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Dokumentenidentifikation DE60215188T2 18.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001419559
Titel Verfahren zur Reduzierung von elektromagnetischer Abstrahlung für geschirmte Steckverbinder
Anmelder Intel Corp., Santa Clara, Calif., US
Erfinder Tripathi, Alok, Beaverton, Oreg., US;
Miller, Dennis, Sherwoood, Oreg., US
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 60215188
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.08.2002
EP-Aktenzeichen 027684133
WO-Anmeldetag 01.08.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/US02/24671
WO-Veröffentlichungsnummer 2003019733
WO-Veröffentlichungsdatum 06.03.2003
EP-Offenlegungsdatum 19.05.2004
EP date of grant 04.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse H01R 13/66(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01R 13/719(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Fachgebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf HSSDC-Stecker (High-Speed Differential Serial Link Cable Connectors). Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf die Unterdrückung allgemeiner elektrischer Störung an der Kabelumflechtung zur Reduzierung elektromagnetischer Ausstrahlungen unter Einsatz einer Verfahrensweise, die auf die Leiterplatte anwendbar ist, auf der dieser Kabelstecker montiert ist.

Allgemeiner Stand der Technik

Der Betrieb von HSSDC-Steckern zwischen peripheren Geräten, beispielsweise einem Server oder einem Desktop-Computer überträgt Daten mit hohen Geschwindigkeiten zwischen verschiedenen Peripher-/Systemgeräten. Andere Beispiele der Verwendung solcher HSSDC-Stecker umfasst das Verbinden zweier peripherer Geräte durch einen HSSDC-Anschluss. Diese peripheren Geräte können, sind aber nicht darauf beschränkt, eine Speicher-Box oder eine redundante Gruppe unabhängiger Plattensteuereinheiten (RAID-Controller) sein. Bei seriellen Hochgeschwindigkeitsanswendungen erfordert der Kabelstecker spezielle Abschirmgehäuse, um Störung auf Plattenebene seitens der externen Umgebung zu isolieren.

Im Allgemeinen wird das Metallgehäuse des HSSDC-Steckers mit dem Gestell und der äußeren Umflechtung des Doppelabschirmkabels (z.B. „Skewclear"-Kabel) verbunden. Aus Sicherheitsgründen ist die Transistor-Transistor-Logik (TTL) oder logische Masse nicht direkt mit der Gestellerde verbunden. Einer dieser Sicherheitsgründe ist, dass, wenn zwei, durch einen ausreichenden Abstand getrennte, System/Geräte Masse bei verschiedenem Potenzial haben können, eine größere Strommenge entlang des Kabels vom einen Gestell zum zweiten Gestell fließen kam. Der Potenzialunterschied kann sehr groß sein und das Kabel stellt einen Strompfad niedriger Impedanz und daher hohen Strom auf der Kabelabschirmung bereit. Wenn, in solch einem Fall, das Gestell mit den logischen Massen von zwei Systemen, durch das Steckergehäuse mit dem Gehäuse eines weiteren Geräts verbunden ist, das sich in einem verschiedenen Massezustand/Potenzial befindet, könnte die Logikschaltung an den Enden niedrigen und hohen Potenzials durchbrennen. In so einer Konfiguration könnten die zwei Enden der Kabel einen Spannungspotenzialunterschied aufweisen, speziell, wenn sich jedes Ende des Kabels mit einem peripheren Gerät verbindet, das sich auf einem unterschiedlichen lokalen Massepotenzial befindet. Im Allgemeinen wird ein hoher Widerstand zwischen dem Steckergehäuse/Gestell (an die lokale Gestellmasse angeschlossen) und der logischen Masse empfohlen, um einen Gleichstrom Strompfad für den elektrischen Strom bereitzustellen. Dieser Widerstand stellt einen Schwachstrom-Gleichstrompfad für irgendeinen Spannungspotenzialunterschied zwischen den zwei Enden des Kabels bereit.

Bei Hochfrequenz-Datenübertragungsanwendungen erlaubt typisches Belassen des äußeren Gehäuses des Steckers in schwimmenden Zustand in Bezug auf die logische Masse eine große Menge Hochfrequenz-Oberflächenströme auf dem Steckergehäuse. Der Oberflächenstrom könnte auf die äußere Umflechtung des Kabels übertragen werden und abstrahlen. Bereitstellung eines vollständigen Metallgehäuses aller Schlitze zwischen dem äußeren Gehäuse des Steckers zum Träger, beispielsweise eines peripheren Komponenten-Zwischenverbindungsträgers (PCI), für das Gestell kann die Menge des Gleichtaktstroms, der auf die äußere Umflechtung des Kabels übertragen wird, erheblich reduzieren. Diese Verfahrensweise der Reduzierung elektromagnetischer Ausstrahlung ist, vom Gesichtspunkt der Kosten aus betrachtet, in einer Massenfertigungsumgebung typisch schwierig umzusetzen.

Eine weitere allgemein benutzte Verfahrensweise der Implementierung auf Plattenebene, um die Unterdrückung der Gleichtaktstörung (CMN) des Systems an Kabelsteckern zu fertig zu werden (und daher der Kabelumflechtung), ist die Verwendung eines Trenntransformers. Der Trenntransformer wird in Reihe mit den Differenzsignalleitungen des Kabels verbunden und auf der Leiterplatte nahe den Enden der Kabelstecker montiert, die Verbindung zu den Periphergeräten herstellen. Trenntransformer verwerfen blockieren Gleichtaktstörung und lassen nur das Differenzmodussignal in die Differenzsignalpaare der Kabelsteckerbaugruppe passieren. Während dieses Vorgangs dämpft der Trenntransformer außerdem das Differenzsignal, was bei Anwendungen mit niedriger Datenübertragungsgeschwindigkeit kein ernsthaftes Problem ist. Jedoch, wenn die Signalfrequenz zunimmt, degradieren die Trenntransformer Signalcharakteristiken, wie beispielsweise Anstiegszeit und Levels. Bei hohen Frequenzen haben die Trenntransformer, aufgrund elektrischer Störeffekte ernsthafte frequenzabhängige Dämpfungskenndaten und führen deshalb zu ernsthafter Verschlechterung von Differenzsignalqualität, aufgrund von Intersymbolinterferenz (ISI). Im Allgemeinen ist der Trenntransformer ausreichend um 200–300 MHz herum die elektromagnetische Beeinflussung zu reduzieren hat aber begrenzte Anwendungen über ein GHz.

Das Dokument US 6,033,263 zeigt eine kapazitive Kopplungsbaugruppe, die zwischen einer leitfähigen Platte und einem abgeschirmten Stecker angeordnet ist. Die kapazitive Kopplungsbaugruppe wird aus einem dielektrischen Element gebildet, das in Sandwichbauweise zwischen zwei leitfähigen Schichten angeordnet ist, wobei das dielektrische Element Durchgangslöcher umfasst, in denen diskrete Kondensatoren positioniert sind. Die leitfähigen Schichten haben Federspannfinger und Federarme, die die mechanische und elektrische Verbindung der Kondensatoren in den Durchgängen mit den leitfähigen Schichten in Kontakt sind.

Das Dokument US 5,562,498 offenbart einen elektrischen Stecker mit einem flexiblen Kondensator. Um LC- und CLC-Filter zu bilden, bestehen Kondensatorbanken aus magnetisierten Materialien, die kapazitive Elemente einschließen. Die Kondensatorbanken werden zwischen zwei Flansche einer elektromechanischen Vorrichtung eingeschoben, die auf einer Leiterplatte positioniert ist.

Das Dokument US 5,400,039 offenbart eine Mikrowellenschaltung mit einem Sendeteil und einem Empfangsteil, die auf beiden Seiten entsprechend angeordnet sind. Die jeweiligen Antennenanteile sind auf entgegengesetzten Oberflächen einer geschichteten Struktur angeordnet, die eine abschirmende leitfähige Schicht umfasst. Eine Reihe von Leitern konstituiert kapazitive und induktive Elemente zum Trennen und Filtern einer empfangenen Funkwelle von einer gesendeten Funkwelle.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird mittels Beispiel und nicht mittels Einschränkung in den Abbildungen der zugehörigen Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente anzeigen. Es ist zu beachten, dass Bezugnahmen auf "eine" ("an") oder "eine" ("one") Ausführungsform in dieser Offenbarung sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform bezieht und derartige Bezugnahmen bedeuten mindestens „eine".

1 ist eine schematische Darstellung einer (1) Ausführungsform einer Baugruppe eines Kabels, das durch einen Stecker an eine Hochgeschwindigkeitssignalleitung gekoppelt ist;

2 ist eine schematische Schnittdarstellung der Baugruppe, die an eine Leiterplatte gekoppelt ist;

3 ist eine detaillierte schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines in der gezeigten Zwischenebenen-Bypasskondensators;

4 ist eine schematische Draufsicht der Kondensatorplatte oberster Schicht auf der Leiterplatte;

5 ist eine schematische Draufsichtdarstellung einer inneren Kondensatorplatte;

6 ist eine schematische Darstellung Kondensatorplatte unterster Schicht;

7 ist ein Fließbild, das eine Herstellungsmethode einer Ausführungsform der Verfahrensweise für die Reduzierung elektromagnetischer Ausstrahlung repräsentiert;

8 ist eine Abtastung elektromagnetischer Beeinflussung, die ein Steckergehäuse in schwimmenden Zustand zeigt;

9 ist eine Abtastung elektromagnetischer Beeinflussung, die die vorgeschlagene Implementierung des Bypasskondensators zeigt;

10 ist eine elektromagnetische Störungsabtastung, die einen 360°-Anschluss an den PCI-Träger zeigt;

11 ist eine Abtastung elektromagnetischer Beeinflussung, die Abwesenheit eines PCI-Anschlusses zeigt;

12 ist eine vergleichende Abtastung elektromagnetischer Beeinflussung, die das Steckergehäuse schwimmenden Zustands und die vorgeschlagene Implementierung des Bypasskondensators kontrastiert; und

13 ist eine Abtastung elektromagnetischer Beeinflussung, die die vorgeschlagene Implementierung des Bypasskondensators mit dem 360°-Anschluss mit einem PCI-Träger vergleicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Nummehr wird auf Zeichnungen Bezug genommen, wobei ähnliche Strukturen mit ähnlichen Bezugszeichen versehen werden. Um die Strukturen der Ansprüche deutlicher zu zeigen, sind die hierin inbegriffenen Zeichnungen diagrammatische Repräsentationen integrierter Schaltkreisstrukturen. Folglich könnte das tatsächliche Aussehen der hergestellten Strukturen, zum Beispiel in einer Mikrofotografie, anders erscheinen, während sie immer noch die wesentlichen Strukturen der Ansprüche beinhalten. Überdies zeigen die Zeichnungen nur die zum Verständnis der Ansprüche notwendigen Strukturen. Zusätzliche auf dem Fachgebiet bekannte Strukturen wurden nicht eingeschlossen, um die Klarheit der Zeichnungen beizubehalten.

Die 1 ist eine schematische Repräsentation einer Ausführungsform einer Kopplungsbaugruppe zum Koppeln eines Kabels (z.B. eines Hochgeschwindigkeitsdatenkabels) an eine Leiterplatte. Die Baugruppe 1 schließt das Kabel 9 ein, das ein serieller Hochgeschwindigkeitsdatenstecker ist. Das durch das Kabel 9 fortschreitende Signal könnte eine Frequenz bis zu einem Gigahertz (GHz) und darüber hinaus haben. Das durch das Kabel 9 fortschreitende Signal kann, durch das äußere Gehäuse (Umflechtung) des Kabels, vom System generierte Gleichtaktstörung (C) mittragen. Diese Gleichtaktstörung kann, wenn sie nicht berücksichtigt wird, vom Kabel oder dem äußeren Gehäuse des Kabelsteckers abstrahlen und elektromagnetische Ausstrahlungen generieren. Das Kabel 9 wird durch die Kabelaufnahme 8 an eine Leiterplatte, beispielsweise, am Eingang eines peripheren Geräts angeschlossen. Die Kabelaufnahme 8 stellt die elektrische Verbindung zwischen der Datensignalleitung im Kabel 9 und dem Hochgeschwindigkeits-Differenzsignal auf der Leitung 5, beispielsweise auf einer Leiterplatte, her. Das Steckergehäuse 7 deckt den Bereich ab, in dem die Kabelaufnahme 8 das Signal vom Kabel 9 zur Hochgeschwindigkeits-Differenzsignalleitung 5 übergehen lässt. Das Steckergehäuse 7 wird typisch eine schlechte elektrische Verbindung (oder Verbindung hohen Widerstands) 3 zu einer Frontplatten- oder Gestellmasse 6 der fraglichen Steckkarte (z.B. PCI-Karte) aufweisen. Die Verbindung 3 hoher Impedanz, die die schlechten elektrischen Kontakte modelliert, verbindet das Steckergehäuse mit dem Frontplattenträger und dann mit der Gestellmasse 6. Der Bypasskondensator 2 ist der Bypasskondensator, der mithilfe der interplanaren Kapazitanz der Leiterplatte implementiert wurde. Die Baugruppe 1 umfasst außerdem den Bypasskondensator 2, der Hochfrequenzwechselstromanschluss niedriger Impedanz zur logischen Masse 4 bereitstellt, was die elektromagnetische Ausstrahlung für einen Hochgeschwindigkeitsstecker reduziert.

Die 2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Implementierung der vorgeschlagenen Verfahrensweise zur Reduzierung der elektromagnetischen Ausstrahlungsbeeinflussung von Hochgeschwindigkeitssteckern und zeigt die Signalschichtmetallisierungen und die Ebenen logischer Masse. Das Kabel 9 überträgt das Hochgeschwindigkeits-Differenzsignal in die Kabelaufnahme 8 und dann zur Hochgeschwindigkeits-Differenzsignalleitung 5 im Steckergehäuse 7. Das Steckergehäuse 7 ruht auf der Leiterplatte. Der Anschluss hoher Impedanz des Steckergehäuses an den Frontplattenträger 3 sichert die Kabelaufnahme, das Steckergehäuse und die Leiterplatte am Gestell des peripheren Geräts oder Systems. Ein Zwischenebenenkondensator 2 ist hergestellt, die logische Masse 4 der Leiterplatte als eine Masse für Hochfrequenzwechselstrom-Gleichtaktstörung zu verwenden.

Ein Leiterplatte umfasst typisch mehrfache Signal-, Leistungs- und Masseschichten, die durch ein dielektrisches Material voneinander getrennt sind. Ein solches dielektrisches Material könnte FR4 sein, aber ist nicht darauf beschränkt. FR4 ist als Leiterplatte von Polyclad Laminates Inc. of Franklin, NH, erhältlich. FR4 ist eine Kombination von Polymer und Glas, die voraussagbar reagiert, wenn sie in eine Leiterplatte verarbeitet wird. FR4 ist ein dielektrisches Material und isoliert somit elektrisch Metallschichten, zwischen denen es angeordnet ist. Eine Leiterplatte weist typisch mehrere Metallisierungsschichten darin auf. Sie kann weniger Schichten oder mehr Schichten als in der 2 gezeigt aufweisen. Die Leiterplatte könnte eine Sammlung von Signal-, Leistungs- und Masseleitungen/-ebenen sein, die in einem Muster wie beispielsweise Masse, Signal, Leistung, Masse verteilt sind und dann wird sich dieses Fortschreiten vielleicht wiederholen.

In einer Ausführungsform einer Leiterplatte könnte die oberste Schicht eine Signalschicht sein. Eine Signalschicht wird verwendet, Hochgeschwindigkeits-Differenzsignale in der ganzen Leiterplatte zu übertragen. Bei Draufsicht wird die Signalschicht Bändern auf der Leiterplatte ähneln. Individuelle Signalleitungen oder Leiterzüge werden, außer um elektrischen Kontakt herzustellen, einander nicht berühren. In einer Ausführungsform ist es die Signalschicht, auf der die direkte Verbindung zur Kondensatorkontaktstelle vom Steckergehäuse hergestellt werden wird. Der Abschnitt der Signalschicht, die für die Kondensatorkontaktstelle vorgesehen ist, wird von anderen Signalleitungen auf der Signalschicht isoliert. Eine Schicht dielektrischen Materials wird zwischen den Signalmetallschichten und logischen Masseschichten auf beiden Seiten der Schichten verteilt, um sie elektrisch von einander zu isolieren. Die dielektrische Schicht zwischen dem Signal und der logischen Masse wird als das Material hoher Kapazitanz beim Bilden der Zwischenebenenkondensatoren fungieren.

In der 2 sind die auf Signalschichten hergestellten Kondensatorplatten mit 21, 22, 23 und 24 nummeriert. In diesem Beispiel befinden sich vier Signalschichten in der Leiterplatte. In anderen Beispielen könnte es mehr oder weniger davon geben. Logische Masseebenen 11, 12 und 13 stellen keine direkte Verbindung zu den Signalschichtmetallisierungen 21, 22, 23 und 24 her.

Stattdessen bilden sie Kondensatorelektroden auf der entgegengesetzten Seite des Kondensatormaterials aus den Signalschicht-Kondensatorelektroden. Die logischen Masseschichten 11, 12 und 13 können auf ihrer Ebene die ganze Fläche der Leiterplatte decken. Jede der logischen Masseschichten 11, 12 und 13 stellt einen Rückführpfad für Leistung bereit, die zu den auf der Leiterplatte installierten logischen Funktionseinheiten geliefert worden ist. Die logischen Masseschichten 11, 12 und 13 sind von Signal- und Leistungsschichten durch ein dielektrisches Matetrial 30, in einem Beispiel FR4, isoliert. Die in der 2 zu sehenden Steckerstifte 60 stellen eine direkte Verbindung vom Steckergehäuse zu den Kondensatormetallisierungen auf den Signalschichtebenen 21, 22, 23 und 24 her.

Die 3 ist eine vergrößerte schematische Querschnitts-Seitenansichtsdarstellung eines Abschnitts der in der gezeigten Baugruppe. Das äußere Gehäuse 7 des Steckers ist, angeschlossen an die oberste Signalschichtmetallisierung 21 der Leiterplatte zu sehen. In diesem Beispiel teilt sich die Signalschichtmetallisierung 21 eine ähnliche Montagefläche des äußeren Gehäuses 7 des Steckers und ist die oberste Schicht in der Leiterplatte. Die Signalschichtmetallisierung muss nicht die unmittelbare Metallisierungsschicht zum Steckergehäuse sein und muss sich nicht die Montagefläche des Steckergehäuses teilen. Die Signalschicht 21 könnte, beispielsweise, die zweite Schicht abwärts vom Steckergehäuse sein. Die Signalschicht 21 kann der Montagefläche des Steckergehäuses 7 entsprechen oder sie kann kleiner oder größer als die Montagefläche des Steckergehäuses 7 sein, d.h. abhängig, in einem Gesichtspunkt, von der Kapazitanz die diese Verfahrensweise erfordert.

Die Leiterplatte umfasst mehrfache Signalschichten, die hier mit den Zahlen 21, 22, 23 und 24 nummeriert sind. In einer Ausführungsform ist die Signalschicht 21 die unmittelbarste Signalschicht zum Steckergehäuse 7. In dieser Ausführungsform ist die Signalschicht 22 die nächste unmittelbarste Signalschicht zum Steckergehäuse 7. Die Steckerstifte 60 stellen eine direkte Verbindung zu all diesen Signalschichtmetallisierungen 21, 22, 23 und 24 her. Die Steckerstifte 60 gehen durch Metallschichten logischer Masse hindurch, ohne elektrische Verbindung mit der logischen Masse herzustellen. Die erste Signalschichtmetallisierung 21 ist durch dielektrisches Material 30 isoliert. Unter dem dielektrischen Material befindet sich eine logische Masseschicht 11. Die Steckerstifte 60, die das äußer Steckergehäuse mit den verschiedenen Signalschichtmetallisierungen verbinden, gehen durch mehrfache Durchverbindungen 51 durch die logische Masseschicht 11 hindurch und auf die Signalschichtmetallisierung 22, ohne eine elektrische Verbindung zur logischen Masse 11 herzustellen. Die Steckerstifte 60 stellen direkten elektrischen Kontakt mit Signalschichtmetallisierung 22 durch Verbindungen 42 und mit dem Steckergehäuse 7 her. Dieser Vorgang wird durch dielektrisches Material 30 wiederholt, bis genügend Signalschichtmetallisierungen durch die Steckerstifte 60 direkt verbunden sind, um genügend Kapazitanz zu generieren, um einen Hochfrequenzwechselstrompfad niedriger Impedanz vom äußeren Gehäuse des Steckers 7 zu logischen Massen 11, 12, 13 und 14 bereitzustellen.

Die 4 ist eine schematische Draufsichtdarstellung der obersten Signalschichtmetallisierung 21. In dieser Darstellung ist die Verbindung 3 hoher Impedanz des Steckergehäuses an einen Frontplattenträger zu sehen. Zusätzlich zu den Zwischenplattenkondensatoren der Leiterplatte, die einen Hochfrequenzwechselstrompfad niedriger Impedanz zur logischen Masse bilden, könnten diskrete Kondensatoren auf der obersten Schicht der Leiterplatte vorhanden sein, um ebenso Verbindungen niedriger Impedanz zur logischen Masse herzustellen. Diese diskreten Kondensatoren 71 könnten verwendet werden Kapazitanz für Niederfrequenzgleichtaktstörung, beispielsweise, in einem Bereich von 200–300 MHz zu generieren. Billige diskrete Kondensatoren sind allein nicht fähig einen Hochfrequenzpfad niedriger Impedanz für Gleichtaktstörung im Bereich von ca. einem GHz bereitzustellen. Die aus den Signalschichtmetallisierungen 21, 22, 23 und 24 hergestellten Zwischenebenenkondensatoren sind kombiniert mit dielektrischem Material 30 und logischen Masseschichten 11, 12 und 13 fähig, Gleichtaktstörung im GHz-Bereich zu handhaben, aber sind vielleicht im 200–300 MHz-Bereich nicht angemessen. Hinzufügen zusätzlicher diskreter Kondensatoren 71 zur obersten Schicht der Leiterplatte, die sich, zusammen mit den Zwischenebenenkondensatoren 21, 22, 23 und 24, mit der logische Masse verbinden, stellt Reduzierung elektromagnetischer Ausstrahlung für Gleichtaktstörung durch den Bereich von Frequenzen von 200 bis über 1.000 MHz bereit.

Die 5 zeigt eine innere Signalschichtmetallisierung in einer Leiterplatte. In dieser Abbildung ist die Metallisierungsschicht mit 22 bezeichnet; sie könnte in dieser Ausführungsform gut 23 sein oder 24 oder höher in einer Ausführungsform, die mehr als 4 Schichten von Signalschichtmetallisierung aufweist. Die 5 zeigt, wo die Steckerstifte 60 einen elektrischen Kontakt vom Steckergehäuse 7 in der 3 zur Signalschichtmetallisierung, in dieser

, herstellen.

Die 6 zeigt die untere Signalschichtmetallisierung einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Verfahrensweise. Vorausgesetzt die untere Signalschicht ist die untere Schicht der Leiterplatte, können zusätzliche diskrete Kondensatoren 72 auf die untere Metallschicht, in dieser Ausführungsform, 24 platziert werden. Wie im Beispiel der oberen Schicht können diese diskreten Kondensatoren die Reduzierung elektromagnetischer Beeinflussung der Gleichtaktstörung in den Hunderten des MHz-Bereichs unterstützen.

Die 7 ist ein Fließbild, das eine Herstellungsmethode einer Ausführungsform der elektromagnetischen Ausstrahlungsreduzierer für Hochgeschwindigkeitsstecker repräsentiert. Ein Steckergehäuse ist in Block 710 bereitgestellt. Dieses Steckergehäuse beherbergt typisch die Kabelaufnahme, die dem Hochgeschwindigkeits-Differenzsignal erlaubt einen Übergang von einem seriellen Hochgeschwindigkeits-Datensteckerkabel auf die Hochgeschwindigkeits-Differenzsignalleitung für die Leiterplatte zu bewerkstelligen. Das Verbinden einer Reihe paralleler Leiterplattenkondensatoren nahe dem Steckergehäuse ist in Block 720 gezeigt. Durch Verbinden mehrfacher Signalschichtkondensatorplatten durch Steckerstifte mit mehrfachen logischen Massen wird eine Parallelkondensatorimplementierung erzielt. Beim Bilden der Kapazitanz der Implementierung addieren die parallelen Kondensatorplatten ihre Kapazitanz aneinander. Die Kapazitanz der einzelnen Platten summiert sich linear, um eine höhere Kapazitanz zu schaffen. Diese höhere Kapazitanz ist fähig einen Wechselstrompfad niedriger Impedanz für die Gleichtaktstörung bereitzustellen. Der Wechselstrompfad abwechselnd niedriger Impedanz für die elektrische Störung des Steckergehäuses ist in Block 730 bereitgestellt.

Die 8 ist eine Messung elektromagnetischer Beeinflussung (EMI), die in einer hallfreien Dreimeterkammer für 2,5 Giga-Bit/Sekunde (2,5 Gb/s) Datenübertragungsanwendung durchgeführt wurde. Diese Messung zeigt die elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich 1.000 bis 5.000 MHz (oder 1 bis 5 GHz). Der wichtige Teil dieser Messung in diesem Beispiel liegt im Bereich von 1.000 bis 2.500 MHz, wo ein bedeutender Anteil aller Spektralenergie des Signals für 2,5 Gb/s Datenübertragungsanwendung existiert. Dies ist der hauptsächliche Bereich, über den der serielle Hochgeschwindigkeitsdatenstecker Gleichtaktstörung abstrahlen wird. Oberhalb ca. 2.500 MHz trägt der HSCCD-Stecker geringe Störung bei und die elektromagnetische Beeinflussung (EMI) wird vom Hintergrund gemessen. Die Linie 801 in der 8 ist eine Repräsentation der elektromagnetischen Beeinflussung, die generiert werden würde, wenn man das Steckergehäuse schwimmend belässt. Das heißt, das Steckergehäuse wird über die Kabelaufnahme platziert, aber nicht mit irgendeiner Masse verbunden, was daher zulässt, dass eine maximale Menge elektromagnetischer Beeinflussung vom Steckergehäuse strahlen kann. Es ist ersichtlich, dass die Werte elektromagnetischer Strahlung von ca. 55 Dezibel bei ca. 1 GHz bis ca. 40 Dezibel bei ca. 2,5 GHz reichen.

Die ist ein Spektrum elektromagnetischer Beeinflussung für eine PCI-Platte in einem System mit einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung. Für diese Messung kam die gleiche Verfahrensweise wie für die in der 8 gezeigte Messung zum Einsatz. Die Linie 901 in dieser Abbildung zeigt elektrische Feldstärke von ca. 33 Dezibel bei ca. einem GHz, die allmählich bis ca. 39 Dezibel bei ca. 2,5 GHz ansteigt. Die Linie 901 zeigt das gemessene elektrische Feld, das von einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung abgestrahlt wird.

Die zeigt die elektromagnetische Strahlung, die von einer PCI-Platten-PCI-Steckkarte in einem System mit einem Stecker mit einem 360°-Anschluss an den PCI-Träger generiert wird. Der 360°-Anschluss ist eine Implementierung, bei der das Steckergehäuse in allen Richtungen an eine Masse angeschlossen ist. Diese Implementierung umgibt das Steckergehäuse völlig mit einem Pfad niedriger Impedanz für Gleichtaktstörung. Der 360°-Anschluss sorgt für an gemessene Abschirmung ist aber auch schwierig herzustellen und ist sehr kostspielig. Die Linie 1001 repräsentiert die vom 360°-Anschluss generierte elektromagnetische Strahlung. In diesem Kurvenbild zeigt die Linie 1001 elektrische Feldstärke bei ca. 1 GHz von ca. 33 Dezibel, die allmählich bei 2,5 GHz auf ca. 39 ansteigt.

Die 11 ist das Spektrum elektromagnetischer Beeinflussung in der hallfreien 3-Meter-Kammer für ein System, dass keine PCI-Steckkarte hat. Diese Messung wird als die Grundlinienmessung bezeichnet, weil sie den messbaren Hintergrundpegel der elektromagnetischen Strahlung repräsentiert. Das heißt, dass über die Hintergrundstrahlung in dieser Messung hinaus keine Quelle elektromagnetischer Strahlung vorliegt. In diesem Kurvenbild ist die Linie 1101 die Grundlinienmessung. Es ist bei dieser Messung ersichtlich, dass die Linie 1101 von ca. 33 Dezibel bei ca. 1 GHz bis 39 oder 40 Dezibel bei ca. 2,5 GHz, dem hohen Ende des Spektrums mit dem wir uns befassen, verläuft.

Die 12 ist ein vergleichendes Messergebnis elektromagnetischer Beeinflussung. Die Ergebnisse vergleichen Steckgehäuseschwimmen oder die meiste durch die Karte generierte elektromagnetische Beeinflussung und eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensatorverfahrensweise. In diesem Kurvenbild ist die Linie 1101 (ununterbrochen) die Grundlinie ohne irgendeine Steckkarte oder die geringst mögliche elektromagnetische Beeinflussung, die möglich ist. Die Linie 801 (ununterbrochen) für elektromagnetische Beeinflussungsmessung ist für die Platte mit schwimmendem Steckergehäuse oder die größtmögliche elektromagnetische Beeinflussungsstrahlung. Abschließend ist die Linie 901 (gestrichelt) die elektromagnetische Beeinflussungsmessung der Platte mit einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung. Aus dieser Abbildung ist leicht ersichtlich, dass diese Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung eine viel bessere Lösung ist als das Steckergehäuse schwimmend zu haben. Schwimmendes Belassen des Steckergehäuses läuft auf Nichtstun hinaus. Aus dieser Abbildung ist ebenso ersichtlich, dass die Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung der Situation sehr ähnlich ist, die elektromagnetische Ausstrahlung nicht in den Besorgnis erregenden Frequenzen, d.h. ca. einem (1) GHz bis 2,5 GHz zu haben. Die Ergebnisse für diese Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Verfahrensweise ahmen sehr nah die Ergebnisse für keine elektromagnetische Strahlung oder die Systemgrundlinie ohne eine Steckkarte nach.

Die 13 ist eine vergleichende Analyse der Strahlungsergebnisse elektromagnetischer Beeinflussung einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung und der Platte mit Stecker mit 360°-Anschluss an einen PCI-Träger. Die Linie 901 (gestrichelt) ist die elektromagnetische Beeinflussungsmessung der Platte mit einer Ausfürungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung. Die Linie 1001 (ununterbrochen) repräsentiert die vom 360°-Anschluss generierte elektromagnetische Strahlung. Aus dieser Abbildung ist ersichtlich, dass diese Ausführungsform der vorgeschlagenen Bypasskondensator-Implementierung eine elektromagnetische Beeinflussungsstrahlung hat, die gleich der Strahlung des 360°-Anschlusses ist. Die Äquivalenz der Feldstärke von ca. 33 Dezibel bei ca. 1 GHz bis ca. 39 Dezibel bei ca. 2,5 GHz demonstriert, dass diese Ausführungsform dieselben Ergebnisse wie das 360°-Gehäuse erzielt, obwohl die Verfahrensweise bzw. Technik in der Fertigung viel leichter fabrizieren lässt und weniger kostspielig ist.

In der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung ist die Erfindung mit Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon beschrieben. Es wird aber offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden könnten, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den Ansprüchen dargelegt ist. Die Spezifikation und Zeichnungen sind, demzufolge, eher in einem veranschaulichenden als in einem einschränkenden Sinn zu betrachten.


Anspruch[de]
Vorrichtung, welche umfaßt:

ein Steckergehäuse (7) auf einer Leiterplatte; mehrere Steckerstifte (60), die mit dem Steckergehäuse (7) gekoppelt sind;

eine Metallplatte in einer Signalschichtmetallisierung (21, 22, 23, 24), die mit den mehreren Steckerstiften (60) gekoppelt ist; und

einen Hochfrequenzwechselstrompfad (2) von niedriger Impedanz, welcher mit dem Steckergehäuse (7) und einer Masseschicht (11) gekoppelt ist, wobei der Hochfrequenzwechselstrompfad (2) von niedriger Impedanz mit Hilfe von Zwischenebenenkondensatoren der Leiterplatte (5) implementiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenebenenkondensatoren in der Leiterplatte gebildet sind. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hochfrequenzwechselstrompfad (2) von niedriger Impedanz mehrere Metallplatten in mehreren Signalschichten (21, 22, 23, 24) umfaßt, welche mehrere Kondensatorplatten bilden, die mit dem Steckergehäuse (7) und mehreren Masseschichten (11) zueinander parallel gekoppelt sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Steckerstifte (60) durch mehrere Masseschichten (11) laufen, um direkten Kontakt mit mehreren Signalschichten (21, 22, 23, 24) herzustellen, ohne für einen direkten Strompfad zu den mehreren Masseschichten (11) zu sorgen. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner wenigstens einen diskreten Kondensator umfaßt, der mit einer oberen Signalschicht gekoppelt ist, um einen Niederfrequenzwechselstrompfad gekoppelt mit dem Steckergehäuse (7) und der Masseschicht (11) bereitzustellen. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner wenigstens einen diskreten Kondensator (71) umfaßt, der mit einer zweiten Signalschicht gekoppelt ist, um einen Niederfrequenzwechselstrompfad gekoppelt mit dem Steckergehäuse (7) und der Masseschicht (11) bereitzustellen. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Abmessung wenigstens eines der diskreten Kondensatoren (71) so ist, daß eine erste Resonanzfrequenz einer Struktur größer als eine höchste interessierende Frequenz ist, die in einem Datenmuster auftritt. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Masseschicht (11) in der Leiterplatte (5) gebildet ist. Verfahren, welches umfaßt:

Bereitstellen eines Steckergehäuses (7); und

Verbinden einer Reihe von parallelen Kondensatoren, die in einer Leiterplatte (5) ausgebildet sind, mit dem Steckergehäuse (7), wodurch ein Hochfrequenzwechselstrompfad von niedriger Impedanz zwischen dem Steckergehäuse und einer Masseschicht mit Hilfe der Reihe von parallelen Kondensatoren implementiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner umfaßt:

direktes Verbinden einer Kondensatorplatte in einer Signalschichtmetallisierung mit dem Steckergehäuse (7); und

Bereitstellen eines Hochfrequenzwechselstrompfades (2) von niedriger Impedanz zu einer Masseschicht (11).
Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner umfaßt:

direktes Verbinden der Kondensatorplatten der Signalschicht mit dem Steckergehäuse (7) durch mehrere Steckerstifte (60), die durch mehrere Masseschichten (11) laufen, ohne einen direkten elektrischen Kontakt mit der Masse herzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, welches ferner umfaßt:

Verbinden zusätzlicher diskreter Kondensatoren (71) mit einer Signalschichtmetallisierung (2l, 22, 23, 24); und

Bereitstellen eines Niederfrequenzwechselstrompfades von niedriger Impedanz gekoppelt mit dem Steckergehäuse (7) und einer Masseschicht (11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, welches ferner umfaßt:

Verbinden zusätzlicher diskreter Kondensatoren (71) mit einer unteren Signalschichtmetallisierung (21, 22, 23, 24); und

Bereitstellen eines Niederfrequenzwechselstrompfades von niedriger Impedanz gekoppelt mit dem Steckergehäuse (7) und einer Masseschicht (11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, welches ferner umfaßt:

Dimensionieren der Kondensatorplatte, so daß eine erste Resonanzfrequenz einer Struktur größer als eine größte interessierende Frequenz ist, die in einem Datenmuster auftritt.
System, welches umfaßt:

eine Leiterplatte (5);

ein Steckergehäuse (7), das mit der Leiterplatte gekoppelt ist;

mehrere Steckerstifte (60), die mit dem Steckergehäuse (7) gekoppelt sind;

einen Abschnitt einer Signalschicht, der direkt mit den mehreren Steckerstiften verbunden ist; und

einen Hochfrequenzwechselstrompfad (2) von niedriger Impedanz von dem Steckergehäuse (7) zu einer Masseschicht (11), wobei der Hochfrequenzwechselstrompfad (2) von niedriger Impedanz mit Hilfe von Zwischenebenenkondensatoren der Leiterplatte (5) implementiert ist.
System nach Anspruch 15, wobei die Zwischenebenenkondensatoren in der Leiterplatte (5) ausgebildet sind. System nach Anspruch 15 oder 16, welches ferner umfaßt:

mehrere Kondensatorkontaktflächen der Signalschicht, die direkt mit den mehreren Steckerstiften (60) verbunden sind, wodurch mehrere parallel verbundene Kondensatoren bereitgestellt werden.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei ferner:

der Abschnitt der Signalschicht, welcher direkt mit den mehreren Steckerstiften (60) verbunden ist, ist derart dimensioniert, daß eine erste Resonanzfrequenz einer Struktur größer als eine höchste interessierende Frequenz in einem Datenmuster ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 18, welches ferner umfaßt:

wenigstens einen diskreten Kondensator (71), der mit einer unteren Signalschicht gekoppelt ist, um einen Niederfrequenzwechselstrompfad von geringer Impedanz gekoppelt mit dem Steckergehäuse (7) und der Masseschicht (11) bereitzustellen.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, welches ferner umfaßt:

wenigstens einen diskreten Kondensator (71), der mit einer oberen Signalschicht gekoppelt ist, um einen Niederfrequenzwechselstrompfad von geringer Impedanz gekoppelt mit dem Steckergehäuse (7) und der Masseschicht (11) bereitzustellen.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Masseschicht (11) in der Leiterplatte ausgebildet ist.






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