structure of the present invention is greatly reduced.
도 10b는 도 9a의 차동신호 전송선 구조가 적용된 경우 동상모드 노이즈의 변화를 나타내는 시간 영역 그래프로서 일반적인 차동신호 전송선 구조의 동상 모드 노이즈 특성 그래프(H)와 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈 특성 그래프(I)를 비교하여 도시하고 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 일반적인 차동신호 전송선 구조의 동상 모드 노이즈 특성(H)에 비해 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈 특성(I)이 개선됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 차동신호 전송선 구조에 의한 노이즈가 크게 감소함을 알 수 있다.FIG. 10B is a time-domain graph showing the change of the common mode noise when the differential signal transmission line structure of FIG. 9A is applied. FIG. 10B is a graph of the common mode noise characteristic (H) of a general differential signal transmission line structure, The graph (I) is compared and shown. As shown in FIG. 10B, it can be seen that the noise characteristic I according to the differential signal transmission line structure of the present invention is improved as compared with the common mode noise characteristic H of a general differential signal transmission line structure. That is, it can be seen that noise due to the differential signal transmission line structure of the present invention is greatly reduced.
이와 같이, 본 발명은 인쇄회로기판 (PCB), 세라믹 기판, 패키지, on-chip 상에 구현되는 고속 직렬 링크에서 발생하는 고주파 동상모드 노이즈를 효과적으로 억제하는 동시에 모드 변환 및 동상모드 노이즈 억제 구조에 의한 차동신호의 왜곡은 최소화할 수 있다. As described above, the present invention effectively suppresses the high-frequency common-mode noise generated on the printed circuit board (PCB), the ceramic substrate, the package, and the high-speed serial link implemented on-chip, The distortion of the differential signal can be minimized.
또한, 본 발명은 기판 구조물 기반이기 때문에 추가 공정 및 추가 소자가 필요 없어 비용을 절감할 수 있다.Further, since the present invention is based on a substrate structure, no additional processes and additional devices are required, which can reduce costs.
또한, 본 발명은 기판 외부에 실장되는 형태가 아니라 기판 자체(집적) 구조물이기 때문에 외부 환경 영향에 매우 강하며 추후 데이터 전송율이 지속적으로 높아지는 고속 디지털 직렬 링크의 보드, 커넥터, 또는 독립 부품형태 등으로 확장하여 시장성이 매우 높은 스마트 기기나 PC등에 적용 가능하다.Further, since the present invention is not a form mounted on the outside of a board but a board, a connector, or an independent part type of a high-speed digital serial link which is very strong against external environmental influences and continuously increases in data transmission rate, And can be applied to a smart device or a PC having high marketability.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고속 차동신호 전송선은 밸런스(balance) 구조의 RF/마이크로웨이브 회로뿐만 아니라 고속 디지털 통신 시스템에서 적용될 수 있다. 특히, USB, HDMI, 썬더볼트(Thunderbolt), 디스플레이 포트(Display port), PCI Express 등과 같은 고속 디지털 직렬 링크에서 활용도가 높다. The high-speed differential signal transmission line according to the embodiment of the present invention can be applied to a high-speed digital communication system as well as an RF / microwave circuit having a balance structure. It is particularly well suited for high-speed digital serial links such as USB, HDMI, Thunderbolt, Display port, and PCI Express.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고속 차동신호 전송선은 인쇄회로기판 (Printed circuit board; PCB) 상에 주로 형성되며, 이러한 PCB에 제조되는 고속 차동신호 전송선은 세라믹 기판, 패키지, 인터포저, on-chip 상에 구현되는 차동신호 전송선까지 확장되어 적용될 수 있다.In addition, the high-speed differential signal transmission line according to an embodiment of the present invention is mainly formed on a printed circuit board (PCB), and the high-speed differential signal transmission line fabricated on such a PCB includes a ceramic substrate, a package, an interposer, chip to a differential signal transmission line implemented on a chip.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (17)
상기 유전체 기판 상부에 일정 두께로 형성되는 접지도체;
상기 접지 도체 상부에 일정 두께로 형성되는 유전체층; 및
상기 유전체층 상부에 일정 간격 이격되어 서로 평행하게 되도록 형성된 제 1 전송선로 및 제 2 전송선로를 포함하고,
상기 홀은,
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 수직하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.A dielectric substrate including holes spaced at regular intervals;
A ground conductor formed on the dielectric substrate to a predetermined thickness;
A dielectric layer formed on the ground conductor at a predetermined thickness; And
And a first transmission line and a second transmission line formed above the dielectric layer so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance,
The hole
And the second transmission line is formed in a direction perpendicular to the first transmission line and the second transmission line.
상기 접지도체 및 상기 유전체층은,
계단식 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method according to claim 1,
The ground conductor, and the dielectric layer,
Wherein the first electrode is formed in a stepped structure.
상기 접지도체는,
상기 홀의 바닥면에 일정 두께로 형성된 하위 접지면; 및
상기 홀의 측벽 상부와 연결되는 상기 유전체층 상부에 형성된 상위 접지면
을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method according to claim 1,
Wherein the ground conductor comprises:
A lower ground plane formed on the bottom surface of the hole at a predetermined thickness; And
An upper ground plane formed on an upper portion of the dielectric layer,
And a high-speed differential signal transmission line.
상기 하위 접지면의 너비는 상기 상위 접지면의 너비와 동일한 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method of claim 3,
And the width of the lower ground plane is equal to the width of the upper ground plane.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 상위 접지면간의 거리인 제 1 거리가, 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 하위 접지면간의 거리인 제 2 거리보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method of claim 3,
Wherein a first distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the upper ground plane is formed to be shorter than a second distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the lower ground plane Wherein the high-speed differential signal transmission line is a high-speed differential signal transmission line.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로에 대한 동상모드 임피던스는 서로 다른 값을 가지고, 차동모드 임피던스는 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 접지도체 간의 거리에 따라 다른 값을 가지는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method of claim 3,
Wherein the common mode impedance of the first transmission line and the second transmission line are different from each other and the differential mode impedance of the first transmission line and the second transmission line is different from each other depending on the distance between the first transmission line and the second transmission line and the grounding conductor Wherein the high-speed differential signal transmission line is a high-speed differential signal transmission line.
상기 제 1 전송선로는 포지티브 신호(positive signal)를 전송하고 상기 제 2 전송선로는 네거티브 신호(negative signal)를 전송하는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method according to claim 1,
Wherein the first transmission line transmits a positive signal and the second transmission line transmits a negative signal.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로는 마이크로스트립(microstrip) 형태의 커플드 라인(coupled)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method according to claim 1,
Wherein the first transmission line and the second transmission line are formed as a coupled line of a microstrip type.
상기 상위 접지면과 상기 하위 접지면을 전기적으로 연결시키는 비아콘택을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method of claim 3,
Further comprising a via contact electrically connecting the upper ground plane and the lower ground plane.
상기 홀의 측벽 모서리에 형성되어 계단식으로 형성된 접지도체를 전기적으로 연결하는 비아콘택
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로.The method according to claim 1,
A via contact electrically connecting the ground conductor formed at the corner of the side wall of the hole and formed in a stepwise manner,
Further comprising: a high-speed differential signal transmission line.
상기 유전체 기판 상부에 일정 두께로 형성되는 접지도체;
상기 접지 도체 상부에 일정 두께로 형성되는 유전체층; 및
상기 유전체층 상부에 일정 간격 이격되어 서로 평행하게 되도록 형성된 제 1 전송선로 및 제 2 전송선로를 포함하고,
상기 홀은,
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 수직하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복수개의 고속 차동 신호 전송선로를 일정간격 이격하여 형성한 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판.A dielectric substrate including holes spaced at regular intervals;
A ground conductor formed on the dielectric substrate to a predetermined thickness;
A dielectric layer formed on the ground conductor at a predetermined thickness; And
And a first transmission line and a second transmission line formed above the dielectric layer so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance,
The hole
Wherein the plurality of high-speed differential signal transmission lines are formed in a direction perpendicular to the first transmission line and the second transmission line.
상기 고속 차동 신호 전송선로가 일정간격 이격되어 복수개 배치될 때, 양 끝부분의 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로는 구불구불한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판.The method of claim 11,
Wherein when the plurality of high-speed differential signal transmission lines are spaced apart from each other by a predetermined distance, the first transmission line and the second transmission line at both ends of the high-speed differential signal transmission line are formed in a serpentine shape. Wiring board.
상기 접지도체 및 상기 유전체층은,
계단식 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판.The method of claim 11,
The ground conductor, and the dielectric layer,
Wherein the first and second wiring layers are formed in a stepped structure.
상기 접지도체는,
상기 홀의 바닥면에 일정 두께로 형성된 하위 접지면; 및
상기 홀의 측벽 상부와 연결되는 상기 유전체층 상부에 형성된 상위 접지면
을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판.The method of claim 11,
Wherein the ground conductor comprises:
A lower ground plane formed on the bottom surface of the hole at a predetermined thickness; And
An upper ground plane formed on an upper portion of the dielectric layer,
And a high-speed differential signal transmission line.
상기 하위 접지면의 너비는 상기 상위 접지면의 너비와 동일한 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판.15. The method of claim 14,
Wherein the width of the lower ground plane is equal to the width of the upper ground plane.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 상위 접지면간의 거리인 제 1 거리가, 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 하위 접지면간의 거리인 제 2 거리보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판.15. The method of claim 14,
Wherein a first distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the upper ground plane is formed to be shorter than a second distance that is a distance between the first transmission line and the second transmission line and the lower ground plane Wherein the wiring board includes a high-speed differential signal transmission line.
상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로에 대한 동상모드 임피던스는 서로 다른 값을 가지고, 차동모드 임피던스는 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 접지도체 간의 거리에 따라 다른 값을 가지는 것을 특징으로 하는 고속 차동 신호 전송선로를 포함한 배선기판.15. The method of claim 14,
Wherein the common mode impedance of the first transmission line and the second transmission line are different from each other and the differential mode impedance of the first transmission line and the second transmission line is different from each other depending on the distance between the first transmission line and the second transmission line and the grounding conductor Wherein the wiring board includes a high-speed differential signal transmission line.
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|---|---|---|---|---|
| WO2022186597A1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 삼성전자 주식회사 | Flexible circuit board and electronic device comprising same |
-
2015
- 2015-11-18 KR KR1020150161904A patent/KR20170058106A/en not_active Withdrawn
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