專利名稱：用于背板的總線類型連接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及總線類型連接系統(tǒng)，即涉及包括一對或者多對兩線(two wire)線路的連接系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中用于連接電子設(shè)備的連接器可以位于線路的任意位置。
在編碼系統(tǒng)的幫助下，在總線上收發(fā)線路上傳播的信息，一般地，該編碼系統(tǒng)是時間編碼系統(tǒng)，它決定了當(dāng)前傳送的信息所相關(guān)的設(shè)備?？偩€通常包括一組線路，用于平行地傳輸信息。這種系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于個人電腦(PC)中，用來連接擴(kuò)展卡。它也廣泛地應(yīng)用在專用的電子設(shè)備中，用于背板的布線，其中所述背板插有組成需要的硬件的電路卡。
背景技術(shù)：
連接器通常以相等的間隔固定在背板上，它們通過電導(dǎo)線相連，從一個連接器到下一個連接器的導(dǎo)線的長度都是相同的。這樣的組合形成了傳輸線或者多重傳輸線，這些傳輸線具有固定特征阻抗，可以以很高的頻率傳輸信號，尤其是數(shù)字信號，而信號的畸變很小。
在某些特定的情況下，連接器之間距離不可能保持為相等，沿著線路的特征阻抗更改為是連接器之間距離的函數(shù)。這引起沿著線路的傳輸時間的變化和區(qū)域化反射。這些現(xiàn)象導(dǎo)致傳輸信號的畸變，限制了信號可以被傳輸?shù)念l率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服這些限制，本發(fā)明提出了一種總線連接系統(tǒng)，特別用于背板，包括傳輸線，沿著傳輸線有用來容納電子線路卡的連接器，傳輸線至少包括兩段，每一段都包括一組按照常數(shù)等間隔設(shè)置的連接器，不同段的間隔都是明顯不同的，而且所述電子線路卡改變了所連接的段的阻抗，產(chǎn)生了有效阻抗，該系統(tǒng)的特征在于，相對于其他段的傳輸線路，改變一段傳輸線路的結(jié)構(gòu)，使得該段的有效阻抗與其他段的有效阻抗一致。
本解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于除了需要正確的傳輸線的參數(shù)以外，并不涉及任何額外的制造成本。
根據(jù)另一特征，該系統(tǒng)包括一組段，在所述段的各個連接器之間，各段分別具有明顯不同的間隔，其特征在于，除了一段以外，其他各段傳輸線的結(jié)構(gòu)都相對于給定的一段修改，以保證它們的有效阻抗與未修改的段相同。
根據(jù)另一特征，未修改的段的有效阻抗是最低的。
根據(jù)另一特征，未修改的段的連接器間隔是最短的。
根據(jù)另一特征，每段線都是給定厚度的導(dǎo)體線段，通過改變線的寬度來改變線的結(jié)構(gòu)。。
根據(jù)另一特征，該系統(tǒng)包括一組傳輸線，所有這些傳輸線都是通過相同的方式來修改的。


通過閱讀后續(xù)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得很清晰，后續(xù)描述將參照附圖進(jìn)行，其中圖1示出了包括兩個不匹配部分的總線；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明修改過的圖1所示的總線；圖3是圖1所示的總線上的信號圖，以及圖4是圖2所示的總線上的信號圖。
具體實施例方式
圖1概略地示出了本發(fā)明的一個特定實施方式，它對應(yīng)于總長度為D1+D2＝75厘米(cm)的一背板總線。為了便于解釋，圖中只示出了一條與信號相關(guān)聯(lián)的線路，雖然應(yīng)當(dāng)理解，總線通常包括很多線路，在那種情況下，本發(fā)明以相同方式應(yīng)用于總線的每一條線路上。
為了在40MHz的頻率下使用上述總線，需要采用一定的技術(shù)，例如使用導(dǎo)線的微帶線(strip-line)技術(shù)，因此采取了帶有分布式常數(shù)的傳輸線的形式，它的特征阻抗由下列參數(shù)決定，例如L0＝4.73納秒/厘米(nH/cm)；C0＝1.06皮法/厘米(pF/cm)；Z0＝67歐姆(Ω)；Tpd＝70.7皮秒/厘米(ps/cm)圖中上面部分的物理表現(xiàn)示出了一組輸入/輸出緩存放大器102，對應(yīng)于通過連結(jié)器(圖中沒有示出)連接到線101上的線路卡。此線路的兩端通過匹配電阻103完成回環(huán)。
因為此實施例的特殊原因，第一4個輸入/輸出放大器按照固定的間隔d1在長度為D1的第一段(segment)中排列，最后的5個放大器按照固定的d2在長度為D2的第二段中排列。在當(dāng)前的這個例子中，d1＝10cm，D1＝50cm，d2＝5cm and D2＝25cm。
每一個放大器從其放置的位置上連接到該線路，這個例子中的額外電容CL等于12pF。
在圖1中的中間部分所示的等效電路中，傳輸線的行為相當(dāng)于帶有分布常數(shù)和一系列感抗的線路，由電感104和并聯(lián)電容來表示。在整個線路長度上的感抗等于L0?？偩€的基本電容由放大器的電容而改變，在D1長度上的容抗由電容105來表示，其容抗值等于C0+CL1；在D2長度上的容抗由電容106來表示，其容抗值等于C0+CL2。CL1和CL2的值通過將常數(shù)CL除以相應(yīng)的長度而得到，所以CL1＝CL/d1并且CL2＝CL/d2。
結(jié)果，有效阻抗沿著總線并不始終相等。它在直到第二系列模塊的第一個模塊107為止的D1長度上等于Zoleff，在直到線路的端點(diǎn)的D2長度上等于Zo2eff。上述的取值由下列公式給出Zo1eff=Zo11+CLd1·Co]]>Zo2eff=Zo11+CLd2·Co]]>有效的傳播時延會受到相同方式的影響，因此
Tpd1eff=Tpd1+CLd1·Co]]>Tpd2eff=Tpd1+CLd2·Co]]>結(jié)果，由圖1中下部的符號所表示，總線的阻抗在模塊5的位置即對應(yīng)于D1長度和D2長度的連接處，具有不連續(xù)性。然而，兩端可以通過終止對應(yīng)這些位置的特征阻抗的匹配電阻RT1和RT2來達(dá)到匹配。
本發(fā)明提出更改長度D1的總線的傳輸線結(jié)構(gòu)，由此在這段線路上允許輸入/輸出放大器102帶來的效果，在此段線路上的等效特征阻抗等于長度D2的特征阻抗。在這種情況下，如圖2所示(圖2與圖1使用相同的圖例)，帶有放大器的總線實現(xiàn)了端到端的匹配。出于技術(shù)上的考慮，最好降低最大的阻抗，而不要增加最小的阻抗，例如，那些間隔最短的段。
實現(xiàn)總線的線段結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)整其幾何形狀來更改，通常都是改變構(gòu)成總線的導(dǎo)線的幾何參數(shù)。通常每段導(dǎo)線的厚度和位置都是固定的，因此只能通過改變線的寬度來改改變其結(jié)構(gòu)。
考慮到物理可能性，通常必須要改變線段D1上的分布感抗204，使其采用其他的值。例如，等于L1，并同時改變分布電容，例如使其容抗值等于C1。總線本身的特征阻抗，例如不考慮放大器102效果的阻抗，等于Z1。此時，Zo1eff=Zo2eff=Z111+CLd1·C1]]>因此，可能必須改變兩個參數(shù)Z1和C1，但是這兩個參數(shù)不是互相獨(dú)立的，Z1是根據(jù)C1而變化的。根據(jù)實踐得知，可以使用迭代的方法，例如首先為C1設(shè)置合適的初始值，然后使用此初始值來計算Z1的第一個值。Z1的第一個值用來設(shè)置總線的參數(shù)，例如使用現(xiàn)成的HP_ADS仿真器。如果按照這種方法得到的參數(shù)不合適，可以向物理上合適的方向上修改，從而產(chǎn)生Z1和C1的第二個值。計算出相應(yīng)的阻抗Zo1eff，這個值肯定與Zo2eff不同。根據(jù)差別的方向，這個過程可以不斷重復(fù)，直到收斂到Zo1eff＝Zo2eff。得出的等效電容205和206分別是C1+CL1和C0+CL2。
我們已經(jīng)解釋了在兩種間隔的情況下的處理方法，這種處理方法同樣可以推廣到具有多種間隔的情況。
為此，第一步是決定最小的有效阻抗，例如，每一個線段上輸入/輸出之間都有相同的間隔，通過計算所有部分的阻抗，得到最短間隔的等效阻抗。
上述的方法可以應(yīng)用到每一個部分，通過前綴x來識別，得到下面的公式Zomineff=Zo11+CLdmin·Co=Zoxeff=Zx11+CLdx·Cx]]>總線終端的匹配電阻可以使用已知的方法來計算。在圖2描述的例子中，因為僅有第一部分的阻抗發(fā)生了改變，所以僅有輸入電阻203改變了。
最后一步是驗證總線對于數(shù)字信號工作正常，最好使用上面提到的仿真器。如果得到的電路行為不是很好，重復(fù)進(jìn)行上述的操作來得到另一對C1和L1。
圖3示出了在圖1中總線沒有正確匹配的例子中，一個矩形波輸入信號Ve和在第5個模塊和總線輸出端的信號Vs1、Vs2。圖4示出了在圖2中總線正確匹配的例子中相同的信號。圖中的單位是電壓伏特和納秒?？梢园l(fā)現(xiàn)性能的改進(jìn)是非常顯著的。
然而，這些改進(jìn)是通過損害在總線上的整體傳輸時間得到的，因為總線上各個線段的傳播速度都被降低到與最低的那一段相同。
上述描述針對以下情形，即每一段中連接器之間的距離是常數(shù)，并且其長度是精確的d1和d2。在現(xiàn)實中這種理想的狀況是不可能遇到的，但是如果這些間隔基本上是常數(shù)，例如它們保持在一個平均值的周圍，本發(fā)明仍然可以應(yīng)用。這個平均值就表明了每段的特征。
權(quán)利要求
1.一種總線連接系統(tǒng)，特別用于背板，包括傳輸線(101)，沿著傳輸線有用來容納電子線路卡(102)的連接器，傳輸線至少包括兩段(D1，D2)，每一段都包括一組按照常數(shù)等間隔(d1，d2)設(shè)置的連接器，不同段的間隔都是明顯不同的，而且所述電子線路卡改變了所連接的段的阻抗，產(chǎn)生了有效阻抗(Zoleff)，該系統(tǒng)的特征在于，相對于其他段的傳輸線路，改變一段傳輸線路的結(jié)構(gòu)，使得該段的有效阻抗(Zoleff)與其他段的有效阻抗一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，包括一組段(D1，D2)，在所述段的各個連接器之間，各段分別具有明顯不同的間隔，其特征在于，除了一段以外，其他各段傳輸線的結(jié)構(gòu)都相對于給定的一段修改，以保證它們的有效阻抗與未修改的段相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，未修改的段的有效阻抗(Zomin eff)是最低的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于，未修改的段的連接器間隔(d2)是最短的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任意一項的系統(tǒng)，其特征在于，每段線都是給定厚度的導(dǎo)體線段，通過改變線的寬度來改變線的結(jié)構(gòu)。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任意一項的系統(tǒng)，其特征在于，它包括一組傳輸線(101)，所有這些傳輸線都是通過相同的方式來修改的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別針對電子系統(tǒng)的布線背板的總線連接系統(tǒng)，這里的總線包括不規(guī)律分布的連接器。它包括選擇段，在每段中連接器之間的間隔是基本相同的，除了一段以外，改變所有線段的結(jié)構(gòu)，使得改變的各段的有效阻抗與未修改的一段的有效阻抗相等。這就產(chǎn)生了從一端到另一端都滿足匹配要求的總線，并且可以工作在很高的頻率上，僅僅是輕微地減小了其傳播常數(shù)。
文檔編號G06F13/40GK1601503SQ200410080178
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月26日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·紀(jì)堯姆 申請人:阿爾卡特公司