專利名稱：電磁耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于總線通信的電磁耦合裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電磁耦合裝置使能量能夠通過(guò)交互作用的電場(chǎng)和磁場(chǎng)而在系統(tǒng)的組件之間傳遞。利用耦合系數(shù)來(lái)量化這些交互作用。電容耦合系數(shù)是每單位長(zhǎng)度耦合電容Cm與兩條耦合傳輸線每單位長(zhǎng)度電容幾何平均值C1之比。同樣地，電感耦合系數(shù)是每單位長(zhǎng)度互感Lm與兩條耦合傳輸線每單位長(zhǎng)度電感幾何平均L1之比。


圖1顯示傳統(tǒng)的寬邊耦合器，其中兩條相鄰印刷電路板導(dǎo)體傳輸線的兩個(gè)最寬面以電磁方式耦合。圖2顯示邊緣耦合器，其中在相同層上的兩個(gè)導(dǎo)體的窄面被耦合。
傳統(tǒng)耦合裝置有幾個(gè)方面的缺點(diǎn)。由于傳輸線幾何結(jié)構(gòu)和兩條耦合傳輸線的相對(duì)位置的制造公差(“x，y，z變化”)的緣故，耦合器呈現(xiàn)電容耦合系數(shù)方面的相當(dāng)大變化。另外，在一般制造實(shí)踐中，導(dǎo)體的寬度容易有+/-0.5和+/-1.0密耳之間的變化，在印刷電路板(PCB)內(nèi)導(dǎo)體層的相對(duì)對(duì)準(zhǔn)容易有+/-5密耳(x，y軸)的變化，各導(dǎo)體層之間的距離會(huì)有+/-2密耳(z軸)的變化，而用于導(dǎo)引插銷的孔的位置容易有+/-4密耳(x，y軸)的變化。
因此，傳統(tǒng)的耦合器由于對(duì)制造偏差太敏感而不能用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。
本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)耦合器的這些及其他缺點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)介下面通過(guò)附圖中的實(shí)例(但本發(fā)明不限于這些實(shí)例)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中相同的參考符號(hào)表示相同的元件，并且附圖中圖1顯示先有技術(shù)的寬邊耦合器。
圖2顯示先有技術(shù)的邊緣耦合器。
圖3、4和5顯示包括兩個(gè)導(dǎo)體的耦合器的一部分的實(shí)施例。
圖6A、6B和7顯示多個(gè)交叉耦合器段的實(shí)施例。
圖8和9顯示電容耦合系數(shù)的變化。
圖10A和10B顯示耦合器實(shí)施例。
圖11A和11B顯示具有多個(gè)耦合器的數(shù)字總線通信系統(tǒng)。
圖12A、12B、12C和12D顯示耦合器截面的實(shí)施例。
圖13顯示耦合器截面的另一個(gè)實(shí)施例。
圖14顯示圖13所示截面的正交視圖。
圖15顯示母板上耦合器的實(shí)施例及折曲電路。
詳細(xì)說(shuō)明公開一種電磁(EM)耦合器。在一個(gè)實(shí)施例中，電磁耦合器包括具有第一幾何結(jié)構(gòu)的第一傳輸結(jié)構(gòu)和具有第二幾何結(jié)構(gòu)的第二傳輸結(jié)構(gòu)，第二幾何結(jié)構(gòu)可以不同于第一幾何結(jié)構(gòu)。在第一和第二傳輸結(jié)構(gòu)之間形成電磁耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇第一和第二幾何結(jié)構(gòu)以便降低電磁耦合對(duì)第一和第二傳輸結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置的敏感性。電磁耦合器結(jié)構(gòu)可以物理地分離為兩半部分，以便用于互連應(yīng)用場(chǎng)合。
在一個(gè)實(shí)施例中，電磁耦合器提供一種可拆式雙向?qū)拵я詈涎b置，并提供健壯的性能而不管傳輸結(jié)構(gòu)的偏差。所述耦合器還可以具有這樣的阻抗它被可以在寬的頻率范圍內(nèi)對(duì)它進(jìn)行控制以避免反射損耗。這樣，所述耦合器可以用來(lái)發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，電磁耦合器還提供雙向信號(hào)傳輸，也就是說(shuō)，耦合器的傳輸特性在正向和反向信號(hào)傳輸方向上基本是相同的。在一個(gè)實(shí)施例中，電磁耦合器的傳輸線阻抗與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電路相適應(yīng)。
圖3顯示包括兩個(gè)導(dǎo)體部分A和B的配置的耦合器，這兩部分被諸如空氣的電介質(zhì)隔開。圖4顯示這些導(dǎo)體部分的頂視圖。如圖4中所示，導(dǎo)體A被從公共縱軸旋轉(zhuǎn)了角410，而導(dǎo)體B被從相同的公共縱軸旋轉(zhuǎn)了相等而相反的角410。
圖5顯示具有包括平行板電容和邊緣電容的總電容的耦合器。在重疊區(qū)域510，來(lái)自重疊的導(dǎo)體部分的電容貢獻(xiàn)一般類似于具有平行四邊形板的平行板電容器的電容。在區(qū)域520中導(dǎo)體A和B之間的電容是邊緣電容。外邊界邊緣525顯示這樣的點(diǎn)在這些點(diǎn)上，兩個(gè)導(dǎo)體A和B之間增加的邊緣電容可以忽略、例如小于耦合器總電容的0.1％。
平行板電容和邊緣電容的組合提供了不顧相對(duì)于標(biāo)稱位置的偏差的幾乎恒定的耦合電容。恒定的耦合電容提供了健壯的耦合，即使各導(dǎo)體沒有被對(duì)準(zhǔn)。因此，兩個(gè)導(dǎo)體可以在其互電容耦合系數(shù)沒有明顯變化的情況下在x和y方向上彼此相對(duì)移動(dòng)。
只要兩個(gè)導(dǎo)體具有這樣的長(zhǎng)度、使得沒有干擾特征、例如任一導(dǎo)體的末端或任一導(dǎo)體的彎曲部分落在導(dǎo)體的重疊區(qū)域510或邊緣區(qū)域520中、從而極大地?cái)_亂了平行板和邊緣電容，則在x、y平移的條件下這種恒定的耦合系數(shù)特性就能保持。但若存在干擾特征，耦合器可以仍舊起作用，但耦合系數(shù)可能明顯地變化，性能可能下降。
若兩個(gè)導(dǎo)體之間的垂直分隔距離d增加，則圖5中區(qū)域510的平行板部分的貢獻(xiàn)將隨1/d而減小。但是，圖5的區(qū)域520的邊緣電容可以貢獻(xiàn)所述各導(dǎo)體之間總耦合電容的25％。邊緣電容區(qū)域中導(dǎo)體的表面元件之間的距離既決定于導(dǎo)體分隔距離d又決定于選擇的角410。邊緣電容貢獻(xiàn)按照明顯地小于1/d的比率改變。因此，圖5中所示的間隔距離d并相對(duì)地旋轉(zhuǎn)所選的角410的導(dǎo)體A和B之間的耦合系數(shù)的變化率明顯地小于圖1和2中所示的具有寬邊或邊緣配置的耦合器之間的變化率，在圖1和2中所示的耦合器中幾乎所有的耦合電容都呈現(xiàn)1/d的相關(guān)性。
可以通過(guò)在耦合器區(qū)域的固定長(zhǎng)度內(nèi)使用多個(gè)交叉耦合器段來(lái)增加耦合系數(shù)，如圖6A所示。參照?qǐng)D6A，導(dǎo)體A由平面上多個(gè)連接的段構(gòu)成，其中相鄰段被安排成具有相對(duì)于導(dǎo)體縱軸的交變的角位移。第二個(gè)以類似的方式分段的導(dǎo)體B通過(guò)電介質(zhì)與導(dǎo)體A隔開預(yù)定的距離，其各段位于與導(dǎo)體A平行的平面上并被這樣排列、使得其各段的角位移處在相對(duì)于導(dǎo)體A的對(duì)應(yīng)段的相反的指向、以形成圖6A中所示的鋸齒形結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體A和導(dǎo)體B的結(jié)構(gòu)處在其標(biāo)稱位置時(shí)其縱軸在同一直線上，如圖6A所示。(或者，一個(gè)導(dǎo)體可以具有鋸齒形的幾何形狀，而另一個(gè)導(dǎo)體可以具有直線形的幾何形狀。此替代的實(shí)施例顯示于圖6B中，圖6B示出具有一個(gè)直導(dǎo)體A并具有另一個(gè)以鋸齒形幾何形狀分段的導(dǎo)體B的耦合器。)通過(guò)在每單位長(zhǎng)度上提供若干平行板電容區(qū)域610和邊緣電容區(qū)域620，圖6A中所示的幾何結(jié)構(gòu)增加了耦合導(dǎo)體A和B之間可用的電容耦合系數(shù)，同時(shí)保留了圖5中所示耦合器的對(duì)齊不敏感特性。
除了電容耦合系數(shù)外，所述耦合器還具有電感耦合系數(shù)，后者是從導(dǎo)體和每個(gè)導(dǎo)體的自感之間的互感推出的?；ジ忻枋鰪囊粋€(gè)導(dǎo)體到另一個(gè)導(dǎo)體以磁的方式傳遞的能量。例如，流經(jīng)一個(gè)導(dǎo)體的時(shí)變電流將產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，所述時(shí)變磁場(chǎng)導(dǎo)致電流流經(jīng)另一個(gè)導(dǎo)體。自感描述當(dāng)電流流經(jīng)一個(gè)導(dǎo)體并產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)所存儲(chǔ)的能量。
電感耦合系數(shù)是導(dǎo)體之間的互感與每一單獨(dú)導(dǎo)體的自感的幾何平均值的比值，它也與導(dǎo)體之間的幾何平均距離成比例。互感與耦合器導(dǎo)體的長(zhǎng)度成比例。具有給定的幾何形狀的結(jié)構(gòu)的電容和電感參數(shù)由所述結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)所決定。
因此，一旦設(shè)計(jì)了具有適合幾何形狀的結(jié)構(gòu)以獲得所需的一組電容參數(shù)后，電感參數(shù)也被確定了。
電容和電感耦合特性的交互作用有特殊的意義，特別是在較高的頻率下。所述交互作用產(chǎn)生耦合器的方向性。通過(guò)將耦合器的長(zhǎng)度控制為所需低頻端波長(zhǎng)的最佳的幾分之幾，來(lái)確定最佳頻率范圍內(nèi)耦合器接收導(dǎo)體上前向和反向的能流的相對(duì)值(方向性)。例如，1厘米的長(zhǎng)度將在400兆赫(MHz)到3吉赫(GHz)的范圍內(nèi)產(chǎn)生大約3dB方向性。
只要兩個(gè)導(dǎo)體的相鄰邊緣之間的距離大于給定距離，圖6A中所示耦合器的耦合系數(shù)大小將在導(dǎo)體A和B的相對(duì)x和y位移的大范圍內(nèi)保留基本上不變。在圖7中所示的限制情況下，當(dāng)x、y位移足夠大、使得導(dǎo)體A和B的相鄰邊緣710和720互相很接近時(shí)，耦合系數(shù)將開始增大。因此，讓耦合系數(shù)保持基本上保持不變的x、y位移的范圍受控于合理選擇段長(zhǎng)度(例如0.125厘米)及位移角度(例如35度)。此外，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體寬度、導(dǎo)體間隔和段數(shù)目的值，可以獲得一系列耦合系數(shù)。
例如，圖8顯示包括5密耳寬的導(dǎo)體的耦合器的電容耦合系數(shù)的計(jì)算的變化值。圖8中x和y尺寸偏移最大達(dá)8密耳。在此范圍內(nèi)，電容耦合系數(shù)的變化小于平均值的+/-2％。
圖9顯示在z軸方向上耦合器導(dǎo)體之間的間隔距離的變化的情況下電容耦合系數(shù)的計(jì)算的變化值。它表明對(duì)于導(dǎo)體之間間隔的+/-30％的改變，電容耦合系數(shù)的變化小于+/-15％。這與基于圖1和2中顯示的幾何形狀的平行板的形成對(duì)比，基于圖1和2中顯示的幾何形狀的平行板顯示在相同的導(dǎo)體間隔范圍內(nèi)，有+40/-30％的變化。
除了圖6A中所示幾何結(jié)構(gòu)耦合系數(shù)的穩(wěn)定性外，在耦合器結(jié)構(gòu)中還可利用幾種替代幾何結(jié)構(gòu)。這些替代的幾何結(jié)構(gòu)可以減少遠(yuǎn)場(chǎng)電磁輻射、提高耦合器寬帶特性，減少阻抗不連續(xù)性并允許使用替代材料以改善性能和靈活性。
電磁耦合器的替代幾何結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例示于圖10A。參照?qǐng)D10A，所述電磁耦合器包括差分導(dǎo)體對(duì)1010和1012。導(dǎo)體1010耦合到第二導(dǎo)體1014，而導(dǎo)體1012耦合到第二導(dǎo)體1016。第一基準(zhǔn)面1019置于第一組導(dǎo)體1010、1012的下面，作為這些傳輸線的返回導(dǎo)體。第二基準(zhǔn)面1020置于第二組導(dǎo)體1014和1016的上面，作為傳輸線1014和1016的返回導(dǎo)體。第一導(dǎo)體1010和1012的末端1010B和1012B以匹配的終端電阻器1024和1026終止。所述第二組導(dǎo)體的末端1014B和1016B也用匹配的電阻器1028和1030終止。
差分?jǐn)?shù)字信號(hào)加到第一導(dǎo)體的末端1010A和1012A，然后在導(dǎo)體末端組1014A和1016A上觀察作為結(jié)果的差分耦合信號(hào)。相反地，差分?jǐn)?shù)字信號(hào)加到第二導(dǎo)體的末端1014A和1016A，然后在導(dǎo)體末端組1010A和1012A上觀察作為結(jié)果的差分耦合信號(hào)。這樣，所述第一和第二組導(dǎo)體通過(guò)其電磁場(chǎng)互易地耦合。耦合器的對(duì)準(zhǔn)不敏感性通過(guò)減小了由導(dǎo)體1010和1014構(gòu)成的耦合器和由導(dǎo)體1012和1016構(gòu)成的耦合器之間的失配而有助于差分信令。
圖10A中所示的差分耦合器減小了輻射效應(yīng)。利用差分信令，在反相電流在差分導(dǎo)體對(duì)中流動(dòng)的情況下，使輻射隨著離開差分對(duì)的距離的增加而迅速地下降到零。因此，與單端實(shí)現(xiàn)方案相比，耦合器的差分信令方案提供較低電平的遠(yuǎn)場(chǎng)電磁輻射。除了所述差分實(shí)施例外，耦合器還可用于單端實(shí)現(xiàn)方案中，其中單一的導(dǎo)體電磁耦合到單一的導(dǎo)體，如圖6A所示。
此外，通過(guò)為耦合器選擇偶數(shù)個(gè)導(dǎo)體段(例如八個(gè)段)，可以進(jìn)一步減小遠(yuǎn)場(chǎng)輻射效應(yīng)。與利用奇數(shù)個(gè)導(dǎo)體段的實(shí)現(xiàn)方案相比，這提供潛在的較低的遠(yuǎn)場(chǎng)電磁輻射電平。
圖10A的耦合差分信號(hào)的結(jié)構(gòu)具有差分導(dǎo)體對(duì)，所述差分導(dǎo)體對(duì)交替地互相靠近、然后分開。因?yàn)榈诙鬏斀Y(jié)構(gòu)的導(dǎo)體1014和1016的各段具有與導(dǎo)體1010和1012分別相同并且相反的角位移，所以，這種結(jié)構(gòu)減小了由來(lái)自導(dǎo)體X、Y變化的不對(duì)準(zhǔn)引起的導(dǎo)體1010和1016以及導(dǎo)體1012和1014之間的電容性串?dāng)_效應(yīng)。
圖10B顯示圖10A實(shí)施例的替代的幾何結(jié)構(gòu)。在圖10B中，差分導(dǎo)體對(duì)1010和1012具有分段的、角旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)體對(duì)的一個(gè)導(dǎo)體的每個(gè)段具有這樣的角位移、使得所述段平行于所述導(dǎo)體對(duì)的另一導(dǎo)體的對(duì)應(yīng)段。這產(chǎn)生這樣的差分導(dǎo)體對(duì)這些導(dǎo)體在整個(gè)耦合器長(zhǎng)度范圍內(nèi)保持互相平行的位置。在這種配置中，第二傳輸結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體1014和1016的各段具有分別與導(dǎo)體1010和1012的相同而相反的角位移，同時(shí)也保持導(dǎo)體1014和1016的對(duì)應(yīng)的段互相平行。但是，圖10B的所述替代的實(shí)施例比圖10A的實(shí)施例對(duì)于電容性串?dāng)_有較高的敏感度。
在一個(gè)實(shí)施例中，耦合器被設(shè)計(jì)成避免阻抗不連續(xù)性或電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改變，其方法是不使用多個(gè)印刷電路板(PCB)層之間的連接并且避免急轉(zhuǎn)(直角)的彎曲。(但在一替代實(shí)施例中，可以將耦合器設(shè)計(jì)為具有不連續(xù)性或場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改變。)通過(guò)將彎曲處的外邊緣輕微倒角以保持導(dǎo)體寬度在整個(gè)彎曲部位都近乎不變，來(lái)進(jìn)一步減小耦合器段之間小角彎曲的不連續(xù)性效應(yīng)。
圖11A表示數(shù)字總線通信系統(tǒng)中包括多個(gè)耦合器的系統(tǒng)實(shí)施例的電特性。導(dǎo)體1112(例如，它可能在計(jì)算機(jī)的母板上)包括沿其長(zhǎng)度方向的兩個(gè)或兩個(gè)以上的耦合器1140、1141。母板上導(dǎo)體1112的末端1112A連接到收發(fā)信器1110，以允許按雙向方式傳送或接收數(shù)字信號(hào)。母板上導(dǎo)體1112的末端1112B的終端是等于該導(dǎo)體阻抗的電阻器1136。
每個(gè)耦合的導(dǎo)體的末端1114B和1134B的終端是用于高頻操作的匹配的電阻器1130、1132，因?yàn)樾盘?hào)的方向性的緣故，選擇末端1114B和1134B為離母板收發(fā)信器1110最遠(yuǎn)的末端。每個(gè)子卡具有分別連接到耦合導(dǎo)體1114A、1134A末端的收發(fā)信器1120、1122。收發(fā)信器1110發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)耦合器1140、1141被子卡收發(fā)信器1120、1122接收。相反地，收發(fā)信器1120、1122可以單獨(dú)地通過(guò)耦合器1140、1141發(fā)送數(shù)據(jù)，用于在收發(fā)信器1110處接收和解碼。圖11B顯示用于總線通信系統(tǒng)的差分方式的多個(gè)耦合器。
所述實(shí)施例包括諸如總線1112的數(shù)據(jù)通道，所述數(shù)據(jù)通道具有大體上均勻的電氣特性，用以在通過(guò)該數(shù)據(jù)通道耦合的各裝置之間傳送信號(hào)。所述均勻的電氣特性由一電磁耦合方案支持，所述方案使得可以在不顯著增加可歸因于傳輸線影響的噪聲的情況下使用高頻信令。這是通過(guò)確保只有少量能量(例如少于1％)在總線和耦合的子卡之間傳送來(lái)達(dá)到的。所述系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例以這樣的方式構(gòu)成、即、包括裝置1120和1122的子卡可以在對(duì)總線通信帶寬幾乎影響的情況下從系統(tǒng)拆下或插入系統(tǒng)中。
圖12A顯示圖10A耦合器的截面實(shí)施例，顯示的是導(dǎo)體相交處的點(diǎn)。差分導(dǎo)電信號(hào)跡線對(duì)1230A和1230B與另一差分導(dǎo)電信號(hào)跡線對(duì)1236A和1236B耦合。電介質(zhì)1212將導(dǎo)電信號(hào)跡線1230A和1230B分開。電介質(zhì)1220將導(dǎo)電信號(hào)跡線1236A和1236B分開。電介質(zhì)1216將所述各差分對(duì)分開。導(dǎo)電基準(zhǔn)面1210和1222為導(dǎo)電信號(hào)跡線提供返回路徑?？梢砸杂?jì)算機(jī)母板的整體的一部分的形式來(lái)構(gòu)造所述耦合器?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的刻蝕技術(shù)在電介質(zhì)片1216的表面上構(gòu)造具有所選寬度(例如5密耳)和厚度(例如1.4密耳)的耦合器傳導(dǎo)組件1230A、1230B、1236A、1236B。介質(zhì)片1216可以具有優(yōu)選的厚度(例如3.5密耳)和介電常數(shù)(例如4.5)。增加具有優(yōu)選的厚度(例如12密耳)和介電常數(shù)的附加電介質(zhì)層1212和1220，以便在耦合器元件1230A、1230B、1236A、1236B和外導(dǎo)電基準(zhǔn)面1210、1222之間提供所需的間隔。然后，可以使用傳統(tǒng)的阻抗控制電連接器來(lái)將母板耦合導(dǎo)體的末端連接線連接到子卡，這是目前的一貫做法。
通過(guò)在上導(dǎo)電基準(zhǔn)面和下導(dǎo)電基準(zhǔn)面1210和1222之間設(shè)置耦合器的交叉耦合導(dǎo)體(如圖12A所示)，就形成了雙帶狀線結(jié)構(gòu)。帶狀線結(jié)構(gòu)具有與奇模式傳播速度(在耦合器的各個(gè)導(dǎo)體之間波傳播模式的速度)相同的偶模式傳播速度(在各導(dǎo)體和基準(zhǔn)面之間的波傳播模式的速度)。這導(dǎo)致了寬帶特性，允許耦合器工作在達(dá)到微波區(qū)的頻率。
或者，耦合器可以包括微帶基準(zhǔn)面、共面基準(zhǔn)面，或完全沒有基準(zhǔn)面。一個(gè)替代實(shí)施例示于圖12B中，它顯示在電介質(zhì)媒介中分隔的兩對(duì)導(dǎo)體1230和1236，沒有基準(zhǔn)面。這種結(jié)構(gòu)將形成電磁耦合器，但它特別不適合于阻抗控制或?qū)拵匦浴?br> 圖12C示出一種耦合器的微帶配置，它具有以單一基準(zhǔn)面1222為基準(zhǔn)的兩對(duì)導(dǎo)體1230A、1230B和1236A、1236B。此微帶實(shí)施例比圖12B的實(shí)施例改善了阻抗和帶寬特性?；蛘?，可以構(gòu)造圖12D的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，它具有在與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電信號(hào)傳輸線1230A、1230B及1236A、1236B相同的平面中的基準(zhǔn)導(dǎo)體1210和1222。
圖12A至12D中的電介質(zhì)可以是任何電介質(zhì)材料，如空氣或FR4。通過(guò)選擇具有相似介電常數(shù)的電介質(zhì)材料，可以改善帶寬。在圖12A至12D中，導(dǎo)體1230A和1230B可以具有不同于導(dǎo)體1236A和1236B的寬度。并且，電介質(zhì)1212可以具有與電介質(zhì)1220不同的厚度。
圖10A耦合器的可分離實(shí)施例示范于圖13的截面圖中。在此實(shí)施例中，在印刷電路板的外層1360構(gòu)成具有例如8密耳的寬度和例如2.1密耳的厚度的母板導(dǎo)體1336A和1336B。子板導(dǎo)體1330A和1330B被包含在柔性線路1350中，所述柔性線路被壓在母板表面上。導(dǎo)體1330A和1330B可以具有(例如)10密耳寬和0.7密耳厚。在圖13中，導(dǎo)電基準(zhǔn)面1322是內(nèi)部電源或地電位平面，如在印刷電路母板中常用的那樣。具有優(yōu)選的厚度和介電常數(shù)(例如分別為5密耳和4.5)的電介質(zhì)層1320被用來(lái)在母板導(dǎo)電信號(hào)跡線1336A、1336B和導(dǎo)電基準(zhǔn)面1322之間提供正確的間隔。
印刷電路板的外表面可以涂以薄的電介質(zhì)涂層或焊料掩膜1318，雖然這對(duì)于耦合器的工作不是必不可少的。耦合器的子卡部分配備有導(dǎo)電基準(zhǔn)面1310，所述導(dǎo)電基準(zhǔn)面附加在柔性電介質(zhì)1312的頂面，具有優(yōu)選的厚度(例如2密耳)和介電常數(shù)(例如4.5)。在柔性電介質(zhì)1312的下表面構(gòu)成子卡導(dǎo)電信號(hào)跡線1330A、1330B。電介質(zhì)粘合劑1314用來(lái)粘附具有優(yōu)選的厚度(例如0.5密耳)和介電常數(shù)(例如3.8)的電介質(zhì)或覆蓋層薄膜1316。通過(guò)在計(jì)入電介質(zhì)涂層1318和空隙1340的預(yù)期的制造偏差以及耦合器幾何形狀和材料方面的其他變化的同時(shí)選擇電介質(zhì)1316的最佳厚度和介電常數(shù)來(lái)獲得所需的耦合系數(shù)。
如上所述，雖然圖13顯示的是雙帶狀線實(shí)施例，但也可使用微帶實(shí)施例、共面實(shí)施例或沒有基準(zhǔn)面的實(shí)施例的替代實(shí)施例。另外，導(dǎo)體1330A和1330B的寬度可以不同于導(dǎo)體1336A和1336B的寬度。
并且，電介質(zhì)1312可以具有與電介質(zhì)1320不同的厚度。
圖14顯示與圖13的截面正交的平面中的視圖。子卡1355的柔性線路1350被折成圓環(huán)，信號(hào)導(dǎo)體1330A和1330B的縱軸沿所述環(huán)的圓周。導(dǎo)電信號(hào)跡線1330A和1330B的末端連接到子卡1355兩個(gè)外面上的導(dǎo)電的刻蝕部分(etches)，以便連接到安裝在子卡1355上的收發(fā)信器和終端電阻器。
然后，所述環(huán)路被這樣壓在母板1365的頂面上、使得每個(gè)母板導(dǎo)體1336A和1336B的縱軸平行于對(duì)應(yīng)的耦合彎曲電路導(dǎo)體并以所需的靠近程度靠近所述對(duì)應(yīng)的耦合彎曲電路導(dǎo)體。借助于機(jī)械裝置來(lái)調(diào)整柔性印刷電路的長(zhǎng)度和子卡的垂直位置、使得對(duì)于為確保電容和電感耦合系數(shù)落于所需的值范圍之內(nèi)而選擇的長(zhǎng)度L、母板導(dǎo)體以所需的靠近程度靠近所述彎曲電路導(dǎo)體。長(zhǎng)度L可以是(例如)1厘米。
若彎曲帶用聚酰亞胺(介電常數(shù)＝3.8)制造。而母板用FR4玻璃環(huán)氧樹脂(介電常數(shù)＝4.5)制造，則在圖14的彎曲帶實(shí)現(xiàn)方案中可能出現(xiàn)某些帶寬減小。這些材料可以從著名的商家如3M或杜邦購(gòu)到。若將用介電常數(shù)等于或接近聚酰亞胺介電常數(shù)的材料(如RogersR04003或類似的較低介電常數(shù)的材料)代替FR4，則可以將所述帶寬減小消除。Rogers R04003可以從Rogers公司獲得。在耦合器被埋在母板中的實(shí)施例中，帶寬可能受限于低成本PCB組件中使用的FR4材料的介質(zhì)損耗。使用具有較低介質(zhì)損耗的材料(例如Rogers R04003)再次緩解了這些限制。
圖15顯示母板柔性印刷線路和頂面之間接觸區(qū)的細(xì)節(jié)，它們對(duì)應(yīng)于圖13和14中所描繪的實(shí)施例。使母板導(dǎo)體1336A、1336B按照所選的接近距離接近彎曲電路導(dǎo)體1330A、1330B處，建立所述耦合器。與母板連接的各段位于這樣的平面中相鄰的各段被以相對(duì)于導(dǎo)體縱軸的交替變化的角位移設(shè)置在該平面中。這樣設(shè)置被以類似的方式分段的彎曲電路導(dǎo)體、使得其各段的角位移處在與母板中對(duì)應(yīng)段的相反的方向。因此，合成結(jié)構(gòu)具有如圖6A所示的鋸齒形的幾何形狀。
可以按照這些論述來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些和其他實(shí)施例，顯然，在不背離本發(fā)明廣義的精神和范圍的前提下，可以對(duì)這些論述做出各種修改和。因此，說(shuō)明書和附圖應(yīng)被看作是說(shuō)明性的而不是限制性的，本發(fā)明僅根據(jù)權(quán)利要求書來(lái)估量。
權(quán)利要求
1.一種裝置，它包括具有第一幾何結(jié)構(gòu)的第一傳輸結(jié)構(gòu)；以及具有第二幾何結(jié)構(gòu)并且與所述第一傳輸結(jié)構(gòu)形成電磁(EM)耦合器的第二傳輸結(jié)構(gòu)，所述電磁耦合器具有耦合系數(shù)，這樣選擇所述第一和第二幾何結(jié)構(gòu)、使得所述耦合系數(shù)在所述第一和第二傳輸結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置范圍內(nèi)保持相對(duì)地恒定。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述相對(duì)位置范圍在沿與所述第一和第二傳輸結(jié)構(gòu)平行的軸上的0和10密耳之間。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于每個(gè)傳輸結(jié)構(gòu)包括單一導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于每個(gè)傳輸結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)差分導(dǎo)體對(duì)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一幾何結(jié)構(gòu)是鋸齒形幾何結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述第二幾何結(jié)構(gòu)是鋸齒形幾何結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述第二幾何結(jié)構(gòu)是直線形幾何結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括與包含所述第一傳輸結(jié)構(gòu)的平面平行的第一平面導(dǎo)電基準(zhǔn)面；所述第一平面導(dǎo)電基準(zhǔn)面向所述第一傳輸結(jié)構(gòu)提供參考電位；以及與包含所述第二傳輸結(jié)構(gòu)的平面平行的第二平面導(dǎo)電基準(zhǔn)面；所述第二平面導(dǎo)電基準(zhǔn)面向所述第二傳輸結(jié)構(gòu)提供參考電位。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括向所述第一傳輸結(jié)構(gòu)提供參考電位的第一導(dǎo)電基準(zhǔn)面。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于還包括向所述第二傳輸結(jié)構(gòu)提供參考電位的第二導(dǎo)電基準(zhǔn)面。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一和第二傳輸結(jié)構(gòu)可以被機(jī)械地分離。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述耦合器可以在電子系統(tǒng)中傳送信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述電子系統(tǒng)是從包括以下各種系統(tǒng)的組中選擇的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)總線、計(jì)算機(jī)母板、子卡、多芯片模塊、集成電路、彎曲電路、印刷電路板和電纜電路。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述相對(duì)位置范圍在沿與所述第一和第二傳輸結(jié)構(gòu)垂直的軸上的0和2密耳之間。
15.一種裝置，它包括電路板；在所述電路板上具有第一幾何結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電跡線；柔性材料；在所述柔性材料上具有第二幾何結(jié)構(gòu)并且與所述第一導(dǎo)電跡線構(gòu)成電磁(EM)耦合器的第二導(dǎo)電跡線；其中這樣選擇所述第一和第二幾何結(jié)構(gòu)、以便降低電磁耦合對(duì)所述第一和第二導(dǎo)電跡線的相對(duì)位置變化的敏感性。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于包括系統(tǒng)模塊，所述系統(tǒng)模塊這樣連接到所述第一導(dǎo)電跡線、使得所述系統(tǒng)模塊可以通過(guò)所述電磁耦合器向所述第二導(dǎo)電跡線發(fā)送信號(hào)。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于包括存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置這樣連接到所述第二導(dǎo)電跡線、使得所述存儲(chǔ)裝置可以通過(guò)所述電磁耦合器向所述第一導(dǎo)電跡線發(fā)送信號(hào)。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述相對(duì)位置變化在沿與所述第一和第二導(dǎo)電跡線平行的軸上的0和15密耳之間。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述相對(duì)位置變化在沿與所述第一和第二導(dǎo)電跡線垂直的軸上的0到2密耳之間。
20.一種裝置，它包括用于發(fā)送信號(hào)的裝置；用于與所述發(fā)送裝置構(gòu)成電磁(EM)耦合器的裝置；所述電磁耦合器具有耦合系數(shù)，所述系數(shù)具有抵抗所述發(fā)送裝置和所述構(gòu)成裝置的位置變化的健壯性。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述位置變化在沿與所述發(fā)送裝置和所述構(gòu)成裝置平行的軸上的0和10密耳之間。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述位置變化在沿與所述發(fā)送裝置和所述構(gòu)成裝置垂直的軸上的0和2密耳之間。
全文摘要
公開一種電磁(EM)耦合器，它包括具有第一幾何結(jié)構(gòu)的第一傳輸結(jié)構(gòu)和具有第二幾何結(jié)構(gòu)并且與第一傳輸結(jié)構(gòu)形成電磁耦合器的第二傳輸結(jié)構(gòu)，這樣選擇所述第一和第二幾何結(jié)構(gòu)、以便降低電磁耦合對(duì)所述第一和第二傳輸結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置的敏感性。
文檔編號(hào)H05K1/02GK1486540SQ01822004
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2001年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月15日
發(fā)明者R·阿米爾塔拉亞, J·本哈姆, N·馬克特卡, R 阿米爾塔拉亞, 頌乜 申請(qǐng)人:英特爾公司