專利名稱：一種含有屏蔽網(wǎng)的電路板裝置和它的構(gòu)造的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般地涉及柔軟電纜和印制電路板的傳輸線，更具體地說(shuō)，涉及增大柔軟電纜和印制電路板傳輸線的阻抗范圍的裝置和方法。
已有技術(shù)的說(shuō)明本發(fā)明涉及控制扁平軟電纜中和印制電路板中的數(shù)據(jù)傳輸線的阻抗，這些印制電路板具有多條距參考地平面很接近的導(dǎo)線。
微帶線和帶狀線(夾心線)廣泛地用于數(shù)字計(jì)算機(jī)中連接高速邏輯電路，因?yàn)樗鼈兛梢杂米詣?dòng)化技術(shù)來(lái)制造并且可以提供所要求的阻抗受控制的信號(hào)通路。但是，微帶結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)很高程度的外加電磁輻射。帶狀線結(jié)構(gòu)可以用來(lái)大大地減少不需要的電磁輻射。但是，增加一個(gè)第二參考或接地層會(huì)引起信號(hào)導(dǎo)線和參考平面之間的電容耦合的增大，從而顯著地減小信號(hào)導(dǎo)線的阻抗。為了維持所要求的阻抗，在傳統(tǒng)的帶狀線結(jié)構(gòu)中參考層和信號(hào)線之間的距離必須大于微帶結(jié)構(gòu)的距離。這會(huì)明顯增加其厚度，因而減少電纜耐受多次撓曲的能力，或者當(dāng)用在印制電路板中時(shí)，增加印刷電路板的總厚度。
一般說(shuō)來(lái)，導(dǎo)線形成于柔軟電纜或印制電路板的多個(gè)平面上。地平面或其它參考電壓平面定位于和導(dǎo)線各平面相平行的平面上，以控制導(dǎo)線的阻抗和阻止載有存在于數(shù)字計(jì)算機(jī)中的時(shí)鐘信號(hào)和高速數(shù)據(jù)信號(hào)這類高頻信號(hào)的導(dǎo)線中發(fā)出的電磁輻射的傳播。在印制電路板及其類似的電路板中，通常都用整體的接地平面。但是，整體接地平面除非做得極薄時(shí)是不能撓曲的，因此就不能方便地用于那些需要經(jīng)常地彎曲的電纜中以保護(hù)信號(hào)線，例如，筆記本式計(jì)算機(jī)中基板和可移動(dòng)的顯示屏之間的信號(hào)線。此外，由于整體接地平面和緊挨著的信號(hào)線所形成的大電容，信號(hào)線的阻抗可能低于所需要的值。另一方面，如果把接地平面和導(dǎo)線相隔得更遠(yuǎn)以減少電容從而增大阻抗，那么，柔軟電纜就變得更厚因而不那么柔軟，從而在重復(fù)彎曲時(shí)就易于折斷。同樣，印刷電路板會(huì)變得更厚、更重并且制造成本更高。
在微帶設(shè)計(jì)中為了增加阻抗和提供易彎曲性曾利用了在柵網(wǎng)中形成導(dǎo)電元件的參考平面。但是，由于柵網(wǎng)不像整體參考平面那樣，它是不連續(xù)的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，要控制由帶柵網(wǎng)的參考平面所保護(hù)的信號(hào)線的阻抗是十分困難的，因?yàn)樾盘?hào)線相對(duì)于屏蔽網(wǎng)的取向是不可控制的。因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種柔軟電纜和一種電路板，它可以提供有效的屏蔽并具有可控的特性阻抗。
利用交叉網(wǎng)狀參考平面(Cross-hatched reference plane)來(lái)控制柔軟電纜和電路板、特別是帶狀線結(jié)構(gòu)的阻抗特性的特殊困難之一是電纜中轉(zhuǎn)彎的結(jié)構(gòu)。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)信號(hào)線的取向需要改變時(shí)，例如，要轉(zhuǎn)90度或大體上那么多，這種轉(zhuǎn)彎在信號(hào)線中并不是直接一次轉(zhuǎn)90度。相反，這種取向的改變通常是以弧形轉(zhuǎn)彎(即用曲線形)來(lái)完成的，使得信號(hào)線的方向從其原始方向連續(xù)地改變到新的方向。很可能在轉(zhuǎn)彎的各點(diǎn)上，信號(hào)線會(huì)和柵網(wǎng)的上邊的或下邊的網(wǎng)或者同時(shí)和上下邊的網(wǎng)中的導(dǎo)線在方向上相重合。這種重合會(huì)使這些點(diǎn)上的阻抗顯著地減小從而引起阻抗的明顯的不連續(xù)性。因此，本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種使信號(hào)線重新取向的裝置，它可以使阻抗的不連續(xù)性降到最小。
按照慣例，微帶和帶狀線結(jié)構(gòu)的阻抗取決于信號(hào)導(dǎo)線的寬度、導(dǎo)線和參考平面的分隔距離、包圍導(dǎo)線的介電常數(shù)，以及其影響作用較小的導(dǎo)線厚度。
但是，這些確定帶狀線和微帶的阻抗的傳統(tǒng)方法給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)過(guò)多的限制。例如，在某些應(yīng)用中，例如外圍設(shè)備和最新的臺(tái)面及服務(wù)器系統(tǒng)的互相聯(lián)接中，要求印制電路板有極高的阻抗。利用現(xiàn)有技術(shù)得到這樣高阻抗的一種方法是增加信號(hào)導(dǎo)線和參考平面之間的分隔。但是，這將要求使用昂貴的非標(biāo)準(zhǔn)厚度的印制電路板。這種非標(biāo)準(zhǔn)的印制電路板不僅實(shí)現(xiàn)起來(lái)很昂貴，而且在許多應(yīng)用中由于其笨重而不受歡迎。因此本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種印制電路板，它提供高阻抗而不需要增加電路板的厚度。
換一種辦法，微帶的設(shè)計(jì)人員也可以選擇增加導(dǎo)線和參考平面之間的分隔距離和減小導(dǎo)線的寬度的方法來(lái)增大信號(hào)導(dǎo)線的阻抗。但是，有兩個(gè)限制會(huì)阻礙設(shè)計(jì)人員去實(shí)施后面這一措施。首先，目前的工藝限制了信號(hào)線的最小寬度約為4密耳。第二，當(dāng)導(dǎo)體的寬度下降到6密耳以下時(shí)制造電路板的成本將急劇增加。
盡管有這些限制，如果在同一平面上也象在高阻抗層上要求有“常規(guī)的”50到65Ω的阻抗，則就有必要調(diào)整導(dǎo)線的線寬。此外，具有“常規(guī)的”阻抗的導(dǎo)線從別的層次走向高阻抗層時(shí)也要求在各層間調(diào)節(jié)它們的寬度以便在它們的整個(gè)長(zhǎng)度上保持匹配的阻抗。這種以增加線寬而得的匹配，會(huì)導(dǎo)致在高阻抗層上信號(hào)密度的嚴(yán)重?fù)p失。例如，為了把高阻抗層的90Ω的阻抗匹配到常規(guī)電路板阻抗的50到65Ω，高阻抗層上的信號(hào)密度將減少為約2.7分之1。
對(duì)這一問題的常規(guī)解決方法是增加信號(hào)層次。但是，增加信號(hào)層的數(shù)量，例如，在一個(gè)現(xiàn)成的母板上從6層增加到8層時(shí)，每塊印制電路板的成本將增加約20美元。因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種帶有增加了的阻抗的區(qū)域的電路板而不必增加導(dǎo)線對(duì)參考平面的隔離距離或者依靠使用昂貴的導(dǎo)線和/或使用在目前的工藝條件下制造時(shí)顯得太細(xì)的導(dǎo)線。因此，提供一種這樣的電路板而同時(shí)防止減小信號(hào)密度和消除對(duì)電路板增加外加層次的要求也是本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)。
和傳統(tǒng)的微帶結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生正向和反向的串?dāng)_，它可能嚴(yán)重地?fù)p害信號(hào)的質(zhì)量。串?dāng)_是一個(gè)通道的信號(hào)和另一通道的信號(hào)相耦合的結(jié)果。串?dāng)_可以由一系列來(lái)源所引起，其中之一是電纜參數(shù)的不平衡特別是導(dǎo)線之間電容和電感的不平衡。由于這種不平衡，可以引起一個(gè)導(dǎo)線對(duì)另一導(dǎo)線的信號(hào)凈耦合。這種不平衡在導(dǎo)線暴露于非均勻的介質(zhì)中時(shí)一般會(huì)變得更加嚴(yán)重，而傳統(tǒng)的微帶結(jié)構(gòu)正是這種情況。因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供一種電路板，它呈現(xiàn)出減小的串?dāng)_而同時(shí)提供增大的阻抗。
除了上述的限制外，傳統(tǒng)的微帶結(jié)構(gòu)的表面導(dǎo)線會(huì)發(fā)射出高程度的電磁輻射，它們干擾周圍電子電路的工作。反過(guò)來(lái)說(shuō)，外來(lái)的輻射也會(huì)影響表面導(dǎo)線的工作。在傳統(tǒng)的微帶結(jié)構(gòu)中，要提供足夠的屏蔽是不可能的，因?yàn)閷?dǎo)線的表面能自由地輻射到包圍電路板的系統(tǒng)的空間中。抑制這樣的輻射要求導(dǎo)線使用帶狀線的結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造。但是，帶狀線結(jié)構(gòu)的高阻抗導(dǎo)線要求參考平面和導(dǎo)線之間的間隔急劇地增加以達(dá)到所需要的高阻抗。然而，厚度的這種增加對(duì)要求薄型電路板或標(biāo)準(zhǔn)厚度電路板的應(yīng)用中是不合適的。因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供有效的屏蔽并同時(shí)提供增大的阻抗。
由此可見，在技術(shù)上有這樣的要求，即提供一種具有柔軟參考平面的柔軟電纜，在帶狀線的設(shè)計(jì)情況下能夠撓曲成千上萬(wàn)次，它能達(dá)到所要求的阻抗以便在不損害信號(hào)質(zhì)量的情況下傳輸信號(hào)，同時(shí)提供可接受的屏蔽能力。
在技術(shù)上還有這樣的要求，即提供一種加大阻抗的電路板而不增加電路板的厚度、導(dǎo)線寬度、導(dǎo)線厚度或使用不均勻的或非標(biāo)準(zhǔn)的介電材料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)所要求的加大的阻抗，以允許在不損害信號(hào)質(zhì)量或損失信號(hào)密度的情況下傳輸信號(hào)，同時(shí)提供可接受的屏蔽能力。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)方面是一種含有第一屏蔽柵網(wǎng)的電路板，這個(gè)屏蔽柵網(wǎng)是由用一種幾何圖形互相連接的導(dǎo)電元件組成的第一預(yù)定的布置。這種電路板還有一個(gè)第二屏蔽柵網(wǎng)，它具有基本上和第一預(yù)定布置相同的第二預(yù)定布置。第二屏蔽柵網(wǎng)相對(duì)于第一屏蔽柵網(wǎng)以一預(yù)定的偏移而相互對(duì)準(zhǔn)。導(dǎo)電元件定位于第一和第二柵網(wǎng)之間，使得導(dǎo)線位于相對(duì)于第一和第二柵網(wǎng)的一個(gè)預(yù)定的位置上。在優(yōu)選實(shí)施例中，這種幾何圖形是一個(gè)方形。
本發(fā)明的第二方面是一種構(gòu)成具有帶屏蔽的電信號(hào)導(dǎo)線的柔軟電路板的方法。這個(gè)方法包括把具有第一預(yù)定布置的第一屏蔽柵網(wǎng)定位到在第一平面中的信號(hào)導(dǎo)線的一個(gè)側(cè)面的步驟。這種布置包括導(dǎo)電元件組成的多個(gè)交叉點(diǎn)。這個(gè)方法還包括把具有基本上和第一種布置相同的第二種預(yù)定的布置的第二屏蔽柵網(wǎng)定位于和第一平面相平行的第二平面中的信號(hào)導(dǎo)線的對(duì)面一側(cè)的步驟。第二柵網(wǎng)是這樣和第一柵網(wǎng)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的，即第二柵網(wǎng)導(dǎo)電元件的交叉點(diǎn)和第二柵網(wǎng)導(dǎo)電元件的交叉點(diǎn)有一個(gè)預(yù)定的偏移量。這個(gè)方法還包括這樣的步驟，即要使信號(hào)導(dǎo)線的取向平行于聯(lián)接?xùn)啪W(wǎng)中導(dǎo)電元件的交叉點(diǎn)的聯(lián)線。
本發(fā)明另外進(jìn)一步的方面是一種電路板，它包括一個(gè)被確定在第一平面中的具有第一種預(yù)定布置的第一屏蔽柵網(wǎng)、和一個(gè)被確定在第二平面中具有第二種預(yù)定布置的第二屏蔽柵網(wǎng)。第二屏蔽柵網(wǎng)相對(duì)于第一屏蔽柵網(wǎng)以一預(yù)定的偏移量來(lái)定位。第二電路板還包括一個(gè)定位于第一和第二柵網(wǎng)之間的導(dǎo)電元件，使得導(dǎo)線定位于相對(duì)于第一和第二柵網(wǎng)間的一個(gè)預(yù)定位置上。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面是一種構(gòu)造電路板的方法，它包括這樣一些步驟，即把具有第一種預(yù)定布置的第一屏蔽柵網(wǎng)定位在第一平面中，把具有第二種預(yù)定布置的第二屏蔽柵網(wǎng)定位在平行于第一平面的第二平面中，并且使第二屏蔽柵網(wǎng)相對(duì)于第一屏蔽柵網(wǎng)在第二平面上偏置一個(gè)預(yù)定的方向。這個(gè)方法還包括這樣的步驟，即把第一和第二柵網(wǎng)間的導(dǎo)電元件進(jìn)行定位，使得導(dǎo)體相對(duì)于第一和第二柵網(wǎng)定位于一個(gè)預(yù)定的位置。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面是一種屏蔽的柔軟電纜，它包括以第一方向取向的第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和以垂直于第一方向的第二方向取向的第二種多個(gè)導(dǎo)電元件組成的第一屏蔽柵網(wǎng)，使得第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和第二種多個(gè)導(dǎo)電元件形成多個(gè)方形。這些方形的頂點(diǎn)相應(yīng)于第一種和第二種多個(gè)導(dǎo)電元件的交叉點(diǎn)。這些頂點(diǎn)在它們之間沿著與第一和第二方向成45度角的對(duì)角線方向具有一個(gè)對(duì)角線距離。柔軟電纜具有在結(jié)構(gòu)上和第一屏蔽柵網(wǎng)相同的第二屏蔽柵網(wǎng)。第二柵網(wǎng)的位置基本上平行于第一柵網(wǎng)，使得第一屏蔽柵網(wǎng)的導(dǎo)電元件的交叉點(diǎn)和第二屏蔽柵網(wǎng)的交叉點(diǎn)在對(duì)角線方向上相距一個(gè)基本上等于對(duì)角線距離一半的距離。多條信號(hào)導(dǎo)線定位在屏蔽柵網(wǎng)之間，其方向基本上平行于兩個(gè)對(duì)角線方向中的一個(gè)方向。最好是讓信號(hào)導(dǎo)線的走向被取向成為接近經(jīng)過(guò)這些方塊的頂點(diǎn)。
本發(fā)明的還有一個(gè)方面是一種改進(jìn)的電路板，它包括以一種幾何圖形相互連接的導(dǎo)電元件組成的預(yù)定布置的單獨(dú)的屏蔽柵網(wǎng)，還包括位于柵網(wǎng)鄰近的導(dǎo)電元件，使得導(dǎo)電元件定位于相對(duì)于柵網(wǎng)的一個(gè)預(yù)定的位置上。最好是該電路板還包括第二導(dǎo)電元件，它位于柵網(wǎng)附近，其方向?yàn)樵诘谝粚?dǎo)電元件的對(duì)面，其中所說(shuō)的第二導(dǎo)電元件位于相對(duì)于第一導(dǎo)電元件的第二預(yù)定的位置上。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面是一種電路板，它包括一個(gè)具有預(yù)定布置的屏蔽柵網(wǎng)，柵網(wǎng)由以一種幾何圖形相互連接的導(dǎo)電元件組成，包括位于柵網(wǎng)之上相對(duì)于柵網(wǎng)有一個(gè)第一預(yù)定位置的第一導(dǎo)電元件，和位于柵網(wǎng)之下相對(duì)于第一導(dǎo)電元件有一個(gè)第二預(yù)定位置的第二導(dǎo)電元件。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面是一種在具有電信號(hào)導(dǎo)線的電路板上增加阻抗的方法。這個(gè)方法包括這樣的步驟，即把具有預(yù)定布置的單獨(dú)的屏蔽柵網(wǎng)定位在鄰近信號(hào)導(dǎo)線的位置。這種布置包含有導(dǎo)電元件的多個(gè)交叉點(diǎn)。這一方法還包括這樣的步驟，即讓信號(hào)導(dǎo)線的取向成為平行于柵網(wǎng)上導(dǎo)電元件各交叉點(diǎn)的聯(lián)接線。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面是一種電路板，它包括被確定在第一平面的具有預(yù)定布置的一個(gè)屏蔽柵網(wǎng)，第一導(dǎo)電元件位于該柵網(wǎng)之上從而使該第一導(dǎo)電元件定位在相對(duì)于柵網(wǎng)的第一預(yù)定位置上，第二導(dǎo)電元件位于上述柵網(wǎng)之下從而使該第二導(dǎo)電元件定位在相對(duì)于第一導(dǎo)電元件的第二預(yù)定位置上。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面是一種構(gòu)造電路板的方法。這個(gè)方法包括這樣的步驟，即把具有第一預(yù)定布置的單獨(dú)的屏蔽柵網(wǎng)定位在第一平面中，并把導(dǎo)電元件定位在鄰近柵網(wǎng)的第二平面中從而使導(dǎo)電元件定位在相對(duì)于柵網(wǎng)的預(yù)定位置上。
本發(fā)明的另外一個(gè)方面是一種電路板，它包括以第一方向取向的第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和以第二方向取向的第二種多個(gè)導(dǎo)電元件的所組成的柵網(wǎng)，此第二方向垂直于第一方向，使第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和第二種多個(gè)導(dǎo)電元件形成多個(gè)方形，這些方形的頂點(diǎn)相應(yīng)于第一和第二多個(gè)導(dǎo)電元件的交叉點(diǎn)。這些頂點(diǎn)在沿著與第一和第二方向成45度角的對(duì)角線上具有它們之間的對(duì)角線距離。這個(gè)電路板還包括第一種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線，它們定位于柵網(wǎng)的鄰近并且其取向?yàn)榛旧掀叫杏诟鲗?duì)角線方向之一。第二種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線定位于柵網(wǎng)的鄰近，其取向是遠(yuǎn)離第一種多個(gè)信號(hào)線的方向，并且是基本上垂直于第一種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線的方向。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1表示按照本發(fā)明的屏蔽柔軟電纜的平面視圖。
圖2表示圖1的2-2部分的放大視圖。
圖3表示沿著圖2的線3-3所取的本發(fā)明的橫截面立面視圖。
圖4表示圖1的4-4部分的放大平面視圖，表示使信號(hào)導(dǎo)線轉(zhuǎn)角90度的一種方法。
圖5描繪了按照本發(fā)明的電路板傳輸線的優(yōu)選實(shí)施例的平面視圖。
圖6表示圖5中6-6部分的放大平面圖。
圖7描繪了沿著圖6中線7-7所取的本發(fā)明的放大平面視圖的橫截面立面視圖。
圖8表明本發(fā)明的電路板一種實(shí)施方案的橫截面立面視圖。
圖9描繪了圖5的電路板傳輸線的9-9部分的放大平面視圖，表明一種實(shí)現(xiàn)信號(hào)導(dǎo)線90度轉(zhuǎn)彎的優(yōu)選方法。
圖10描繪了沿著圖9中10-10線所取的本發(fā)明的電路板一種實(shí)施例的橫截面立面圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明圖1描繪了按照本發(fā)明的屏蔽柔軟電纜10的平面視圖。電纜10可以用來(lái)在電氣上連接筆記本計(jì)算機(jī)的基板和可移動(dòng)的顯示屏幕。
如圖2所示，本發(fā)明的電路板10包括由一組導(dǎo)電元件構(gòu)成的上屏蔽柵網(wǎng)20、由一組類似的導(dǎo)電元件構(gòu)成的下部屏蔽柵網(wǎng)40、和多條信號(hào)導(dǎo)線60、62、64，所有的這些導(dǎo)線都在相互之間按預(yù)定的位置上對(duì)準(zhǔn)，如下面所述。
如圖2所示，屏蔽柵網(wǎng)20、40的每一個(gè)都有統(tǒng)一的圖形，在優(yōu)選實(shí)施例中，這圖形被選擇成重復(fù)的方塊圖形，它們分別由導(dǎo)電元件22、24和42、44所形成，并組成了柵網(wǎng)20、40。如圖所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，上部柵網(wǎng)20的元件22和元件24是垂直的，而下部柵網(wǎng)40的元件42則和元件44相垂直。較理想的情況是，柵網(wǎng)20和40是由印制電路板蝕刻技術(shù)通過(guò)從印制電路板的空白處去掉銅或其它導(dǎo)電材料而形成的，使得在蝕刻后留下的導(dǎo)電材料成為導(dǎo)電元件22、24、42、44。
特別要指出，由于下面所提出的理由，這些方塊的取向相對(duì)于信號(hào)導(dǎo)線60、62、64的主要取向要形成45度角，使得導(dǎo)電元件相對(duì)于信號(hào)導(dǎo)線60、62、64顯得成為交叉網(wǎng)紋狀的。
每個(gè)柵網(wǎng)方形都有4個(gè)頂點(diǎn)，它們分別是由柵網(wǎng)20、40的導(dǎo)電元件22、24或42、44中的兩個(gè)導(dǎo)電元件的交點(diǎn)所形成的。兩個(gè)相對(duì)配置的頂點(diǎn)間的對(duì)角線距離，例如，上部柵網(wǎng)20的一對(duì)頂點(diǎn)30和32，形成任何兩個(gè)導(dǎo)電元件之間的最大空隙距離D。距離D可以認(rèn)為是屏蔽中開槽的尺寸。就像在電信號(hào)屏蔽技術(shù)中眾所周知的那樣，如果開槽尺寸D是柵網(wǎng)的最大空隙，而且距離小于在信號(hào)導(dǎo)線60、62、64中任何一條中所傳播的最高信號(hào)頻率的半波長(zhǎng)，則屏蔽柵網(wǎng)20、40就形成了從信號(hào)導(dǎo)線60、62、64發(fā)射出的電磁能量的有效屏障。應(yīng)該理解，假定舉例說(shuō)，電時(shí)鐘信號(hào)的頻率為100兆赫，它將具有該頻率的多倍的諧波。在為屏蔽柵網(wǎng)20、40的導(dǎo)電元件選擇最大允許間距時(shí)要考慮最高信號(hào)頻率的諧波。在優(yōu)選實(shí)施例中，D選擇成小于通過(guò)信號(hào)導(dǎo)線60、62、64的信號(hào)的最小預(yù)期波長(zhǎng)的1/20。
如圖3所示，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64位于柵網(wǎng)20、40之間，并用一上部絕緣體50和下部絕緣體52使其和柵網(wǎng)20、40形成電絕緣。上部柵網(wǎng)20的上表面上疊有一層絕緣體54。下部柵網(wǎng)40的底表面則疊有一層絕緣體56。各個(gè)層次以?shī)A心方式疊在一起并用已有技術(shù)的粘合劑固定住。最好是，上絕緣體50和下絕緣體52是用Z LINK絕緣材料構(gòu)成的絕緣體，這種材料是明尼蘇達(dá)(Minnesota)州的諾思菲爾德(Northfield)的舍達(dá)爾(Sheldahl)公司的產(chǎn)品。Z LINK絕緣材料的優(yōu)點(diǎn)在于它是自粘結(jié)的，還在于通過(guò)適當(dāng)?shù)闹圃旒夹g(shù)，在Z LINK絕緣體上可以形成電接點(diǎn)以把屏蔽柵網(wǎng)20和40連接在一起和/或接到選定的信號(hào)導(dǎo)線60、62、64上以便把選定的導(dǎo)線接地。這種選定的接地不是本發(fā)明的一部分因而這里不再說(shuō)明。
為了更充分地理解下面的說(shuō)明，對(duì)所畫的附圖確定一個(gè)X、Y、Z座標(biāo)系統(tǒng)是有幫助的。X和Y軸位于水平的平面上，如圖2所示。每一個(gè)上部柵網(wǎng)20和下部柵網(wǎng)40是在平行于水平平面的面上。與此相似，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64位于兩個(gè)柵網(wǎng)20、40所在的平面之間且平行于該兩個(gè)平面。信號(hào)導(dǎo)線60、62、64的主要取向是平行于Y軸的，如圖2所示，或者是平行于X軸的，這一情況僅當(dāng)導(dǎo)線的取向要在兩個(gè)主要取向間發(fā)生轉(zhuǎn)交時(shí)是例外。Z軸垂直于X和Y軸，如圖3所示。
如圖2所示，上部柵網(wǎng)20和下部柵網(wǎng)40的導(dǎo)電元件的取向是使各元件都和X軸和Y軸成45度，并且使導(dǎo)電元件所形成的對(duì)角線都平行于X軸或平行于Y軸。
參考圖2和3，雖然上部柵網(wǎng)20和下部柵網(wǎng)40具有基本上相同的結(jié)構(gòu)，但兩個(gè)柵網(wǎng)的位置都并不像預(yù)期的那樣是對(duì)準(zhǔn)的。相反，上部柵網(wǎng)20和下部柵網(wǎng)40相互之間有一個(gè)偏移，使得在上部柵網(wǎng)20中的方形的一個(gè)頂點(diǎn)相對(duì)于最近一個(gè)下部柵網(wǎng)40的方形的頂點(diǎn)在X方向和Y方向都有一個(gè)D/2的偏移距離，盡管這個(gè)偏移可以大于或小于D/2，但偏移為D/2時(shí)可提供本發(fā)明對(duì)阻抗的最大控制。尤其是，可以看出，沒有一個(gè)上部柵網(wǎng)20的導(dǎo)電元件以明顯的距離在Z方向上直接覆蓋在下部柵網(wǎng)40的任何一個(gè)導(dǎo)電元件上面。相反，上部柵網(wǎng)20的導(dǎo)電元件和下部柵網(wǎng)40的導(dǎo)電元件以直角互相交叉，使得兩個(gè)柵網(wǎng)20、40之間在交叉點(diǎn)上所形成的電容量為最小。
如圖2所進(jìn)一步顯示的，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64最好這樣來(lái)定位，使信號(hào)導(dǎo)線60、62、64從由上部和下部柵網(wǎng)20、40的導(dǎo)電元件所規(guī)定的方形的一個(gè)頂點(diǎn)延伸到另一頂點(diǎn)。在信號(hào)導(dǎo)線60、62、64以這種方式定位的情況下，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64經(jīng)過(guò)上部柵網(wǎng)20的一個(gè)頂點(diǎn)的下面然后再經(jīng)過(guò)下部柵網(wǎng)40的一個(gè)頂點(diǎn)的上面。因此，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64在任何地方都不會(huì)位于上部柵網(wǎng)20和下部柵網(wǎng)40的導(dǎo)電元件之間。這可以使信號(hào)導(dǎo)線60、62、64和地之間在任何地點(diǎn)都保持一個(gè)最小的電容。此外，通過(guò)把所有導(dǎo)線定位在相對(duì)于上部和下部柵網(wǎng)20、40的導(dǎo)電元件的同樣位置上，導(dǎo)線60、62、64的特性阻抗可以相互之間得到有效的匹配。
信號(hào)導(dǎo)線60、62、64的阻抗是電阻、電導(dǎo)、電容和電感的如下的一個(gè)函數(shù)Z0=R+jωLG+jωC---(1)]]>此處Z0是信號(hào)導(dǎo)線的特性阻抗，R是導(dǎo)線的電阻，G是其電導(dǎo)，ω是以弧度(即2πf)計(jì)的頻率，j是 L是其電感，C是其電容。
在高頻時(shí)，阻抗主要取決于電容和電感，因此方程式(1)可簡(jiǎn)化為Z0=LC---(2)]]>因此，通過(guò)減小信號(hào)導(dǎo)線60、62、64的電容，信號(hào)導(dǎo)線的阻抗可以保持得足夠高以便和電子系統(tǒng)中的其它電路通道特性阻抗相匹配，例如在筆記本計(jì)算機(jī)或其類似產(chǎn)品中的電子系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，通常都希望能提供50歐姆的特性阻抗，這個(gè)阻抗通常用于高頻時(shí)鐘電路中。
在有多條信號(hào)導(dǎo)線的位置靠得很近的場(chǎng)合，例如圖2中的信號(hào)導(dǎo)線60、62、64，則最好使導(dǎo)線相互之間的偏移距離d是上部柵網(wǎng)20和下部柵網(wǎng)40的導(dǎo)電元件所形成的方形的頂點(diǎn)之間的對(duì)角線距離的一半的整數(shù)倍。這就是說(shuō) 此處n是一個(gè)整數(shù)。信號(hào)導(dǎo)線60、62、64之間的這個(gè)相同的位置關(guān)系即使在信號(hào)導(dǎo)線60、62、64并不處在方形的頂點(diǎn)與柵網(wǎng)相交的位置時(shí)最好仍能保持。例如，如果一條導(dǎo)線的位置在通過(guò)方形的頂點(diǎn)時(shí)有一微小的距離，則其它導(dǎo)線也應(yīng)以同樣的距離通過(guò)各頂點(diǎn)，使得各導(dǎo)線的阻抗基本上相等。
為了要得到可以彎曲成千上萬(wàn)次的電路板，柔軟電纜在Z方向的厚度必須保持為最小。然而，柵網(wǎng)必須具有足夠量的金屬材料以耐受重復(fù)的彎曲(例如在打開和合上筆記本計(jì)算機(jī)的顯示器的情況)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，構(gòu)成了一種總體厚度為0.0085英寸的柔軟電纜，它的屏蔽柵網(wǎng)20、40之間的空隙為0.005英寸，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64定位于大致在兩個(gè)柵網(wǎng)的中間。在這樣的厚度下，發(fā)現(xiàn)柵網(wǎng)大約具有23％的金屬含量(即在每個(gè)柵網(wǎng)方形中約23％的面積是金屬，約77％的面積是空隙)。這種布置提供的阻抗約為50歐姆。
對(duì)于商用的目的，希望屏蔽所提供的有效程度至少為20分貝。可以表明，屏蔽的有效性可以表示為S=20log(λ21)---(4)]]>在金屬面積為23％的情況下，在間隙D為約0.060英寸時(shí)可提供的屏蔽有效性約為29分貝，這已很好地處在商業(yè)目的所要求的20分貝范圍。
偶然有這種情況，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64必須為了各種理由而走另外的路徑，例如為了符合設(shè)計(jì)的布置或者在各端口間進(jìn)行連接，這些端口并不沿著平行于Y軸的線排成一直線。在這些情況下，信號(hào)導(dǎo)線60、62、64就要重新取向以進(jìn)行這樣的連接。如圖4所示，這種方向的改變可以在使信號(hào)線的阻抗不連續(xù)性保持在最小的情況下來(lái)完成。為了實(shí)現(xiàn)90度的方向改變，含有其第一段72的信號(hào)線70的取向是沿著柵網(wǎng)20、40的各頂點(diǎn)，其方向?yàn)槠叫杏赮軸。這第一段72延伸到第二段74，后者相對(duì)于第一段而言其取向成45度。第二段74然后再延伸到第三段76，它相對(duì)于第二段74的取向是45度，因而相對(duì)于第一段72其取向?yàn)?0度。如圖所示，信號(hào)導(dǎo)線70中第一個(gè)45度轉(zhuǎn)向發(fā)生在上部柵網(wǎng)20的一個(gè)頂點(diǎn)和下部柵網(wǎng)40的一個(gè)頂點(diǎn)之間的大約為中間處。導(dǎo)線70的第二段74則沿著一條平行于上部柵網(wǎng)20和下部柵網(wǎng)40的導(dǎo)電元件但與它們離開一定間距的途徑行進(jìn)。第二個(gè)45度的轉(zhuǎn)向則發(fā)生在上部和下部柵網(wǎng)20、40的兩頂點(diǎn)之間基本上中間的位置，然后第三段76和前面一樣從一個(gè)頂點(diǎn)前進(jìn)到另一個(gè)頂點(diǎn)，但是平行于X軸而不是Y軸。
上面所說(shuō)明的并在圖1-4中所描繪的本發(fā)明提供了一種扁平電纜或柔軟的電路板，它具有柔軟的參考平面，在帶狀線設(shè)計(jì)中能被成千上萬(wàn)次地彎曲，并達(dá)到所要求的阻抗以便允許在不損害信號(hào)質(zhì)量的情況下傳輸信號(hào)而同時(shí)提供可接受的屏蔽能力。這個(gè)設(shè)計(jì)是基于一對(duì)對(duì)稱的、具有位移的參考平面和集中的帶狀線導(dǎo)體。它特別適用于在需要厚約為5密耳的薄型柔軟電路的應(yīng)用中。
但是，在技術(shù)上也存在著這樣的要求，即提供一種增加阻抗的電路板而不依賴于具有副作用的任何一種傳統(tǒng)的方法。例如，增大信號(hào)線和屏蔽之間的距離可減小電容從而使阻抗增加；但是，增大間距很可能增加電路板的厚度，而這在許多應(yīng)用中是不受歡迎的。信號(hào)線和屏蔽之間電容耦合可以通過(guò)減小導(dǎo)線的寬度或厚度來(lái)減小，這也可增加阻抗。但是，這種改變又一次可能是不受歡迎的。另外，通過(guò)使用非均勻的或非標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)材料也可使阻抗改變。在技術(shù)上還存在著外加的要求，即要達(dá)到這種所要求的增大的阻抗的以便允許在沒有信號(hào)質(zhì)量變劣或損失信號(hào)密度的情況下傳輸信號(hào)，同時(shí)還要提供可接受的屏蔽能力。這些目標(biāo)可以通過(guò)下面詳細(xì)說(shuō)明的本發(fā)明來(lái)滿足。
圖5描繪了作為一個(gè)高阻抗總線112而實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的印制電路板100的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的平面視圖。如圖5所描繪的那樣，高阻抗總線112可以用印制電路板的一個(gè)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。這將允許集成電路114A、114B、114C之間沿著總線112而互相連接，這些電路必須通過(guò)高阻抗的導(dǎo)線連接。有一個(gè)整體的接地平面116圍繞著高阻抗區(qū)域112使得“常規(guī)的”阻抗的信號(hào)走線成為可能。另外的情況下，高阻抗區(qū)域112可以在幾個(gè)部分使用或者成為電路板100上的整個(gè)一層。
如圖5所示，本發(fā)明的電路板100包括第一種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線120、122、124；一個(gè)由一組導(dǎo)電元件組成的參考柵網(wǎng)130；和第二種多個(gè)信號(hào)線140、142、144，所有這些導(dǎo)線都相互間以預(yù)定的位置對(duì)準(zhǔn)，這將在下面說(shuō)明。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，可以在參考柵網(wǎng)130的上部提供信號(hào)導(dǎo)線120、122、124而在參考柵網(wǎng)130下面并不存在第二種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線。在還有的另外一種實(shí)施例中，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124可以存在于參考柵網(wǎng)130之下而在柵網(wǎng)130的上面則不存在第二種多個(gè)導(dǎo)線。
如圖5所示，參考柵網(wǎng)130具有統(tǒng)一的圖形，在優(yōu)選實(shí)施例中，它被選擇成重復(fù)的方形圖案，這些方形由形成柵網(wǎng)130的導(dǎo)電元件132、134所構(gòu)成。如圖所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，柵網(wǎng)130的元件是垂直于元件134的?？扇〉霓k法是，柵網(wǎng)130是用印制電路板的蝕刻技術(shù)制成的，它把印制電路板上空白處的銅或別的導(dǎo)電材料除去，使得在蝕刻后留下來(lái)的導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電元件132、134。
特別要指出，由于下面所提出的理由，方形的取向相對(duì)于信號(hào)導(dǎo)線120、122、124是45度，使得導(dǎo)電元件相對(duì)于信號(hào)導(dǎo)線120、122、124成為交叉的斜線。同樣，這些方形相對(duì)于信號(hào)導(dǎo)線140、142、144的主要方向也取向成45度。但是，由于下面所提到的原因，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124的取向相對(duì)于信號(hào)導(dǎo)線140、142、144是90度。
圖6是圖5的6-6部分的放大視圖。雖然在圖6中只表示了兩條信號(hào)導(dǎo)線，即導(dǎo)線120和140，但應(yīng)該理解，它們只是為了說(shuō)明而描繪的，實(shí)際上下面的說(shuō)明也適用于導(dǎo)線120、122、124、140、142和144。如圖6所示，每個(gè)柵網(wǎng)的方形有4個(gè)由柵網(wǎng)130的兩個(gè)導(dǎo)電元件132、134的交點(diǎn)所形成的頂點(diǎn)。兩個(gè)面對(duì)面配置的頂點(diǎn)，例如柵網(wǎng)130的一對(duì)頂點(diǎn)136和138，它們間的對(duì)角線距離成為任何兩個(gè)導(dǎo)電元件之間最大的空隙距離D。這個(gè)距離D可以認(rèn)為是參考柵網(wǎng)130的開槽的尺寸。就像在電信號(hào)屏蔽技術(shù)中所熟知的那樣，如果開槽的尺寸是柵網(wǎng)中最大的空隙，并且如果該距離小于在任何一根信號(hào)導(dǎo)線120、122、124、140、142、144中所傳播的最高信號(hào)頻率的半波長(zhǎng)，則參考柵網(wǎng)130就成為對(duì)從信號(hào)導(dǎo)線120、122、124、140、142、144所發(fā)射的電磁能量的有效屏障。應(yīng)該理解，一個(gè)電時(shí)鐘信號(hào)，假定其頻率為100兆赫，會(huì)有該頻率的多倍的諧波。在為參考柵網(wǎng)130的導(dǎo)電元件選擇最大允許間隔時(shí)要考慮最高信號(hào)頻率的諧波。在優(yōu)選實(shí)施例中，距離D選擇成為小于通過(guò)信號(hào)導(dǎo)線120、122、124、140、142、144的信號(hào)的最小預(yù)期波長(zhǎng)的1/20。
如圖7所示，上部信號(hào)導(dǎo)線120、122、124位于柵網(wǎng)130的上部，而下部信號(hào)導(dǎo)線140、142、144則位于柵網(wǎng)130的下部。如上面所討論的那樣，盡管只顯示了導(dǎo)線120和140，但下面的說(shuō)明同樣適用于導(dǎo)線120、122、124、140、142和144。上部信號(hào)導(dǎo)線120用一個(gè)上部絕緣體152使它和柵網(wǎng)130在電氣上絕緣，下部信號(hào)導(dǎo)線140則用一個(gè)下部絕緣體154使它和柵網(wǎng)130在電氣上絕緣。上部信號(hào)導(dǎo)線120的上部表面用絕緣體156疊上一層。下部信號(hào)導(dǎo)線140的底部表面則疊上一層絕緣體158。這些層以?shī)A心方式疊在一起并用已知技術(shù)的粘合劑把它們粘住。
為了更充分地理解下面的說(shuō)明，對(duì)于各附圖建立起一個(gè)X、Y、Z座標(biāo)系統(tǒng)是有幫助的。X和Y軸位于水平的平面上，如圖5和6所示。柵網(wǎng)130位于和水平平面相平行的平面中。同樣，信號(hào)線120、122、124位于一個(gè)在柵網(wǎng)130之上且平行于它的平面中。信號(hào)線140、142、144也位于一個(gè)平面中，該平面在柵網(wǎng)130的平面下面而平行于該平面。信號(hào)導(dǎo)線120、122、124的主要取向平行于X軸，如圖5和6所示。信號(hào)導(dǎo)線140、142、144的相應(yīng)的主要取向則平行于Y軸，也如圖5和6所示，在另外的情況下，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124可能的取向是平行于Y軸的，而相應(yīng)的信號(hào)線140、142、144則有平行于X軸的取向。為了討論的目的，被使用的是前一種取向。Z軸垂直于X和Y軸，如圖7所示。
如圖5和6所示，柵網(wǎng)130的導(dǎo)電元件132、134是這樣取向的，使得元件對(duì)X軸和Y軸的取向?yàn)?5度，并使由導(dǎo)電元件132、134所形成的方形的對(duì)角線平行于X軸或平行于Y軸。
如圖5所進(jìn)一步表示的，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124最好這樣來(lái)定位，使得信號(hào)導(dǎo)線120、122、124沿著平行于X軸且沿著從柵網(wǎng)130的導(dǎo)電元件所確定的方形的一個(gè)頂點(diǎn)延伸到另一個(gè)頂點(diǎn)。與此相似，信號(hào)導(dǎo)線140、142、144則平行于Y軸且沿著從柵網(wǎng)130的導(dǎo)電元件所確定的方形的一個(gè)頂點(diǎn)延伸到另一個(gè)頂點(diǎn)。在信號(hào)導(dǎo)線120、122、124以這種方式定位的情況下，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124平行于X軸而在上面通過(guò)柵網(wǎng)130的各個(gè)頂點(diǎn)，而信號(hào)線140、142、144則平行于Y軸在下面通過(guò)柵網(wǎng)130的各個(gè)頂點(diǎn)。因此，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124和140、142、144在任何位置都不處于柵網(wǎng)130的各元件之間。這樣，在所有位置可以使在上部導(dǎo)線120、122、124和地之間的電容以及下部信號(hào)導(dǎo)線140、142、144和地之間的電容都保持為最小。此外，把所有導(dǎo)線都定位在相對(duì)于柵網(wǎng)130的導(dǎo)電元件而言為相同的位置，則導(dǎo)線120、122、124的特性阻抗就可以有效地得到相互匹配。
低損耗導(dǎo)線(如信號(hào)導(dǎo)線120、122、124、140、142、144)的阻抗通常是電阻、電導(dǎo)、電容和電感的如下一個(gè)函數(shù)Z0=LC[1+j(G2ωC-R2ωL)]---(5)]]>此處Z0是信號(hào)導(dǎo)線的特性阻抗，R是信號(hào)導(dǎo)線的電阻，G是它的電導(dǎo)，ω是以弧度(即2πf)計(jì)的頻率，j是 L是信號(hào)導(dǎo)線的電感，C是它的電容。
在高頻時(shí)，阻抗主要取決于電容和電感，公式(5)可以簡(jiǎn)化為Z0=LC---(6)]]>通過(guò)減少導(dǎo)線對(duì)參考平面的電容耦合，公式(6)中分母的C值可以減少，因此特性阻抗就增加(即阻抗和導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度的電容成反比)。這具有看起來(lái)如同把參考平面進(jìn)一步從導(dǎo)線移向遠(yuǎn)處從而增加信號(hào)導(dǎo)線的特性阻抗的作用。
圖8表示按本發(fā)明所實(shí)施的6層電路板200的橫截面視圖。圖8的頂上3層202組成了本發(fā)明的上部信號(hào)導(dǎo)線120、參考柵網(wǎng)130和下面的信號(hào)線140。信號(hào)線120位于第一層204；參考柵網(wǎng)130位于第二層206；下部信號(hào)線140位于第三層208。下面3層表示常規(guī)的微帶設(shè)計(jì)的傳輸線和參考平面。這下面3層210的第一層212包括第一信號(hào)導(dǎo)線214；下面3層210的第二層216是一層整體的參考平面218；第3層220則包括第2信號(hào)導(dǎo)線222。204、206、208、212、216和220各層相互間在電氣上是用絕緣體絕緣的，相互重疊并用已知技術(shù)的粘結(jié)劑粘合在一起。
對(duì)于常規(guī)的微帶傳輸線，其特征阻抗和導(dǎo)線與參考平面之間的距離的關(guān)系可用下式表示Z0=119.92(ϵr+1)[ln{4hw+16(hw)2+2}-12(ϵr-1ϵr+1)(lnπ2+1ϵrln4π)]---(7)]]>此處h是表面導(dǎo)體和參考平面間的分隔距離；
w是導(dǎo)體的寬度；和εr是導(dǎo)體和參考平面間的材料的介電常數(shù)。
對(duì)于常規(guī)的中心式帶狀線特性阻抗和導(dǎo)體與參考平面間的距離之間的關(guān)系由下式支配Z0=η02.0πErln{1.0+4.0(b-t)πw′[8.0(b-t)πw′+(8.0(b-t)πw′)2+6.27]}Ω---(8)]]>此處w′=w+Δwtt]]>Δwt=1.0πln[e(12.0(b-t)t+1)2+(14πwt+1.1)m]]]>m=6.03.0+2.0t(b-t)]]>b是導(dǎo)體和整體參考平面之間的間距；t是導(dǎo)體的厚度；和η0是導(dǎo)體的本征阻抗。
等式(7)和(8)分別為微帶和帶狀線設(shè)計(jì)提供更加精確的特性阻抗和導(dǎo)體與參考平面的間隔之間的關(guān)系的表達(dá)方式。
按照常規(guī)，電路板的傳輸線的阻抗是通過(guò)實(shí)際增加導(dǎo)體和參考平面之間的距離而增加的。通過(guò)參考圖8、式(7)和式(8)，這意味著要增加微帶層的h和帶狀線層的b。其結(jié)果是，在這些層上的所有導(dǎo)體將會(huì)相應(yīng)地增加阻抗。如果在同一平面上像高阻抗層上一樣也需要“常規(guī)”的50到65Ω的板阻抗，則將需要增寬導(dǎo)線的寬度(w)以維持板上的其它信號(hào)的主要是50和65Ω的阻抗。
遺憾的是，所需要的導(dǎo)線寬度(w)將從所希望的4或5密耳分別增加到27.3和16.4密耳以維持這些阻抗。這些線寬將不適合間距細(xì)小的器件的焊盤，因此，將不得不如圖5所示的那樣圍繞著集成電路芯片來(lái)走線。此外，從別的層次走線到高阻抗層的“常規(guī)”阻抗的導(dǎo)線將需要把它們的寬度逐層進(jìn)行調(diào)整以便沿著它們的整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)保持阻抗的匹配。即使沒有碰到試圖在細(xì)小間距的器件焊盤之間走線的問題，增加h或b將導(dǎo)致約按2.7的倍比關(guān)系而降低信號(hào)密度，因?yàn)樵谕粚由峡蓪?shí)現(xiàn)的信號(hào)線變得更少了。此外，對(duì)于帶狀線的導(dǎo)體要求增加它的b也會(huì)導(dǎo)致板的厚度大大超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電路板的62密耳的規(guī)范。
如上面所討論的，本發(fā)明允許在有選擇的區(qū)域內(nèi)構(gòu)造比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有更寬范圍的阻抗的信號(hào)線。這是通過(guò)引入一個(gè)在傳統(tǒng)的微帶或帶狀線設(shè)計(jì)中沒有考慮的新的變量而實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)新變量對(duì)導(dǎo)線的阻抗有明顯的影響。這個(gè)新變量是用于構(gòu)造參考平面中的所用銅的百分?jǐn)?shù)。傳統(tǒng)的參考平面是整體的。在傳統(tǒng)上為了增加特性阻抗，必須在物理上增加信號(hào)導(dǎo)線和參考平面之間的間距。
本發(fā)明允許增加阻抗而不必在物理上增加信號(hào)導(dǎo)線和參考平面之間的間距，這樣就可以不增加電路板的厚度而增加阻抗。此外，信號(hào)導(dǎo)線的阻抗可以通過(guò)改變?cè)跇?gòu)造參考平面中所用的銅的百分?jǐn)?shù)而在寬闊的范圍內(nèi)得到改變。本發(fā)明還可以有效地消除在傳統(tǒng)的微帶和帶狀線設(shè)計(jì)中所伴隨的問題，就如上面所討論的。
雖然本發(fā)明具有看起來(lái)會(huì)增加信號(hào)導(dǎo)線和參考層之間的距離的作用，但它的這個(gè)作用僅限于它被使用的區(qū)域而且僅限于兩個(gè)直接緊靠著鄰近的參考平面的信號(hào)層，從而使它不會(huì)改變電路板的其余部分的傳輸線的特性。因此，在圖8中，在204和208層中的相應(yīng)的信號(hào)導(dǎo)線120和140將由于柵網(wǎng)130而呈現(xiàn)出高阻抗，而在212和220層中的相應(yīng)的信號(hào)導(dǎo)線214和222則不會(huì)因?yàn)闁啪W(wǎng)130的存在而受到影響，因而將工作在正常的阻抗下。
例如，在設(shè)計(jì)參數(shù)x＝10密耳，b＝40.8密耳，h＝8密耳和8密耳寬的導(dǎo)線時(shí)，信號(hào)線120(一條微帶)的阻抗在使用含有17％的銅的柵網(wǎng)的情況下約是92歐姆。使用同樣的設(shè)計(jì)參數(shù)和一根6密耳寬的導(dǎo)線，信號(hào)導(dǎo)線140(一條帶狀線)的阻抗約為92歐姆。
此外，在層2使用具有17％銅的斜線交叉的參考平面的效果將使在212層的信號(hào)導(dǎo)線214的阻抗事實(shí)上不受影響，而在220層的信號(hào)導(dǎo)線222的阻抗則完全不受影響。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)際上消除了從那些在柵網(wǎng)130下面走線的信號(hào)所帶來(lái)的一種串?dāng)_源，即前向串?dāng)_。串?dāng)_是信號(hào)從一個(gè)信道耦合到另一個(gè)信道上的效應(yīng)。串?dāng)_可以由一系列的來(lái)源所引起，其中之一就是電纜參數(shù)的不平衡，特別是導(dǎo)線之間的電容和電感的不平衡。由于這個(gè)不平衡，可以造成信號(hào)從一根導(dǎo)線向另一根導(dǎo)線的凈耦合。
這種不平衡通常在一條導(dǎo)線暴露在非均勻介質(zhì)時(shí)會(huì)加劇，例如在常規(guī)的微帶結(jié)構(gòu)的情況下。這是因?yàn)榍跋虼當(dāng)_是奇數(shù)和偶數(shù)跟蹤速度(trace velocity)之差所引起的，這在已有技術(shù)中是都熟悉的。在均勻介質(zhì)中，奇數(shù)和偶數(shù)跟蹤速度是相等的，因而相互抵銷，其結(jié)果是消除了前向串?dāng)_。在非均勻介質(zhì)中，這兩個(gè)速度是不相等的，因而導(dǎo)致非零因素而引起了前向串?dāng)_。在傳統(tǒng)的允許高阻抗的結(jié)構(gòu)中，例如微帶結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)線至少要和三種不同的介質(zhì)相遇，一般為FR-4、焊劑掩膜和空氣。這種不均勻的環(huán)境導(dǎo)致不同的奇數(shù)和偶數(shù)跟蹤速度從而引起前向串?dāng)_。
在本發(fā)明，信號(hào)可以通過(guò)在柵網(wǎng)130下面的信號(hào)導(dǎo)線140中在一種準(zhǔn)帶狀線的環(huán)境中走線，特別是當(dāng)有需要讓信號(hào)經(jīng)過(guò)相互平行且在電氣上距離較長(zhǎng)的導(dǎo)線時(shí)?！霸陔姎馍陷^長(zhǎng)”的距離是指會(huì)發(fā)生最大耦合的接近λ/4的距離。由于在208層上的導(dǎo)線140、142、144是在接近于均勻的環(huán)境中走線的，奇數(shù)和偶數(shù)跟蹤速度的差接近為零，因此前向串?dāng)_接近于零。其結(jié)果是本發(fā)明實(shí)際上消除了前向串?dāng)_。
在有多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線定位于很靠近的場(chǎng)合，例如圖5中的信號(hào)導(dǎo)線120、122、124或140、142、144，最好把導(dǎo)線120、122、124或140、142、144相互之間偏置一個(gè)距離d，這個(gè)d是由柵網(wǎng)130的導(dǎo)電元件所形成的方形的頂點(diǎn)之間對(duì)角線距離D的一半的倍數(shù)。這個(gè)偏置值和對(duì)角線距離D之間的關(guān)系示于方程式(3)中。
這個(gè)在信號(hào)線120、122、124或140、142、144之間的相同的位置關(guān)系即使在信號(hào)線120、122、124或140、142、144并不定位在方形的頂點(diǎn)上和柵網(wǎng)130相交的情況下也最好予以保持。例如，如果有一條導(dǎo)線的位置距方形的頂點(diǎn)有一小段距離而通過(guò)，則其它導(dǎo)線也應(yīng)該距各頂點(diǎn)有相同的距離而通過(guò)，以便使導(dǎo)線的阻抗實(shí)際上是相等的。
除了上面所說(shuō)的優(yōu)點(diǎn)外，這個(gè)新的設(shè)計(jì)使得對(duì)在參考柵網(wǎng)下面走線的高阻抗導(dǎo)線得到前所未有的屏蔽。由于本發(fā)明允許高阻抗導(dǎo)線在圖8的層204(微帶或嵌入的微帶)和層208(帶狀線或準(zhǔn)帶狀線)上都可以走線，因此有可能把高阻抗信號(hào)在典型的6層板上僅僅通過(guò)208層上的導(dǎo)線走線。此外，如果需要更高阻抗的導(dǎo)線，那么可以在層216上使用帶柵網(wǎng)的參考平面，而在層212上的導(dǎo)線214提供所需的外加的高阻抗。同時(shí)在層216上的柵網(wǎng)將提供必要的屏蔽。
為了商用的目的，希望屏蔽提供的有效程度至少應(yīng)為20分貝。目前的設(shè)計(jì)可以為接近納秒(毫微秒)的上升時(shí)間時(shí)所遇到的典型頻率(100兆赫-500兆赫)提供明顯的衰減。在屏蔽有效性、開槽的最大尺寸(D)和導(dǎo)線中信號(hào)的波長(zhǎng)之間的關(guān)系表示于式(4)中。當(dāng)金屬面積為23％，間距D約為0.06英寸時(shí)所提供的屏蔽有效性約為29分貝，完全在商業(yè)目的所要求的范圍之內(nèi)。
在偶然情況下，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124或140、142、144由于各種原因而要求重新走線，例如，為了符合設(shè)計(jì)布局或?yàn)榱嗽诟鱾€(gè)不是沿著平行于Y軸的線而對(duì)準(zhǔn)的端口之間進(jìn)行連接。在這些情況下，信號(hào)導(dǎo)線120、122、124或140、142、144必須重新取向以進(jìn)行這樣的連接。如圖5、9和10所示的那樣，這種方向的改變可以在使信號(hào)線阻抗的不連續(xù)性保持在最小的情況下完成。為了完成90度的方向改變，位于柵網(wǎng)130上面的信號(hào)導(dǎo)線124的方向是首先沿著柵網(wǎng)130的各頂點(diǎn)行進(jìn)，其方向是平行于X軸。穿過(guò)含有第一信號(hào)導(dǎo)線124的電路板和柵網(wǎng)130鉆一個(gè)通孔134到達(dá)位于柵網(wǎng)130下面的第二導(dǎo)線144。第二導(dǎo)線144相對(duì)于第一導(dǎo)線130而言其方向?yàn)?0度，并且也是沿著柵網(wǎng)130的各頂點(diǎn)接著平行于Y軸的方向取向。第一導(dǎo)線124通過(guò)該通孔134而與第二導(dǎo)線144在電氣上相連接，這個(gè)通孔里填充焊錫，這是已知技術(shù)。用這種方式就可使導(dǎo)線重新走線而同時(shí)使得其不連貫性為最小。
因此，本發(fā)明允許微帶和帶狀線的設(shè)計(jì)人員選擇比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)寬闊得多的阻抗范圍。這個(gè)設(shè)計(jì)在以下情況特別有用，即要在一個(gè)電路板上的選定的區(qū)域內(nèi)提供很高阻抗的導(dǎo)線而無(wú)需增加標(biāo)準(zhǔn)電路板的厚度、無(wú)需減少信號(hào)導(dǎo)線的寬度和厚度，以及無(wú)需依靠使用非均勻或非標(biāo)準(zhǔn)的電介質(zhì)。本發(fā)明也可提供高阻抗而同時(shí)維持高的信號(hào)密度，高的屏蔽等級(jí)，同時(shí)降低高阻抗導(dǎo)線之間的串?dāng)_。
雖然本發(fā)明是用某些優(yōu)選實(shí)施例來(lái)說(shuō)明的，對(duì)那些具有本項(xiàng)技術(shù)一般了解的人說(shuō)來(lái)是易于了解的其它實(shí)施例也是在本發(fā)明范圍之內(nèi)的。因此，發(fā)明的范圍指的只是由下列的權(quán)利要求所規(guī)定的。
權(quán)利要求
1.一種電路板，其特征在于包括具有在第一平面內(nèi)確定的第一預(yù)定布置的第一屏蔽柵網(wǎng)；具有在第二平面內(nèi)確定的第二預(yù)定布置的第二屏蔽柵網(wǎng)，上述第二屏蔽柵網(wǎng)定位于離開上述第一屏蔽柵網(wǎng)的一個(gè)預(yù)定偏置距離；和位于上述第一和第二柵網(wǎng)之間的導(dǎo)電元件，使該導(dǎo)電元件定位于相對(duì)于上述第一和第二柵網(wǎng)的一個(gè)預(yù)定位置上。
2.權(quán)利要求1的電路板，其特征在于，上述每個(gè)第一和第二預(yù)定布置是以一種幾何圖形互相連接的導(dǎo)電元件。
3.權(quán)利要求2的電路板，其特征在于，上述幾何圖形是在上述導(dǎo)電元件之間的空隙，并且其中所說(shuō)的空隙的最大尺寸小于由上述導(dǎo)電元件所傳導(dǎo)的信號(hào)的最高頻率的波長(zhǎng)的一半。
4.權(quán)利要求3的電路板，其特征在于，上述空隙的上述最大尺寸小于由上述的導(dǎo)電元件所傳導(dǎo)的信號(hào)的最高頻率的波長(zhǎng)的20分之一。
5.權(quán)利要求4的電路板，其特征在于，上述的電路板還包括第二導(dǎo)電元件。
6.權(quán)利要求5的電路板，其特征在于，上述的第二導(dǎo)電元件基本上是平行于上述的第一導(dǎo)電元件的。
7.權(quán)利要求6的電路板，其特征在于，上述的第二導(dǎo)電元件定位于一個(gè)偏移距離，它等于上述柵網(wǎng)的上述空隙最大尺寸的一半的整數(shù)倍。
8.權(quán)利要求7的電路板，其特征在于，其中所說(shuō)的偏移值是上述柵網(wǎng)的空隙的最大尺寸的一半距離的一個(gè)系數(shù)。
9.權(quán)利要求2所規(guī)定的電路板，其特征在于，上述的幾何圖形是一個(gè)方形。
10.權(quán)利要求1的電路板，其特征在于，其中所說(shuō)的導(dǎo)電元件的上述預(yù)定位置由上述柵網(wǎng)的頂點(diǎn)所確定。
11.權(quán)利要求1的電路板，其特征在于，其中所說(shuō)的第一和第二柵網(wǎng)以及上述的導(dǎo)電元件包括柔軟電纜。
12.權(quán)利要求1的電路板，其特征在于上述第一屏蔽柵網(wǎng)包括以第一方向取向的第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和以垂直于該第一方向的第二方向取向的第二種多個(gè)導(dǎo)電元件，使得上述第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和上述第二種多個(gè)導(dǎo)電元件形成多個(gè)方形，上述方形具有相應(yīng)于該第一種和第二種多個(gè)導(dǎo)電元件所形成的交點(diǎn)的頂點(diǎn)，上述的這些頂點(diǎn)的對(duì)角線之間的距離是沿著與上述第一和第二方向成45度的對(duì)角線方向的；上述的第二屏蔽柵網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上和上述的第一屏蔽柵網(wǎng)相同，上述第二屏蔽柵網(wǎng)的位置基本上平行于上述第一屏蔽柵網(wǎng)，使得上述的第一屏蔽柵網(wǎng)的上述導(dǎo)電元件的交點(diǎn)和上述的第二屏蔽柵網(wǎng)的上述交點(diǎn)在上述對(duì)角線方向上相距的距離基本上等于上述對(duì)角線距離的一半；和上述電路板包括多個(gè)定位于上述屏蔽柵網(wǎng)之間的信號(hào)導(dǎo)線，其取向基本上平行于上述兩個(gè)對(duì)角線方向之一的方向。
13.權(quán)利要求12所規(guī)定的柔軟電纜，其特征在于，上述的信號(hào)導(dǎo)線的取向是接近通過(guò)上述各方形的頂點(diǎn)。
14.一種構(gòu)造電路板的方法，包括下列各步驟把具有第一預(yù)定布置的第一屏蔽柵網(wǎng)定位在第一平面中；把具有第二預(yù)定布置的第二屏蔽柵網(wǎng)定位于平行于第一平面的第二平面內(nèi)，并把該第二屏蔽柵網(wǎng)在上述第二平面內(nèi)以預(yù)定的方向偏離上述的第一屏蔽柵網(wǎng)；和把導(dǎo)電元件定位在上述第一和第二柵網(wǎng)之間使得該導(dǎo)電元件定位在相對(duì)于上述第一和第二柵網(wǎng)的一個(gè)預(yù)定位置上。
15.權(quán)利要求14所規(guī)定的方法，其特征為上述的第一平面是在一個(gè)上述導(dǎo)電元件上，上述第一預(yù)定的布置包含導(dǎo)電元件的多個(gè)交點(diǎn)；上述的第二平面是在上述導(dǎo)電元件的一個(gè)對(duì)側(cè)并且是平行于上述第一平面的，上述的第二屏蔽柵網(wǎng)包括導(dǎo)電元件的多個(gè)交點(diǎn)，上述的第二柵網(wǎng)相對(duì)于第一柵網(wǎng)對(duì)準(zhǔn)從而使上述第二柵網(wǎng)的導(dǎo)電元件的交點(diǎn)離上述第一柵網(wǎng)的導(dǎo)電元件的交點(diǎn)有一預(yù)定的偏移；和上述的信號(hào)導(dǎo)線是沿著平行于連接上述第一和第二柵網(wǎng)各導(dǎo)電元件的交點(diǎn)的連接的各線而取向的。
16.一種電路板，其特征在于包括一個(gè)屏蔽柵網(wǎng)，它具有由相互連接成一種幾何圖形的導(dǎo)電元件構(gòu)成的預(yù)定的布置；和位于上述柵網(wǎng)鄰近的第一導(dǎo)電元件，使得該導(dǎo)電元件定位于相對(duì)于上述柵網(wǎng)的一個(gè)預(yù)定位置上。
17.權(quán)利要求16的電路板，其特征在于，上述的第一導(dǎo)電元件的上述預(yù)定位置是由上述柵網(wǎng)的頂點(diǎn)所確定的。
18.權(quán)利要求16所規(guī)定的電路板，其特征在于，上述的預(yù)定圖形是一個(gè)方形。
19.權(quán)利要求16所規(guī)定的電路板，其特征在于上述的柵網(wǎng)包括以第一方向取向的第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和以垂直于上述第一方向的第二方向取向的第二種多個(gè)導(dǎo)電元件，使得該第一種多個(gè)導(dǎo)電元件和該第二種多個(gè)導(dǎo)電元件形成多個(gè)方形，上述的這些方形具有相應(yīng)于該第一和第二多個(gè)導(dǎo)電元件交點(diǎn)的頂點(diǎn)，上述這些頂點(diǎn)的對(duì)角線之間的距離是沿著與上述第一和第二方向成45度的對(duì)角線方向的；第一種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線位于上述柵網(wǎng)的鄰近，且其取向的方向基本上平行于上述對(duì)角線方向之一；第二種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線位于上述柵網(wǎng)的鄰近，其取向的方向基本上垂直于上述第一種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線。
20.權(quán)利要求19所規(guī)定的電路板，其特征在于上述第一種多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線的取向?yàn)榻?jīng)過(guò)緊密靠近上述方形的各頂點(diǎn)。
21.權(quán)利要求16的電路板，其特征在于，上述幾何圖形是在上述導(dǎo)電元件之間的空隙，且其中上述空隙的最大尺寸小于由上述第一導(dǎo)電元件所傳導(dǎo)的信號(hào)最高頻率的波長(zhǎng)的一半。
22.權(quán)利要求21的電路板，其特征在于，上述空隙的上述最大尺寸小于由上述第一導(dǎo)電元件所傳導(dǎo)的信號(hào)最高頻率的波長(zhǎng)的20分之一。
23.權(quán)利要求21的電路板，其特征在于，還包括一個(gè)第二導(dǎo)電元件，它基本上平行于上述第一導(dǎo)電元件，該第二導(dǎo)電元件離上述第一導(dǎo)電元件一個(gè)偏移距離，上述偏移距離是上述柵網(wǎng)的上述空隙最大尺寸的一半距離的整數(shù)倍。
24.權(quán)利要求23的電路板，其特征在于，上述電路板還包括與上述柵網(wǎng)靠近的第三導(dǎo)電元件，其方向?yàn)榕c上述第一導(dǎo)電元件相對(duì)，其中所說(shuō)的第三導(dǎo)電元件相對(duì)于上述的第一導(dǎo)電元件而定位于第二預(yù)定位置上。
25.權(quán)利要求23的電路板，其特征在于，上述的第三導(dǎo)電元件基本上垂直于上述第一導(dǎo)電元件。
26.權(quán)利要求24的電路板，其特征在于，包括第四導(dǎo)電元件，它基本上平行于上述的第三導(dǎo)電元件，上述第四導(dǎo)電元件與上述第三導(dǎo)電元件的位置之間有一個(gè)偏移距離，這個(gè)偏移是上述柵網(wǎng)的上述空隙最大尺寸的一半距離的整數(shù)倍。
27.一種增加具有電信號(hào)導(dǎo)線的電路板的阻抗的方法，包括的步驟為把具有預(yù)定布置的單獨(dú)屏蔽柵網(wǎng)定位在鄰近于上述信號(hào)導(dǎo)線的位置，上述布置含有多個(gè)由導(dǎo)電元件所組成的交點(diǎn)；和把上述信號(hào)導(dǎo)線沿著平行于連接上述柵網(wǎng)的導(dǎo)電元件的上述交點(diǎn)的線的各線而取向。
全文摘要
一種屏蔽柔軟電纜包括由導(dǎo)電元件組成的方形的第一屏蔽柵網(wǎng)。第二屏蔽柵網(wǎng)也形成方形。兩個(gè)柵網(wǎng)在兩個(gè)方向上都相互偏移方形頂點(diǎn)的對(duì)角線間距的一半而定位。電信號(hào)導(dǎo)線定位于兩個(gè)柵網(wǎng)之間并沿著各方形頂點(diǎn)的連接延伸以維持信號(hào)線的受控阻抗。一種電路板包括由導(dǎo)電元件形成的方形柵網(wǎng)所配置的參考平面。電信號(hào)導(dǎo)線定位于鄰近該柵網(wǎng)的平面上。構(gòu)成柵網(wǎng)的銅用量百分?jǐn)?shù)的減少增加了信號(hào)導(dǎo)線的特性阻抗而不增加電路板的厚度、不減少導(dǎo)線的寬度或厚度且不必使用非均勻或非標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)。該電路板提供信號(hào)導(dǎo)線使用更大范圍的阻抗，可允許在不降低信號(hào)質(zhì)量或損失信號(hào)密度的情況下傳輸信號(hào)，同時(shí)提供可接受的屏蔽能力。
文檔編號(hào)H01P3/08GK1119903SQ94191542
公開日1996年4月3日 申請(qǐng)日期1994年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月2日
發(fā)明者E·D·蘇斯基 申請(qǐng)人:Ast研究公司