專(zhuān)利名稱(chēng)：以電磁方式耦合的互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于在諸如集成電路和/或電子系統(tǒng)這樣的電子元器件之間提供通信通路的電磁非接觸互連方案，并且特別涉及電子互連方案，在這個(gè)方案中電子部件通過(guò)非接觸鄰近連接(contactless proximity connection)或者直接地或者通過(guò)一個(gè)中間設(shè)備以電磁方式互相耦合。
背景技術(shù)：
集成電路和電子系統(tǒng)的其它部件一般通過(guò)有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)(wiredinterconnection structure)相互通信。例如，在一數(shù)據(jù)處理或計(jì)算系統(tǒng)中，一并行有線(xiàn)接口(parallel wired interface)，諸如總線(xiàn)，可將微處理器連接到系統(tǒng)內(nèi)的其它集成電路如存儲(chǔ)器集成電路。要互相通信，必須用直流(DC)通路物理連接所有集成電路和系統(tǒng)的其它電子部件到有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)。換句話(huà)說(shuō)，集成電路和其它電子部件必須與有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理接觸。此后，集成電路和其它系統(tǒng)部件能通過(guò)有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)互相發(fā)送電子信號(hào)。
一般地，在任意給定時(shí)刻只有一個(gè)集成電路或系統(tǒng)部件在有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)上發(fā)送信號(hào)，但是所有的集成電路和系統(tǒng)部件一般監(jiān)視著有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)上傳播的每個(gè)信號(hào)。通常，一個(gè)集成電路或系統(tǒng)部件忽略在有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，除非這個(gè)數(shù)據(jù)定址于這個(gè)集成電路或系統(tǒng)部件。
在一典型的有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)中，每條連線(xiàn)的信號(hào)線(xiàn)通常是由在印刷電路板等等上的一條獨(dú)立的跡線(xiàn)(trace)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)集成電路或系統(tǒng)部件的驅(qū)動(dòng)器和接收器發(fā)送和接收在有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)的每條線(xiàn)上傳輸?shù)男盘?hào)。驅(qū)動(dòng)器和接收器通過(guò)物理地接觸這些線(xiàn)進(jìn)行收發(fā)，并因此用這些線(xiàn)建立電連接。不過(guò)，這樣的先前的方法，具有幾個(gè)缺點(diǎn)它們價(jià)格高，它們浪費(fèi)電，它們能使高頻信號(hào)失真與衰減，并且它們常常需要大電容的靜電放電(electrostatic discharge)(ESD)保護(hù)裝置。在許多高頻應(yīng)用中，由有線(xiàn)互連結(jié)構(gòu)而不是集成電路或系統(tǒng)部件本身所引起的信號(hào)失真，常常將速度或數(shù)據(jù)速率限制了集成電路和系統(tǒng)部件能夠互相通信的速度或數(shù)據(jù)速率。
概述本發(fā)明被指向在電子系統(tǒng)中元件之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸鄰近連接的方法和設(shè)備。
在一個(gè)實(shí)施例中，一組電子組件諸如集成電路以電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)。一第一電子元器件調(diào)制要被發(fā)送到另一個(gè)電子元器件的數(shù)據(jù)。從第一電子元器件將被調(diào)制的信號(hào)傳送至傳輸線(xiàn)，然后用電磁耦合從傳輸線(xiàn)傳送至其它電子元器件，消除在任一電子元器件和傳輸線(xiàn)之間物理接觸的需求。在其它實(shí)施例中，電子元器件諸如集成電路直接以電磁方式互相耦合，消除對(duì)諸如傳輸線(xiàn)這樣的媒介物的需求。


圖1示出本發(fā)明的一個(gè)典型的實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，集成電路以電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)。
圖2是一個(gè)平面圖，示出在印刷電路板上的圖1的集成電路。
圖3是圖2的集成電路和印刷電路板的部分截面圖。
圖4示出對(duì)應(yīng)于圖1的集成電路14的典型集成電路的方框圖。
圖5示出本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，八個(gè)集成電路以電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)。
圖6a和6b示出可對(duì)應(yīng)于圖4中的收發(fā)器16的典型的發(fā)送器和接收器電路。
圖7示出本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例的典型耦合特性數(shù)據(jù)。
圖8示出可對(duì)應(yīng)于以本發(fā)明的一組非接觸互連方式使用的集成電路的典型集成電路的方框圖。
圖9示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，一組集成電路每一個(gè)以電磁方式耦合到一組傳輸線(xiàn)。
圖10是來(lái)自于圖9的截面圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)面的截面圖，在這個(gè)實(shí)施例中，子插件卡(daughter card)以電磁方式耦合到母板。
圖12是圖11的連接器部件的詳細(xì)截面圖。
圖13示出在圖14所示的本發(fā)明實(shí)施例中使用的典型集成電路。
圖14示出本發(fā)明典型實(shí)施例的截面圖，在這個(gè)實(shí)施例中，以電磁方式將一組集成電路耦合到環(huán)形總線(xiàn)結(jié)構(gòu)(ring bus structure)。
圖15示出本發(fā)明典型實(shí)施例的截面圖，在這個(gè)實(shí)施例中，以電磁方式耦合一組堆疊的集成電路。
圖16示出本發(fā)明典型實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，以電磁方式耦合集成電路的兩側(cè)。
圖17a-17c示出本發(fā)明實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，直接以電磁方式耦合兩個(gè)或多個(gè)集成電路。
圖18示出具有螺旋式電磁耦合器的集成電路的典型實(shí)施例。
圖19示出對(duì)應(yīng)于圖18的等效電路圖。
詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明被指向在電子系統(tǒng)中元件之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸鄰近連接的方法和設(shè)備。(如在此所使用的，“非接觸”(contactless))指沒(méi)有直接的電子能通過(guò)接觸流動(dòng)的物理或機(jī)械接觸，也就是說(shuō)，“非接觸”意味著不需要在導(dǎo)體之間直接的電接觸。)下面描述本發(fā)明的典型實(shí)施例。不過(guò)，本發(fā)明不受限于下列典型實(shí)施例或典型實(shí)施例操作或在此被描述的方式。
圖1到4示出本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例。如圖1所示，電子系統(tǒng)10包括一組集成電路14(1)-14(x)和一傳輸線(xiàn)22。如圖1所示，傳輸線(xiàn)包括回掃線(xiàn)(return line)23。如在圖2和圖3中所示，集成電路14(1)-14(x)被安裝在印刷電路板21上，而且傳輸線(xiàn)22被嵌入在印刷電路板中?？商鎿Q地，傳輸線(xiàn)22可被定位在印刷電路板21的表面上。如圖1所示，傳輸線(xiàn)22最好以它的特性阻抗27、29端接以減少或消除反射。
集成電路14(1)-14(x)可以是任何類(lèi)型的集成電路或電子電路。例如，一個(gè)或多個(gè)集成電路14(1)-14(x)可不限于存儲(chǔ)設(shè)備、微處理器、微控制器、數(shù)字邏輯設(shè)備、模擬設(shè)備或任何前述設(shè)備的組合。圖4可與本發(fā)明一起使用的典型集成電路14的方框圖。雖然傳輸線(xiàn)路22不是集成電路14的一部分，但是為了清楚和討論的目的，還是在圖4中示出了傳輸線(xiàn)路22。
如圖4所示，集成電路14可包括實(shí)現(xiàn)這個(gè)集成電路功能的邏輯電路12。集成電路14還可包括輸入/輸出接口15以控制將信號(hào)輸入到邏輯電路12和從邏輯電路12輸出信號(hào)。這樣的信號(hào)可以是任何類(lèi)型的模擬或數(shù)字信號(hào)。例如，在一個(gè)數(shù)據(jù)處理或計(jì)算系統(tǒng)中，這些信號(hào)可包括，不限于此，數(shù)據(jù)信號(hào)、地址信號(hào)、控制信號(hào)、定時(shí)信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)等等。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“數(shù)據(jù)”(data)和“信號(hào)”(signal)被規(guī)定為包括所有這樣的信號(hào)。
每個(gè)集成電路14還可包括一個(gè)射頻(RF)收發(fā)器16和一個(gè)小電磁耦合器(electromagnetic coupler)18。電磁耦合器最好小到足以能在使用標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)的半導(dǎo)體集成電路之上或之內(nèi)形成它?？商鎿Q地，電磁耦合器18可作為半導(dǎo)體封裝的部分被制造。因此，電磁耦合器最好比典型的半導(dǎo)體芯片小。在圖1-4所示的實(shí)施例中，輸入/輸出接口15最好為收發(fā)器16提供一個(gè)串行接口，并且收發(fā)器16使用任何適當(dāng)?shù)腞F調(diào)制方案編碼從輸入/輸出接口15收到的數(shù)據(jù)。非排它性的適當(dāng)?shù)腞F調(diào)制方案實(shí)例包括調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)、相位編碼調(diào)制(phase code modulation)(PCM)、相位調(diào)制(PM)或者前述各項(xiàng)的任意組合。相信用在調(diào)制解調(diào)器中的調(diào)制方案可能特別有利于本發(fā)明。不過(guò)，特殊的收發(fā)器設(shè)計(jì)和特殊的調(diào)制方案對(duì)于本發(fā)明不是決定性的，任何適當(dāng)?shù)氖瞻l(fā)器和調(diào)制方案可與本發(fā)明一起使用。
收發(fā)器16給電磁耦合器18提供調(diào)制信號(hào)。最好在集成電路14上或作為集成電路14的部分構(gòu)成電磁耦合器18。如在圖4中所示，電磁耦合器18的一端最好接地，但是可替換地端接阻抗19以獲得要求的定向耦合、功率或失真特性。此外，電磁耦合器18可端接或連接到一參考電壓，而不是接地或開(kāi)路。
電磁耦合器18被安排在傳輸線(xiàn)22附近，以便用電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)22。最好將電磁耦合器18安排在離傳輸線(xiàn)22約10毫米之內(nèi)。不過(guò)，本發(fā)明不受限于將任何電磁耦合器18放置在離傳輸線(xiàn)18十毫米之內(nèi)。傳輸線(xiàn)22一般被嵌入在在印刷電路板21中或定位在印刷電路板21上。因?yàn)殡姶篷詈掀?8是以電磁方式與傳輸線(xiàn)22耦合的，由收發(fā)器16提供給電磁耦合器18的調(diào)制信號(hào)在傳輸線(xiàn)中感應(yīng)相似的但衰減的信號(hào)。因而在集成電路14和傳輸線(xiàn)之間提供一條非接觸通信通路或信道。
傳輸線(xiàn)22可以是任何類(lèi)型的傳輸線(xiàn)，包括但不限于微帶線(xiàn)(microstripline)、帶狀線(xiàn)(strip line)、同軸電纜(coaxial cable)、接地線(xiàn)(wire overground)、波導(dǎo)(waveguide)或前述各項(xiàng)的任何組合、混合或改進(jìn)。傳輸線(xiàn)22的特殊設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)對(duì)于本發(fā)明不是決定性的，而且實(shí)際上任何能夠與電磁耦合器18以電磁方式耦合并且傳導(dǎo)接收到的信號(hào)或?yàn)榻邮盏降男盘?hào)提供信道的結(jié)構(gòu)可在本發(fā)明中作為傳輸線(xiàn)22運(yùn)行。
不管它的特殊實(shí)現(xiàn)，最好將傳輸線(xiàn)22嵌入印刷電路板21內(nèi)。不過(guò)，傳輸線(xiàn)可以在印刷電路板上構(gòu)成或相反安裝在印刷電路板上，以在電磁耦合電路之間提供互連的信道。如前面所提到的，為了防止或減少反射，傳輸線(xiàn)22的一端或兩端最好端接它的特性阻抗27、29。
印刷電路板21最好是在電子領(lǐng)域普通使用的典型印刷電路板。不過(guò)，印刷電路板的設(shè)計(jì)和組成對(duì)于本發(fā)明不是決定性的，并且可以是任何能夠支持電子元器件并且在其上或其內(nèi)能附著或構(gòu)成傳輸線(xiàn)或?qū)Ь€(xiàn)的基底。
由一個(gè)集成電路14(1)在傳輸線(xiàn)22上感應(yīng)的調(diào)制信號(hào)可由系統(tǒng)10中的另一個(gè)集成電路14(x)檢測(cè)到。也就是說(shuō)，在傳輸線(xiàn)22中的調(diào)制信號(hào)在其它集成電路或電路14(x)的電磁耦合器18(x)中感應(yīng)一相似但衰減的信號(hào)，電磁耦合器18(x)被布置在傳輸線(xiàn)22的附近，以便與這條傳輸線(xiàn)電磁耦合。
假定如圖4所示這樣配置集成電路，電磁耦合器18感察的調(diào)制信號(hào)由收發(fā)器16譯碼(解調(diào))。然后將被譯碼的數(shù)據(jù)提供給輸入/輸出總線(xiàn)15，總線(xiàn)15將數(shù)據(jù)提供給邏輯電路12。
應(yīng)該注意通過(guò)在電磁耦合器18的接地端端接這個(gè)電磁耦合器的特性阻抗19，在電磁耦合器18和傳輸線(xiàn)12之間的耦合能被選擇性地安排方向，如圖4所示。然后，取決于電磁耦合器18的哪一端(以如圖4所示的特性阻抗19)端接地以及哪一端連接收發(fā)器16，電磁耦合器18能感應(yīng)只沿傳輸線(xiàn)22的一個(gè)方向上傳播的射頻信號(hào)并且能接收僅只沿傳輸線(xiàn)22的相反方向上傳播的射頻信號(hào)。
例如，電磁波在傳輸線(xiàn)22上這樣傳播，它的波陣面首先傳到耦合器18的接地端，然后傳到耦合器18連接到收發(fā)器16的一端，因此將在耦合器18產(chǎn)生一個(gè)由收發(fā)器16檢測(cè)到的信號(hào)。另一方面，在沿傳輸線(xiàn)22的相反方向上傳播的電磁波將在耦合器18中產(chǎn)生由阻抗19耗散的波；收發(fā)器16將檢測(cè)不到這樣的波。
如果阻抗19不存在(例如，耦合器18是接地或開(kāi)路的)，則在耦合器18中所產(chǎn)生的波將從耦合器18的這一端反射回收發(fā)器16。因此，在沒(méi)有阻抗19時(shí)，在傳輸線(xiàn)22的任一方向上傳播的波將被收發(fā)器16檢測(cè)到。
不管是否存在阻抗19，由收發(fā)器16的發(fā)送器部分產(chǎn)生的電磁波將從這個(gè)收發(fā)器沿耦合器18傳播到耦合器的接地端。沿耦合器18傳播的波將引起在傳輸線(xiàn)22的同一方向上產(chǎn)生波。如果阻抗19不存在，在耦合器19中的波將在耦合器18的接地端反射并朝著收發(fā)器16傳播回來(lái)。反射的波將在傳輸線(xiàn)22的同一方向上產(chǎn)生作為反射波的波。因而，在沒(méi)有阻抗19時(shí)，將在傳輸線(xiàn)22的兩個(gè)方向上產(chǎn)生波。
不過(guò)如果存在阻抗19，則由耦合器18產(chǎn)生的初始波不會(huì)沿耦合器18朝著收發(fā)器16反射回來(lái)。相反地，初始波將被阻抗19耗散。在這樣的情況下，在傳輸線(xiàn)22中只在一個(gè)方向上產(chǎn)生波。因而，如果阻抗19存在，則收發(fā)器16的發(fā)送器部分將在傳輸線(xiàn)22的唯一一個(gè)方向上產(chǎn)生波。
在耦合器18與傳輸線(xiàn)22之間的定向耦合，如上面所討論的，可能是有利的，當(dāng)例如集成電路14(1)的邏輯電路12是一微處理器，而其它集成電路或電路14(x)是存儲(chǔ)器或其它與這個(gè)微處理器通信但相互間不通信的設(shè)備。在下面相對(duì)于圖5討論這樣情況的一個(gè)例子。在這樣的情況下，可使集成電路14(1)的電磁耦合器18的適應(yīng)于向傳輸線(xiàn)22右邊發(fā)送信號(hào)并接收向傳輸線(xiàn)22左邊傳播的信號(hào)。將使集成電路或電路14(x)的電磁耦合器18適應(yīng)于向左邊發(fā)送信號(hào)并接收向右邊發(fā)送的信號(hào)。這樣的定向耦合能限制當(dāng)這些集成電路的任何一個(gè)正在給集成電路14(1)發(fā)送時(shí)集成電路或電路14(x)所提取的負(fù)荷。當(dāng)然，在電磁耦合器18和傳輸線(xiàn)22之間的耦合可以被安排為雙向的，通過(guò)簡(jiǎn)單地將電磁耦合器18留置為開(kāi)路或接地。
在圖6a和6b中示出一個(gè)簡(jiǎn)單的典型收發(fā)器電路。圖6a示出這個(gè)電路的典型發(fā)送器300部分，而圖6b示出這個(gè)電路的典型接收器400部分。要發(fā)送的數(shù)據(jù)被輸入到XOR(異或)門(mén)306的端頭302。在XOR門(mén)306的端頭304輸入方波載波信號(hào)。方波載波信號(hào)可以是一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。XOR門(mén)的輸出308是雙極相移鍵控(bipolar phase shift keying)(BPSK)調(diào)制的信號(hào)，該信號(hào)包括要被發(fā)送的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘兩者。寄存器310控制將流經(jīng)耦合回路312的電流量。耦合回路312放射對(duì)應(yīng)于調(diào)制信號(hào)的電磁能，如上面所討論的，該信號(hào)在任何與耦合回路312電磁耦合的其它耦合回路或傳輸線(xiàn)中感應(yīng)一相似但衰減的信號(hào)。
在圖6b所示的典型接收器電路400中，由任何與這個(gè)耦合回路電磁耦合的其它耦合回路或傳輸線(xiàn)調(diào)制的信號(hào)的傳輸在耦合回路402中產(chǎn)生衰減的調(diào)制信號(hào)。放大器404放大調(diào)制信號(hào)。位同步器(bit synchronizer)408解調(diào)被放大的調(diào)制信號(hào)406。如果位同步器408需要一個(gè)鎖相環(huán)(phase-locked-loop)電路，使用一般在大多數(shù)集成電路中存在的鎖相環(huán)電路是可行的。位同步器408輸出被解調(diào)的來(lái)自輸出端402的調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。此外，如果發(fā)送器使用系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)調(diào)制被發(fā)送信號(hào)，則位同步器時(shí)鐘輸出還可以用作輸出端412的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。也可使用其它位同步器時(shí)鐘恢復(fù)方案，包括但不限于此，延遲鎖定環(huán)路(delay lock loop)和先后鑒別器(early-late discriminator)。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)上述收發(fā)器設(shè)備只是典型的。收發(fā)器的具體設(shè)計(jì)對(duì)于本發(fā)明不是決定性的，并且可以在本發(fā)明中使用任何適當(dāng)?shù)氖瞻l(fā)器。
因此，依照本發(fā)明的上述實(shí)施例，在系統(tǒng)10中兩個(gè)或多個(gè)電路可相互通信而不需要導(dǎo)線(xiàn)的直接電氣接觸。在一第一集成電路14(1)上的電磁耦合器18和另一個(gè)集成電路14(x)的電磁耦合器18之間的所有或部分通路可被稱(chēng)為無(wú)接觸通信信道或通路。
圖5示出一個(gè)典型的電子系統(tǒng)11，在這個(gè)系統(tǒng)中，八個(gè)集成電路14(1)至14(8)以電磁方式與傳輸線(xiàn)22耦合。例如，八個(gè)集成電路可以是一個(gè)微處理器14(1)和七個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備14(2)-14(7)。八個(gè)集成電路14(1)至14(8)被安裝在印刷電路板(在圖5中未示出)。電磁耦合器18(1)至18(8)的每一個(gè)以電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)22?？刹糠值鼗蛲耆仄帘蜗到y(tǒng)11。下面將更全面地描述典型的屏蔽配置。
下面是系統(tǒng)11可操作的典型方式。在這個(gè)例子中，集成電路14(1)，一個(gè)微處理器想要將數(shù)據(jù)寫(xiě)到集成電路14(4)，在這個(gè)例子中這是一個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備。要這么做，集成電路14(1)調(diào)制下列各項(xiàng)到一個(gè)載波信號(hào)中要寫(xiě)到這個(gè)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，一個(gè)寫(xiě)入命令代碼，和一個(gè)標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)器設(shè)備14(4)和要將數(shù)據(jù)寫(xiě)到存儲(chǔ)器設(shè)備14(4)內(nèi)的位置兩者的地址。因?yàn)殡姶篷詈掀?8(1)以電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)22，在電磁耦合器18(1)中的調(diào)制信號(hào)在這條傳輸線(xiàn)22中產(chǎn)生一個(gè)相似然而衰減的信號(hào)，接著這個(gè)信號(hào)產(chǎn)生在電磁耦合器18(2)至18(8)的每一個(gè)中產(chǎn)生一個(gè)相似然而更為衰減的信號(hào)。在這種方式下，其它集成電路14(2)至14(8)的每一個(gè)，在這個(gè)例子中所有的存儲(chǔ)器設(shè)備，接收由微處理器14(1)發(fā)送的數(shù)據(jù)、寫(xiě)命令和地址。因?yàn)檫@個(gè)地址標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)器設(shè)備14(4)作為預(yù)定的傳輸接收者，所以只有存儲(chǔ)器設(shè)備14(4)保持和處理這個(gè)數(shù)據(jù)。當(dāng)然，如果系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要比單一信道能夠支持的更高的數(shù)據(jù)速率，那么能夠利用多重傳輸線(xiàn)和信道。
雖然在本發(fā)明中不要求，但是可在電子系統(tǒng)10中布置屏蔽材料以便部分地或完全地屏蔽在圖1-3中所示的和上面描述的非接觸通信信道或通路。
例如，如在圖2和3中所示，屏蔽面38可將集成電路14上的電路系統(tǒng)與電磁耦合器18屏蔽開(kāi)來(lái)。(圖2是圖1的安裝在印刷電路板21的上表面上的一組集成電路14(1)-14(x)的平面圖，以及圖3是圖2的印刷電路板21和集成電路14(1)至14(x)的部分正面截面圖。)如在圖3中所示，集成電路的有源電路部件(例如在圖4中所示的邏輯電路12，輸入/輸出接口15，以及收發(fā)器16)可被制造在一個(gè)包括半導(dǎo)體基底和在基底上形成的各種金屬化(metalization)和絕緣層的芯片上。
在芯片上的電路系統(tǒng)和電磁耦合器18之間布置一個(gè)屏蔽面38。這個(gè)屏蔽面可以是任何類(lèi)型的適合于吸收或阻擋電磁信號(hào)的導(dǎo)電材料?？稍谛酒?2上圍繞這個(gè)屏蔽面38構(gòu)成絕緣層34和36。在圖3的典型實(shí)施例中，在屏蔽面38中為以電氣方式連接集成電路14(例如，圖4的收發(fā)器16)上的有源電路和電磁耦合器18提供一個(gè)通孔39。雖然本發(fā)明不要求，但是屏蔽面38可接地，并且可為電磁耦合器16或集成電路14提供到地的連接?？商鎿Q地，屏蔽面38可以電子方式連接到電源電壓并可為集成電路14提供電源或參考電壓。
可在印刷電路板21之內(nèi)或之上提供一個(gè)或多個(gè)屏蔽面。例如，可在傳輸線(xiàn)22和集成電路14之間的印刷電路板21之內(nèi)嵌入或在其上構(gòu)成一個(gè)屏蔽面46。如在圖3的典型實(shí)施例中所示的，在屏蔽面46中的一個(gè)或多個(gè)空隙或“窗口”(windows)50允許通過(guò)電磁耦合器18和傳輸線(xiàn)22之間的空隙50以電磁方式耦合。此外，屏蔽面46可與地、參考電壓或電源連接，并用于為印刷電路板21或集成電路14提供接地、參考電壓或電源。屏蔽面38還可充當(dāng)空隙50的罩子(lid)或蓋子(cover)以防止耦合回路18或傳輸線(xiàn)22的任一個(gè)的輻射影響芯片上的電路系統(tǒng)。
在印刷電路板21之內(nèi)或之上可提供另一個(gè)屏蔽面48，使得傳輸線(xiàn)22被布置在屏蔽面46和屏蔽面48之間。再一次，這些屏蔽面46、48可與地、參考電壓或電源連接，并用于為印刷電路板21或集成電路14提供接地、參考電壓或電源。如在圖3中所示，絕緣層諸如層40、41、42和43，也可被包括在印刷電路板21之內(nèi)或之上。
這樣，上述屏蔽面部分地屏蔽從一集成電路14上的電磁耦合器18到另一集成電路上的電磁耦合器18的通信通路。附加的屏蔽面、跡線(xiàn)或?qū)Ь€(xiàn)可布置在通信通路周?chē)愿耆仄帘瓮ㄐ磐?。例如，可在傳輸線(xiàn)22周?chē)峁└郊悠帘我愿娴仄帘芜@條傳輸線(xiàn)。另外，可在電子系統(tǒng)10本身周?chē)贾闷帘尾牧弦酝耆鼗虿糠值亍鞍鼑?close)整個(gè)系統(tǒng)。
可使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)在印刷電路板制造組成收發(fā)器的電路系統(tǒng)。也就是說(shuō)，可簡(jiǎn)單地作為組成集成電路的整個(gè)電路系統(tǒng)的另一片設(shè)計(jì)與制造這個(gè)收發(fā)器。電磁耦合器和屏蔽面可同樣地使用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)制造在集成電路之上或之內(nèi)。
在電子領(lǐng)域中許多多路復(fù)用、數(shù)據(jù)交換和通信方案與協(xié)議是知名的，在上述實(shí)施例中為在集成電路之間發(fā)送數(shù)據(jù)可使用任何這樣的一個(gè)或多個(gè)方案或者它們的組合。例如，已知的多路復(fù)用方案包括但不限于，時(shí)分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用。典型的已知的協(xié)議包括但不限于可縮放相關(guān)接口(Scalable Coherent Interface)(SCI)、火線(xiàn)(Fire Wire)、以太網(wǎng)和通用串行總線(xiàn)。再一次，任何這樣的多路復(fù)用方案或協(xié)議或它們的組合可用于目前的發(fā)明。
如已知的，在電磁耦合器18和在傳輸線(xiàn)22中產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)信號(hào)之間發(fā)生的(或在傳輸線(xiàn)22中的信號(hào)和在電磁耦合器18中產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)信號(hào)之間)衰減量能夠容易地被設(shè)計(jì)成上述本發(fā)明實(shí)施例的任意變化。下面是一個(gè)非排它的影響衰減量的參數(shù)列表電磁耦合器18的鄰近于傳輸線(xiàn)22；電磁耦合器18到傳輸線(xiàn)22的物理取向；電磁耦合器18相對(duì)于載波信號(hào)的波長(zhǎng)的長(zhǎng)度；電磁耦合器18和傳輸線(xiàn)22的形狀。使用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的這些和其它影響耦合的參數(shù)，在電磁耦合器18與傳輸線(xiàn)22之間無(wú)線(xiàn)傳送的信號(hào)衰減能夠被預(yù)先選擇并被設(shè)計(jì)到系統(tǒng)10中。
不過(guò)應(yīng)該注意到，當(dāng)大量集成電路14的電磁耦合器18被緊密地耦合(也就是說(shuō)，耦合以便實(shí)質(zhì)性地減少衰減量)到傳輸線(xiàn)22時(shí)，每個(gè)電磁耦合器從射頻信號(hào)在它沿傳輸線(xiàn)22傳播時(shí)提取相當(dāng)大的功率，并且射頻信號(hào)會(huì)在它到達(dá)傳輸線(xiàn)22末端的集成電路時(shí)變得嚴(yán)重衰減。在這種情況下，最好將電磁耦合器18設(shè)計(jì)為不太緊密地耦合到傳輸線(xiàn)22，因此它們不提取比讓收發(fā)器16正確地檢測(cè)到輸入的射頻信號(hào)所需要的功率實(shí)質(zhì)性多的功率。因此，一般而言，松耦合比緊耦合更可取，特別在許多設(shè)備共享一個(gè)公用信道的系統(tǒng)中。不過(guò)，在只有少量設(shè)備要耦合在一起的系統(tǒng)中，可要求緊一些的耦合以減少設(shè)備之間的衰減和減少不希望的輻射。例如，更緊的耦合在具有八個(gè)或更少的電子設(shè)備以電磁方式耦合到一條傳輸線(xiàn)的系統(tǒng)是合適的。
下面的表I匯總對(duì)于可適用于上面圖3所示的實(shí)施例的大范圍運(yùn)行條件的三個(gè)鏈路預(yù)算(link budget)分析，給出下列典型參數(shù)。假定載波頻率在1-10GHz范圍內(nèi)，以及電磁耦合器18大約為2-3毫米長(zhǎng)并且在屏蔽面46上約50微米。絕緣層36和38合在一起約25微米厚。傳輸線(xiàn)22約150微米寬，距離屏蔽面46和48約150微米。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)上面的尺寸只是典型的，并且作為下面描述的典型鏈路預(yù)算分析的框架設(shè)定(framework setting)而給出的。本發(fā)明不以任何方式受限于上述尺寸或下述工作范圍。
表I的典型實(shí)例#1至#3表示在減少數(shù)據(jù)速率性能代價(jià)的情況下減少系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。
單位為微瓦的噪聲功率Ni由這個(gè)公式給出Ni＝1000k Te B，其中k＝1.38×10-23焦耳/開(kāi)(玻爾茲曼常數(shù))，Te＝(F-1)To，To＝370K(100攝氏度)，F(xiàn)＝接收器的噪聲系數(shù)，B＝以Hz為單位的頻率帶寬。
因此對(duì)于一個(gè)給定的信噪比(SNR)的可用信號(hào)帶寬能由下式計(jì)算，以dBm(毫瓦分貝)為單位Ni(dBm)＝10Log[1000k Te B]，求出BB＝[10^(Ni(dBm)/10)]/[1000k Te]。
0.3比特/赫茲是在普通的實(shí)現(xiàn)中對(duì)于雙極相移鍵控(BPSK)數(shù)字調(diào)制方案所要求的近似帶寬。更復(fù)雜的調(diào)制方案和電路系統(tǒng)能夠產(chǎn)生更高的比特/赫茲密度。同樣，擴(kuò)頻技術(shù)能產(chǎn)生更低的比特/赫茲密度，在以附加的系統(tǒng)復(fù)雜性為代價(jià)的情況下同時(shí)以更低的信噪比產(chǎn)生更低的誤碼率。
典型實(shí)例#1表示一個(gè)鏈路預(yù)算，在這個(gè)鏈路預(yù)算中，使用一個(gè)發(fā)送器電壓(例如，圖4的收發(fā)器16)為2.4伏峰-峰值到一50歐姆(+11.6dBm)、18dB發(fā)送電磁耦合器18損耗，接收電磁耦合器18具有一個(gè)附加的18dB損耗，以及印刷電路板(PCB)和其它系統(tǒng)損耗一共為6dB。在這個(gè)實(shí)例中，所要求的鏈路容限(link margin)是10dB而所要求的信噪比(SNR)是25dB。假定保守的(conservative)接收器實(shí)現(xiàn)噪聲系數(shù)為8dB。因此，可用的噪聲帶寬超過(guò)10GHz，對(duì)應(yīng)于在0.3比特每赫茲的帶寬時(shí)3千兆比特/秒(Gb/sec)的數(shù)據(jù)速率。在這個(gè)實(shí)例中，信號(hào)電平功率(signal level power)將不必定是這個(gè)實(shí)現(xiàn)的限制因素。
典型實(shí)例#2表示一個(gè)鏈路預(yù)算，在這個(gè)鏈路預(yù)算中，將發(fā)送器電壓降低6dB至1.2伏峰-峰值到50歐姆(+5.5dBm)，連同損耗更多的22dB發(fā)送電磁耦合器18一起，加上接收電磁耦合器18具有的代表附加的22dB損耗。實(shí)例#2的鏈接容限已經(jīng)被減少到更為保守的8dB值。接收器實(shí)現(xiàn)的噪聲系數(shù)已經(jīng)被增加到9dB。這個(gè)系統(tǒng)表示一個(gè)比實(shí)例#1所示的系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。在實(shí)例#2中，可用噪聲帶寬是1.6GHz，相應(yīng)于假設(shè)0.3比特每赫茲的帶寬是480兆比特/秒(Mb/sec)的數(shù)據(jù)速率。
典型實(shí)例#3進(jìn)一步將發(fā)送器電壓降低至0.63伏峰-峰值(0dBm)并且進(jìn)一步增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)損耗和減少在上面實(shí)例#1和#2例示的系統(tǒng)鏈路容限。實(shí)例#3代表了更低成本的實(shí)現(xiàn)，盡管如此這個(gè)實(shí)現(xiàn)仍然支持81Mb/sec數(shù)據(jù)信道。
典型實(shí)例#1至#3一起表示各種發(fā)送器電平、接收器實(shí)現(xiàn)和信號(hào)帶寬的大范圍運(yùn)行條件。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可實(shí)現(xiàn)許多在表I的值范圍之外的運(yùn)行條件。
表1

圖7描述在一接地的屏蔽面上兩條的2.5mm、50歐姆微波傳輸帶跡線(xiàn)之間以dB為單元的這些和其它示上述實(shí)施例的電磁耦合器18的跡線(xiàn)由一具有50歐姆輸出阻抗并端接50歐姆電阻的信號(hào)發(fā)生器(例如，圖4的收發(fā)器16)驅(qū)動(dòng)。另一條跡表表示在上述實(shí)施例中的傳輸線(xiàn)22在兩端同時(shí)端接50歐姆阻抗。在兩個(gè)微波傳輸帶之間的距離是0.05mm(曲線(xiàn)A)或離開(kāi)0.4mm(曲線(xiàn)B)。微波傳輸帶模型被用得保守并容易地模擬耦合估算；用本發(fā)明的側(cè)面(broadside)結(jié)構(gòu)可完成的實(shí)際的耦合值將產(chǎn)生較低的衰減和/或更小的結(jié)構(gòu)。
再一次，必須強(qiáng)調(diào)上述尺寸只是典型的并且作為圖7中現(xiàn)有的實(shí)例數(shù)據(jù)的框架而給定的。本發(fā)明不以任何方式受限上述尺寸或在圖7呈現(xiàn)的實(shí)例數(shù)據(jù)。
圖8-10示出一個(gè)可替換實(shí)施例的可用于電子系統(tǒng)10的集成電路。如在圖8中所示，不象在圖4中所示的只包括一個(gè)收發(fā)器的集成電路，集成電路60包括一組收發(fā)器62(1)-62(x)，每個(gè)收發(fā)器可與圖4中所示的收發(fā)器16相似。象圖4中的集成電路14，集成電路60還可包括一個(gè)邏輯電路12和一個(gè)輸入/輸出接口64。
一般而言，在電子系統(tǒng)10中可用任何利用圖4的集成電路14的方式利用集成電路60。不過(guò)集成電路60，可以非接觸耦合到與它所具有的收發(fā)器62一樣多的傳輸線(xiàn)。
圖9示出一個(gè)電子系統(tǒng)59的典型配置，在這個(gè)系統(tǒng)中一組集成電路60(1)-60(x)的每一個(gè)具有四個(gè)收發(fā)器62。這組集成電路60(1)-60(x)被安裝在印刷電路板66的表面上。嵌入在印刷電路板(以及在圖9中以虛線(xiàn)框形式所示的)是四條傳輸線(xiàn)76。如前面討論的，傳輸線(xiàn)76可替換地在印刷電路板66上構(gòu)成。在集成電路組60(1)-60(x)的每一個(gè)上的四個(gè)電磁耦合器68的每一個(gè)與這些傳輸線(xiàn)76之一耦合。電磁耦合器62(1)-62(x)的每一個(gè)被布置在它對(duì)應(yīng)的傳輸線(xiàn)76的約5毫米之內(nèi)。不過(guò)本發(fā)明不受限于將任何電磁耦合器62放置在傳輸線(xiàn)76的五毫米之內(nèi)。在這種方式下，傳輸線(xiàn)76構(gòu)成四通路類(lèi)似總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中集成電路組60(1)-60(x)能以非接觸方式通過(guò)類(lèi)似總線(xiàn)結(jié)構(gòu)互相通信。
如上所述，在圖9的電子系統(tǒng)10中非接觸通信通路可選擇性地被全部或部分地屏蔽。圖10示出一個(gè)實(shí)施例以部分屏蔽在圖9中所示的電子系統(tǒng)59。如在圖10中所示，屏蔽面69將在集成電路60上的電路系統(tǒng)與集成電路60的四個(gè)電磁耦合器68屏蔽開(kāi)來(lái)。在集成電路60中的四個(gè)收發(fā)器62的每一個(gè)通過(guò)經(jīng)屏蔽面69中獨(dú)立的空隙延伸的通孔67以電氣連接到在集成電路60上的電磁耦合器68?？捎善帘蚊嫣峁└郊拥钠帘位?qū)③E線(xiàn)80布置在傳輸線(xiàn)76之間，還可由屏蔽面74和78提供進(jìn)一步的屏蔽，如圖6所示將傳輸線(xiàn)76定位在這兩個(gè)屏蔽面之間。如果包括屏蔽面74，那么在每個(gè)電磁耦合器68和每條傳輸線(xiàn)76之間的屏蔽面74中的空隙72被包括在屏蔽面74中。然后能將集成電路60定位在印刷電路板66上，因此它的電磁耦合器68通過(guò)空隙72以電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)76。
象在上面圖1-4所示的實(shí)施例中一樣，一個(gè)或多個(gè)屏蔽面可被接地并可為集成電路60或印刷電路板66提供接地。類(lèi)似地，一個(gè)或多個(gè)屏蔽面可連接到電源并給集成電路60或印刷電路板66提供電源或參考電源。
雖然上述本發(fā)明實(shí)施例在集成電路之間以非接觸方式發(fā)送數(shù)據(jù)，但是本發(fā)明不受限于集成電路之間信號(hào)的非接觸傳輸。圖11示出一電子系統(tǒng)79的典型實(shí)施例，在這個(gè)系統(tǒng)中，在電子系統(tǒng)的元件之間而不是集成電路之間，也就是說(shuō)在子插件板與母板之間，以非接觸方式發(fā)送信號(hào)，。
如在圖11中所示的，一組子插件板86(1)-86(x)被物理地安裝到母板82。常規(guī)印制板邊緣插頭座84可用于將子插件板86(1)-86(x)安裝到母板82。每個(gè)子插件板86包括嵌入在子插件板86中或定位在子插件板86上的傳輸線(xiàn)90。母板82還包括傳輸線(xiàn)89，最好將傳輸線(xiàn)89嵌入在母板中，但可替換地將它定位在母板上。子插件板86的傳輸線(xiàn)90以電氣連接到電磁耦合器92，當(dāng)子插件板86被安裝到母板82時(shí)，將電磁耦合器92定位在母板82中的傳輸線(xiàn)89鄰近，這樣使得子插件板86的電磁耦合器92以電磁方式耦合到母板82的傳輸線(xiàn)89。最好將電磁耦合器92布置在它對(duì)應(yīng)的傳輸線(xiàn)90的約五毫米之內(nèi)。不過(guò)本發(fā)明不受限于將任何電磁耦合器92放置在傳輸線(xiàn)89的五毫米之內(nèi)。在這種方式下，子插件板86能以非接觸方式與母板86通信。
在圖11中示出的非接觸通信通路可選擇性地部分或全部被屏蔽。圖12示出子插件板86和母板82的部分截面圖，并示出可用于部分地屏蔽在圖11中所示的實(shí)施例的典型屏蔽。如在圖12中所示，可將屏蔽面或屏蔽通孔202布置在子插件板86之內(nèi)以將子插件板與電磁耦合器92屏蔽開(kāi)來(lái)。屏蔽量當(dāng)然格外取決于由屏蔽材料圍繞電磁耦合器92的程度，并因此將子插件板86上的其它部件以電磁方式隔離開(kāi)來(lái)。如在此所述的其它實(shí)施例一樣，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將因此能夠通過(guò)選擇性地布置電磁耦合器92周?chē)钠帘蚊婊虿牧?，調(diào)整將子插件板86與電磁耦合器92屏蔽的程度。在圖12所示例子中，屏蔽面202包括空隙210，穿過(guò)這個(gè)空隙的傳輸線(xiàn)90以電磁方式連接到電磁耦合器92。
還可屏蔽在母板中的傳輸線(xiàn)89。如在圖12中所示，可將傳輸線(xiàn)89布置在屏蔽面204和208之間。還是如所示的，屏蔽面204包括一個(gè)鄰近于電磁耦合器92的空隙206，允許非接觸通信通路穿過(guò)電磁耦合器92和傳輸線(xiàn)89之間的空隙。通過(guò)包括附加的更完全地包圍傳輸線(xiàn)89的屏蔽面可更全面地屏蔽傳輸線(xiàn)89。例如，在傳輸線(xiàn)89之前和傳輸線(xiàn)89之后(從圖12的透視圖)可包括附加的屏蔽面。如上面所討論的，屏蔽面可連接到電源或接地，為母板82或子插件板86提供電源或參考電壓。
子插件板86可包括依照本發(fā)明的原則以電磁方式耦合到傳輸線(xiàn)90的集成電路或其它系統(tǒng)部件。例如，子插件板86可包括如上關(guān)于圖1-10所述的配置。可替換地，子插件板86可用常規(guī)方式通過(guò)接觸連接連接到傳輸線(xiàn)90的集成電路或其它系統(tǒng)部件。當(dāng)然，子插件板86可包括多重跡線(xiàn)90，以及在每條這樣的跡線(xiàn)與在子插件板上的系統(tǒng)元件之間的連接可包括非接觸連接與常規(guī)接觸連接的組合。
應(yīng)該注意到本發(fā)明不要求將傳輸線(xiàn)安排到任何特殊的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中。圖13和14示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例使用串行鏈或環(huán)型總線(xiàn)方案。
如在圖13中所示，集成電路90可配置適合于通過(guò)電磁耦合的環(huán)或令牌環(huán)總線(xiàn)通信的發(fā)送耦合器102和分開(kāi)的接收耦合器98。集成電路90還可包括一通過(guò)輸入/輸出接口94通信的邏輯電路92。接收器96解調(diào)到達(dá)電磁耦合器98的射頻信號(hào)，為輸入/輸出接口94產(chǎn)生一輸入信號(hào)95。一般地，輸入信號(hào)95傳送由另一個(gè)電磁耦合到環(huán)形總線(xiàn)的部件發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)的目的地址是集成電路90，則輸入/輸出接口94將數(shù)據(jù)傳遞到邏輯電路93。否則輸入/輸出接口94將數(shù)據(jù)編碼成一輸出信號(hào)97并將它傳遞到發(fā)送器100。發(fā)送器100為電磁耦合器102提供由輸出信號(hào)97調(diào)制的射頻信號(hào)。
輸入/輸出接口94還將由邏輯電路93生成的要被發(fā)送到環(huán)形總線(xiàn)上另一個(gè)部件的任何數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。輸入/輸出接口94將這個(gè)數(shù)據(jù)連同這個(gè)數(shù)據(jù)的預(yù)定接受者信號(hào)一起編碼，并將已編碼的輸出信號(hào)97交付給發(fā)送器100，這個(gè)發(fā)送器將已編碼的信號(hào)發(fā)送到環(huán)形總線(xiàn)上。
圖14是支持與圖13的集成電路90相似的幾個(gè)集成電路90的印刷電路板簡(jiǎn)化的橫截面。嵌入在印刷電路板104內(nèi)或定位在印刷電路板104上的分開(kāi)的短跡線(xiàn)106以電磁方式耦合在鄰接的集成電路90上的耦合器對(duì)98和102。還可包括諸如上面關(guān)于本發(fā)明其它實(shí)施例所討論的屏蔽。例如，屏蔽面108可將跡線(xiàn)106互相屏蔽開(kāi)來(lái)。雖然未在圖14中示出，印刷電路板90還可包括在跡線(xiàn)108的上面和下面的屏蔽面，并且集成電路90可包括在電磁耦合器98和102上面和在集成電路90的基底上所實(shí)現(xiàn)的電路下面以提供屏蔽。
雖然上述本發(fā)明實(shí)施例使用傳輸線(xiàn)作為中間的類(lèi)似總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)在集成電路之間通信，但是本發(fā)明不受限于包含傳輸線(xiàn)或任何類(lèi)型總線(xiàn)方案的非接觸傳輸。
圖15-16示出一個(gè)本發(fā)明典型實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中集成電路直接以非接觸方式互相通信。如在圖15中所示(側(cè)截面圖)，一組(在這個(gè)例子中是三個(gè))集成電路112(1)-112(3)被垂直地堆疊。例如集成電路112(3)可能包括一計(jì)算機(jī)處理器，集成電路112(1)和112(3)可能實(shí)現(xiàn)處理器所訪問(wèn)的存儲(chǔ)器。每個(gè)集成電路112(1)-112(3)包括一個(gè)基底116，在這個(gè)基底中構(gòu)成電路系統(tǒng)。例如，這個(gè)電路系統(tǒng)可能包括一邏輯電路，一輸入/輸出接口，以及用與圖4的集成電路14、圖8的集成電路60或圖13的集成電路90相似的方案配置一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器。在每個(gè)集成電路112(1)-112(3)中的收發(fā)器連接到對(duì)應(yīng)的電磁耦合器118(1)-118(3)，最好在基底116內(nèi)或其上構(gòu)成這些耦合器。將電磁耦合器118(1)-118(3)互相鄰近地定位，以便互相以電磁方式耦合。在這種方式下，集成電路112(1)-112(3)通過(guò)硅以非接觸方式互相通信，而不需要通孔或?qū)щ姷拇怪辈考曰ミB被堆疊的小片(dice)。
能這樣布置集成電路112(1)-112(3)，使得每個(gè)電磁耦合器118(1)-118(3)以電磁方式耦合到所有其它的電磁耦合器?？商鎿Q地，耦合器118(1)-118(3)可被調(diào)諧并“緊密地”(tightly)耦合到充當(dāng)諧振變壓器，將在電磁耦合器118(1)和118(3)之間垂直地在任一方向傳遞射頻信號(hào)而沒(méi)有最小的衰減。在這樣的方案中，由一個(gè)集成電路118進(jìn)行的傳輸將被所有其它集成電路接收并解碼。不過(guò)，只有這個(gè)傳輸所定址的集成電路才會(huì)保留并處理這個(gè)傳輸中的數(shù)據(jù)。
可替換地，可這樣布置(以及或屏蔽)每個(gè)集成電路112，使得它的電磁耦合器118只電磁耦合到上面剛提到的和/或下面將提到的集成電路的電磁耦合器?？墒褂弥T如關(guān)于圖13和14在上面所述的這樣的通信協(xié)議。例如，在從一個(gè)鄰居接收到傳輸時(shí)，集成電路118解碼這個(gè)傳輸?shù)哪康牡刂?。如果這個(gè)傳輸定址于這個(gè)集成電路，那么集成電路解碼并處理這個(gè)傳輸中的數(shù)據(jù)。不過(guò)如果這個(gè)傳輸不定址于這個(gè)集成電路，這個(gè)集成電路將這個(gè)傳輸轉(zhuǎn)送給它的鄰居。
可包括可任選的屏蔽。例如，在集成電路118(1)-118(3)可包括屏蔽面126，以將每個(gè)集成電路中的電路系統(tǒng)與電磁耦合器118(1)-118(3)屏蔽開(kāi)來(lái)。如果包括這樣的屏蔽面128，在電磁耦合器118(1)-118(3)之間的屏蔽面中應(yīng)該包括空隙128。依照上面討論的屏蔽原則可包括附加的屏蔽以提供更完全的屏蔽。
如在圖15中所示，堆疊的集成電路112(1)-112(3)可任選地安裝在印刷電路板114上。堆疊的集成電路112(1)-112(3)可與印刷電路板114進(jìn)行常規(guī)的物理接觸類(lèi)型的電連接?？商鎿Q地，堆疊的集成電路112(1)-112(3)可用非接觸方式與印刷電路板114通信。在圖15中示出這樣一個(gè)方案。因此集成電路112(3)以非接觸方式與印刷電路板114通信，并且依照上面討論的屏蔽原則，印刷電路板114包括可任選地的屏蔽。如還是在圖15中所示的，可包括電源或地連接115，為集成電路118(1)-118(3)提供電源、接地和參考電壓連接。
如所示的，與圖3的印刷電路板21相似的印刷電路板114，包括布置在兩個(gè)屏蔽面122和124之間的跡線(xiàn)120。跡線(xiàn)120可將射頻信號(hào)傳送到印刷電路板114上的另一個(gè)電子部件。其它電子部件的例子包括，但不限于此，其它集成電路或其它集成電路的堆疊。集成電路112(3)的電磁耦合器118(3)駐留在可選擇的屏蔽面122中的空隙121的附近，因此耦合器118(3)以電子方式耦合到跡線(xiàn)120。依照上面討論的屏蔽原則，可包括附加的屏蔽面或材料以更完全地屏蔽跡線(xiàn)120和電磁耦合118(3)與跡線(xiàn)120之間的非接觸通信通路。
圖16示出一典型實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，集成電路130的一部分與這個(gè)集成電路的另一部分非以非接觸方式通信。如所示的，集成電路130具有在其半導(dǎo)體基底132的上表面和下表面兩者之上構(gòu)成的電路。電路可用與圖4的集成電路14、圖8的集成電路60或圖13的集成電路90的方案相似的方案包括邏輯電路、輸入/輸出接口電路和射頻收發(fā)器。電磁耦合器134與在基底132的一側(cè)上的電路系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，并且第二電磁耦合器140與這個(gè)基底的另一側(cè)上的電路系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。在這種方式下，耦合器134和140以電磁方式耦合，因此在基底132的一側(cè)上的電路系統(tǒng)能以非接觸方式與在這個(gè)基底的另一側(cè)上的電路系統(tǒng)通信。
在圖15所示的實(shí)施例中可任選地包括完全或部分地屏蔽。例如，可適當(dāng)?shù)夭贾闷帘蚊?38和144以將基底132的兩側(cè)的集成電路與耦合器134、140屏蔽開(kāi)來(lái)。依照上面討論的原則可包括附加的屏蔽，以更完全地將集成電路與耦合器134、140屏蔽開(kāi)來(lái)。在需要讓耦合器134和140以電磁方式互相耦合時(shí)在這個(gè)屏蔽中提供空隙。
如在上面圖15中所示的“堆疊的”(stacked)集成電路實(shí)施例那樣，在圖16中所示的雙側(cè)支持的(dual-sided)實(shí)施例可安裝在印刷電路板146上。如在上面關(guān)于圖15所討論的，可使用常規(guī)的物理接觸結(jié)構(gòu)，或者可使用依照目前的發(fā)明以非接觸方式耦合與印刷電路板146通信。圖16示出具有可任選的用于屏蔽傳輸線(xiàn)148的屏蔽面302、304的后者。在屏蔽面302中提供空隙306以讓耦合器140耦合到傳輸線(xiàn)148。如上面所討論的，可增加附加的屏蔽以更完全地屏蔽跡線(xiàn)148。
雖然在圖16中未示出，可包括電源和地連接(諸如在圖15中的115)，為集成電路130提供電源、接地和參考電壓連接。此外，多個(gè)與集成電路130相似的集成電路(在基底的兩側(cè)都集成了電路系統(tǒng))可象圖15所示那樣堆疊起來(lái)。
當(dāng)然，兩個(gè)或多個(gè)集成電路，每個(gè)具有一電磁耦合器，可這樣簡(jiǎn)單地布置它們，使得它們的電磁耦合器足夠鄰近以電磁方式互相耦合。以電磁方式互相耦合的電磁耦合器最好被布置在相互間二十五毫米之內(nèi)。不過(guò)，本發(fā)明不受限于，將任何電磁耦合器布置在任何其它電磁耦合器的二十五毫米之內(nèi)。
圖17a至17c示出典型實(shí)施例，在實(shí)施例中安排了兩個(gè)或多個(gè)集成電路以及在兩個(gè)或多個(gè)集成電路之間具有直接的無(wú)線(xiàn)通信通路和信道。集成電路可安裝在印刷電路板(未示出)或適合于保護(hù)集成電路的其它基底或框架上。在這些典型方案中，在集成電路的外邊緣上構(gòu)成電磁耦合器。在圖17a中，這樣安排集成電路600和604，使得它們能無(wú)線(xiàn)地相互通信。在圖17b中，這樣安排三個(gè)集成電路610、614、418，使得每個(gè)集成電路能夠與其它集成電路無(wú)線(xiàn)地通信。在圖17c中，一個(gè)集成電路630包括四個(gè)電磁耦合器，將每一個(gè)安排為與集成電路634-646之一電磁耦合。
依照上面討論的屏蔽原則，可任選性地包括并布置屏蔽材料，以便全部或部分地屏蔽或“關(guān)閉”(close)集成電路之間的一個(gè)或多個(gè)非接觸通信信道。例如，可將屏蔽材料(在圖17a-17c中未示出)設(shè)置在電磁耦合器601、602、611、612、613、660、662、664、666、668、670、672、674與在圖17a-17c中所示的任何集成電路上的電路系統(tǒng)之間，如上所述。如在圖17a中所示，還可布置屏蔽面或跡線(xiàn)606、608，以便屏蔽在兩個(gè)或多個(gè)耦合的電磁耦合器601、602之間的非接觸通信通路。雖然在圖17a中未示出，在集成電路600和604的上面和下面(從圖17a觀察)可包括附加屏蔽面或跡線(xiàn)，以更全面地屏蔽耦合器601和606之間的非接觸通信通路。類(lèi)似地，可布置屏蔽材料620、622以屏蔽在圖17b的耦合器611、612、613之間的非接觸通信通路，并且在集成電路610、614、618的上面和下面(從圖17b觀察)可包括附加的屏蔽(未示出)。圖17c同樣示出將耦合器660和662之間的非接觸通信通路與耦合器664和666之間的非接觸通信通路屏蔽開(kāi)來(lái)的典型屏蔽材料650。屏蔽材料648、654、652類(lèi)似地在下列耦合器對(duì)之間的非接觸通信通路668和670，672和674，以及650和652。在鄰接的耦合器之間的耦合區(qū)域的上面和下面(從圖17c觀察)可放置附加的屏蔽材料(未示出)，以更全面地屏蔽接觸通信通路。
雖然在圖1-17c中所示的電磁耦合器被示為由直線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成的，但是可以由包括但不限于螺旋式在內(nèi)的任何其它形狀的導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成耦合器。實(shí)際上，能選擇電磁耦合器的形狀和尺寸，以引起預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的電感和電容，以便構(gòu)成調(diào)諧的或諧振的電路或射頻變壓器結(jié)構(gòu)。此外，如上面對(duì)于在圖1-16中所示的集成電路所述的，電磁耦合器601、602、611、612、613、660、662、664、666、668、670、672、674最好使用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)在集成電路內(nèi)構(gòu)成?？商鎿Q地，電磁耦合器能作為半導(dǎo)體封裝的部分被制造。
圖18示出在半導(dǎo)體基底402之上或之內(nèi)構(gòu)成的典型螺旋式耦合器404。在這個(gè)基底上還構(gòu)成的是收發(fā)器電路系統(tǒng)406和與圖4、8、13中所示的電路相似的功能電路系統(tǒng)408。圖19示出螺旋式耦合器404和收發(fā)器電路系統(tǒng)406與傳輸線(xiàn)(在圖18中未示出)等這個(gè)螺旋式耦合器所要耦合的耦合器的電路模型等效阻抗。在圖19中，L1和C1表示螺旋式導(dǎo)線(xiàn)404和它到收發(fā)器電路系統(tǒng)406的連接通路的電感和電容；R1表示收發(fā)器電路系統(tǒng)406的輸入或輸出阻抗；以及L2和C2表示這個(gè)螺旋式導(dǎo)線(xiàn)404所要耦合的傳輸線(xiàn)(在圖18中未示出)的電感和電容。
可選擇在螺旋式耦合器404和傳輸線(xiàn)等耦合器404之間的間距，以在稍微大于0.0至1.0的范圍內(nèi)提供一鏈接耦合因數(shù)(link coupling factor)k。可改變電感L1和L2以及電容C1和C2的大小以使雙頻載波信號(hào)在如下的頻率fc諧振，fc＝1/[2PI(L1C1)1/2]＝1/[2PI(L2C2)1/2] [1]由收發(fā)器的輸入阻抗R1，獲得要求的電路質(zhì)量因數(shù)(circuit qualityfactor)Q如下Q＝R1/[(L1C1)1/2][2]更高的Q值增加螺旋式耦合器118和傳輸線(xiàn)之間的耦合量，但也減少了射頻信號(hào)的帶寬。因而適當(dāng)?shù)倪x擇Q取決于收發(fā)器能夠容許的信號(hào)衰減量。
如果要求在電磁耦合器之間的緊密耦合，那么電磁耦合器可以是射頻載波頻率的波長(zhǎng)的四分之一，因而構(gòu)成一個(gè)諧振耦合結(jié)構(gòu)。不過(guò)如上面提到的，如果大量集成電路的電磁耦合器緊密地耦合到一條傳輸線(xiàn)，那么當(dāng)射頻信號(hào)沿傳輸線(xiàn)傳播時(shí)每個(gè)電磁耦合器將從射頻信號(hào)中提取相當(dāng)大的功率，并且在到達(dá)傳輸線(xiàn)末端的集成電路時(shí)射頻信號(hào)會(huì)變得嚴(yán)重衰減。如上面所討論的，在這樣一種情況下，最好調(diào)整電磁耦合器不太緊密地耦合到傳輸線(xiàn)，因此它們不會(huì)提取比允許收發(fā)器正確地檢測(cè)到輸入射頻信號(hào)所需要的更多功率。在只有少量集成電路以非接觸方式互相連接時(shí)，增加集成電路之間的耦合可有利于減少輻射的射頻能量并因此降低屏蔽要求。
盡管前面的說(shuō)明書(shū)已經(jīng)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的廣泛方面的情況下可對(duì)這些較佳實(shí)施例作出許多修改。例如，應(yīng)該理解能結(jié)合常規(guī)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)使用本發(fā)明。例如，上面所述的電子系統(tǒng)還可包括常規(guī)地通過(guò)物理接觸通信的集成電路和其它系統(tǒng)部件。如另一個(gè)例子，上面所述的任何收發(fā)器可用只發(fā)送或只接收的電路代替，當(dāng)在本發(fā)明的給定應(yīng)用中可能是適當(dāng)?shù)臅r(shí)候。此外，在圖4、8和13中的輸入/輸出接口15、64和94可被配置為除與收發(fā)器和邏輯電路之外還與其它部件通信。而且，在圖3中，集成電路14可安裝在印刷電路板21的兩側(cè)，在屏蔽面48中提供的空隙讓集成電路上的耦合器18安裝在印刷電路板21的下面(從圖3觀察)，以電磁方式與傳輸線(xiàn)22耦合。
類(lèi)似地，集成電路或集成電路的堆疊可安裝在圖10、14、15和16中所示的印刷電路板的兩側(cè)。
權(quán)利要求
1.一電子系統(tǒng)，其特征在于，包括一傳輸線(xiàn)，以及一組電子元器件，每個(gè)所述電子元器件包括一電磁耦合器，沿一段所述傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度布置每個(gè)所述電子元器件，并且使每個(gè)所述電子元器件與所述傳輸線(xiàn)空開(kāi)距離但與所述傳輸線(xiàn)足夠近，使得所述電子元器件的所述電磁耦合器以電磁方式與所述傳輸線(xiàn)耦合，為所述電子元件組之一的電子耦合器提供的數(shù)據(jù)是以非接觸方式傳送到所述傳輸線(xiàn)，并從所述傳輸線(xiàn)傳送到所述電子元件組的至少一個(gè)另外的電子元件的電磁耦合器。
2.如權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子元件組的至少一個(gè)電子元件是一集成電路。
3.如權(quán)利要求2所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述集成電路的電磁耦合器比所述集成電路小。
4.如權(quán)利要求2所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述集成電路的電磁耦合器被集成在所述集成電路的封裝中。
5.如權(quán)利要求2所述的電子系統(tǒng)，還包括布置在所述集成電路上的電路系統(tǒng)和所述集成電路的電磁耦合器之間的屏蔽材料。
6.如權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子元件組的至少兩個(gè)電子元件是集成電路。
7.如權(quán)利要求6所述的電子系統(tǒng)，還包括一基底，其特征在于，所述傳輸線(xiàn)包括布置在所述基底上的導(dǎo)電材料，并且為所述基底附著每個(gè)所述的集成電路。
8.如權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子元件組的至少一個(gè)是一第一電路板。
9.如權(quán)利要求8所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸線(xiàn)被布置在一第二電路板上。
10.如權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，還包括被布置以至少部分地屏蔽所述傳輸線(xiàn)的屏蔽材料。
11.如權(quán)利要求10所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述屏蔽材料包括空隙，所述電子元件組的所述電磁耦合器通過(guò)所述空隙以電磁方式與所述傳輸線(xiàn)耦合。
12.如權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，還包括一組傳輸線(xiàn)。
13.如權(quán)利要求12所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述電子元件的至少一個(gè)包括一組電磁耦合器。
14.如權(quán)利要求13所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)電子元件的每個(gè)所述電磁耦合器以電磁方式耦合到所述傳輸線(xiàn)組的一對(duì)應(yīng)的傳輸線(xiàn)。
15.如權(quán)利要求12所述的電子系統(tǒng)，還包括被布置在每個(gè)所述傳輸線(xiàn)組之間的屏蔽材料。
16.如權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，沿所述傳輸線(xiàn)布置所述電子元件組，使得每個(gè)電子元器件的電磁耦合器不要距離所述傳輸線(xiàn)超過(guò)約十毫米。
17.一電子系統(tǒng)包括一包括一第一電磁耦合器的第一集成電路，以及一包括一第二電磁耦合器的第二集成電路，布置所述第一集成電路和所述第二集成電路，使得所述第一電磁耦合器和所述第二電磁耦合器互相空開(kāi)但足夠鄰近以電磁方式耦合，其特征在于，為所述第一電磁耦合器提供的數(shù)據(jù)被以非接觸方式傳送到所述第二電磁耦合器。
18.如權(quán)利要求17所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電磁耦合器距離所述第二電磁耦合器不超過(guò)約十毫米。
19.如權(quán)利要求17所述的電子系統(tǒng)，還包括一基底，其特征在于，將所述第一集成電路和所述第二集成電路安裝到所述基底。
20.如權(quán)利要求17所述的電子系統(tǒng)，還包括一基底，其特征在于，將所述第一集成電路安裝到所述基底，并且將所述第二集成電路安裝到所述第一集成電路。
21.如權(quán)利要求17所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電磁耦合器比所述第一集成電路小。
22.如權(quán)利要求21所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電磁耦合器比所述第二集成電路小。
23.如權(quán)利要求17所述的電子系統(tǒng)，還包括在所述第一集成電路上的電路系統(tǒng)和所述第一電磁耦合器之間布置的屏蔽材料。
24.如權(quán)利要求23所述的電子系統(tǒng)，還包括在所述第二集成電路上的電路系統(tǒng)和所述第二電磁耦合器之間布置的屏蔽材料。
25.如權(quán)利要求17所述的電子系統(tǒng)，還包括為至少部分地屏蔽所述第一電磁耦合器與所述第二電磁耦合器之間的一非接觸通信信道所布置的屏蔽材料。
26.如權(quán)利要求17所述的電子系統(tǒng)，還包括一組集成電路，每一個(gè)包括一電磁耦合器，布置所述集成電路組使得每個(gè)所述集成電路組的一電磁耦合器以電磁方式與所述集成電路的至少一個(gè)另外的集成電路的一電磁耦合器耦合。
27.在一包括一基底的電子系統(tǒng)中，所述基底具有一傳輸線(xiàn)和一組沿一段所述傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度安裝于所述基底上的電子元件，其特征在于，所述電子元件組的每一個(gè)與所述傳輸線(xiàn)空開(kāi)但又足夠鄰近于所述傳輸線(xiàn)以電磁方式耦合到所述傳輸線(xiàn)，一方法包括為所述電子元件組的一第一電子元件的一第一電磁耦合器提供數(shù)據(jù)；以電磁方式將來(lái)自所述第一電磁耦合器的所述數(shù)據(jù)傳送到所述傳輸線(xiàn)；以電磁方式將來(lái)自所述傳輸線(xiàn)的所述數(shù)據(jù)傳送至所述電子元件組的一第二電子元件的一第二電磁耦合器。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述第一和所述第二元件的至少一個(gè)是一集成電路。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一和所述第二電子元器件兩者都是集成電路。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，沿所述傳輸線(xiàn)布置所述電子元件組，使得每個(gè)所述電子元件組的電磁耦合器距離所述傳輸線(xiàn)不超過(guò)約十毫米。
全文摘要
電磁互連方法和設(shè)備在電子系統(tǒng)的元件之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的鄰近連接。將在電子系統(tǒng)的元件之間要傳送的數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號(hào)，并通過(guò)電磁耦合以非接觸方式發(fā)送這個(gè)信號(hào)?？芍苯釉谙到y(tǒng)的元件之間或通過(guò)中間的傳輸介質(zhì)進(jìn)行電磁耦合。
文檔編號(hào)H04B5/00GK1620652SQ01823223
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2001年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月8日
發(fā)明者C·A·米勒 申請(qǐng)人:佛姆法克特股份有限公司