DE69734279T2

DE69734279T2 - Zweidimensionale offenzellige referenzebene mit gesteuertem impedanzverhalten

Info

Publication number: DE69734279T2
Application number: DE69734279T
Authority: DE
Inventors: D. Edward SUSKI
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2017-03-06
Also published as: CN1177329C; WO1997036340A1; JP2000507427A; EP0890197A4; JP3530195B2; EP0890197B1; EP0890197A1; KR100283508B1; KR20000005001A; CN1221517A; US5675299A; TW331671B; CA2250206A1; DE69734279D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Übertragungsleitungen von flexiblen Kabeln und gedruckten Platinen, und genauer eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Impedanz von Signalleitungen in flexiblen Kabeln und gedruckten Platinen.
Allgemeiner Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft das Steuern der Impedanz von Datenübertragungsleitungen oder anderen Arten von Übertragungsleitungen in flachen flexiblen Kabeln und in gedruckten Platinen, die nahe an Erdreferenzebenen mehrere Leitungen aufweisen.
Mikrostreifen und Bandleitungen werden verbreitet verwendet, um Hochgeschwindigkeits-Logikkreise in digitalen Computern zu verbinden, da sie durch automatisierte Techniken hergestellt werden können und Signalpfade mit gesteuerter Impedanz bereitstellen können. Doch Mikrostreifenaufbauten gestatten bedeutende Grade von elektromagnetischer Fremdstrahlung. Bandleitungsaufbauten können verwendet werden, um unerwünschte elektromagnetische Strahlung stark zu verringern. Doch der Zusatz einer zweiten Referenz- oder Erdschicht führt zu einer vermehrten kapazitiven Kopplung zwischen der Signalleitung und den Referenzebenen, wodurch die Impedanz der Signalleitung stark verringert wird. Um eine gewünschte höhere Impedanz aufrechtzuerhalten, muss der Abstand zwischen den Referenzebenen und der Signalleitung im herkömmlichen Bandleitungsaufbau größer als im Mikrostreifenaufbau sein. Diese vermehrte Dicke verringert die Fähigkeit des Kabels, mehreren Biegungen zu widerstehen, deutlich, oder erhöht bei einer Verwendung in einer gedruckten Platine die Gesamtdicke der gedruckten Platine.
Typischerweise sind Leitungen in einem flexiblen Kabel oder einer gedruckten Platine in Ebenen ausgebildet. Erdebenen oder andere Referenzspannungsebenen sind in Ebenen positioniert, die parallel zu den Leitungsebenen liegen, um die Impedanz der Signalleitungen zu steuern und die Übertragung von elektromagnetischer Strahlung von Leitungen, die Hochfrequenzsignale wie etwa Taktsignale und Hochgeschwindigkeits-Datensignale, welche man in digitalen Computern findet, tragen, zu blockieren. In gedruckten Platinen und dergleichen werden im Allgemeinen feste Erdebenen verwendet. Doch feste Erdebenen sind nicht flexibel, außer, wenn sie sehr dünn ausgeführt sind, und können daher nicht leicht verwendet werden, um Signalleitungen in Kabeln, die häufig gebogen werden sollen, wie etwa, zum Beispiel, Signalleitungen in einem flexiblen Kabel zwischen der Basis und dem beweglichen Anzeigebildschirm eines tragbaren Computers, zu schützen. Außerdem kann die Impedanz der Signalleitung aufgrund der großen Kapazität einer festen Erdebene, die dicht an einer Signalleitung ausgebildet ist, niedriger als gewünscht sein. Andererseits wird ein flexibles Kabel dicker und daher weniger flexibel sein und bei einem wiederholten Biegen wahrscheinlicher brechen, wenn die Erdebene weiter von den Signalleitungen entfernt ist, um die Kapazität zu verringern und dadurch die Impedanz zu erhöhen. In der gleichen Weise wird eine gedruckte Platine dicker und somit schwerer und teurer herzustellen.
Referenzebenen, die leitfähige Elemente aufweisen, welche in einem Gitter ausgebildet sind, wurden in Mikrostreifengestaltungen verwendet, um die Impedanz zu erhöhen und Flexibilität bereitzustellen. Doch da das Gitter nicht wie eine feste Referenzebene fortlaufend ist, wurde festgestellt, dass es aufgrund des Fehlens einer Steuerung des Bereichs der leitfähigen Gitterelemente, der von den Signalleitungen gequert wird, und somit aufgrund des Fehlens einer Steuerung der Kapazität der Signalleitungen in Bezug auf das Ab schirmgitter, ziemlich schwierig ist, die Impedanz von Signalleitungen, die durch eine gitterförmige Referenzebene geschützt sind, zu steuern. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles Kabel und eine Platine bereitzustellen, die eine wirksame Abschirmung bereitstellen, und die eine steuerbare charakteristische Impedanz aufweisen.
Herkömmlich wurde die Impedanz eines Mikrostreifen- und eines Bandleitungsaufbaus durch die Signalleitungsbreite, die Trennung der Signalleitung von einer oder mehreren Referenzebenen, das Dielektrikum, das die Signalleitung umgibt, und, in einem geringeren Ausmaß, die Dicke der Signalleitung bestimmt.
Doch derartige herkömmliche Verfahren zum Bestimmen von Impedanzen in Bandleitungen und Mikrostreifen bürden dem Gestalter zu viele Beschränkungen auf. Zum Beispiel werden in bestimmten Anwendungen wie etwa der Verbindung von peripheren Komponenten in den neuesten Desktop- und Serversystemen sehr hohe Impedanzen an gedruckten Platinen benötigt. Eine Weise, um unter Verwendung der bestehenden Technologie derartige hohe Impedanzen zu erhalten, ist, die Trennung zwischen der Signalleitung und der Referenzebene zu erhöhen. Doch dies erfordert die Verwendung von teuren gedruckten Platinen mit einem nicht dem Standard entsprechenden Dicken. Derartige nicht dem Standard entsprechende gedruckte Platinen sind nicht nur teuer auszuführen, sondern aufgrund ihres Umfangs auch in vielen Anwendungen unerwünscht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Platine bereitzustellen, die eine hohe Impedanz bereitstellt, ohne die Dicke der Platine zu erhöhen.
Alternativ kann der Mikrostreifengestalter wählen, die Signalleitungsimpedanz durch Erhöhen der Trennung der Signalleitung von der Referenzebene und Verringern der Breite der Signalleitung zu erhöhen. Doch zwei Beschränkungen be schränken den Gestalter bei der Ausführung dieser letzteren Vorgangsweise. Erstens ist die Mindestbreite von Signalleitungen durch die gegenwärtige Technologie auf ungefähr 4 Mil (1 Mil = 0,0001 Zoll) beschränkt. Zweitens steigen die Kosten der Herstellung einer Platine deutlich an, wenn Leitungsbreiten unter 6 Mil fallen.
Ein anderer Nachteil, der mit dem herkömmlichen Mikrostreifenaufbau verbunden ist, ist die Erzeugung sowohl von Vorwärtsübersprechen als auch von Rückwärtsübersprechen, was die Signalqualität ernsthaft beeinträchtigen kann. Übersprechen ist die Auswirkung des Koppelns des Signals eines Kanals in einen anderen. Übersprechen kann aus einer Anzahl von Quellen stammen, wovon eine die Unausgeglichenheit von Kabelparametern ist. Im Besonderen kann Übersprechen aus der Unausgeglichenheit zwischen der Kapazität und der Induktivität von Leitungen stammen. Aufgrund dieser Unausgeglichenheit kann es zu einer Nettokopplung des Signals einer Leitung in eine andere kommen. Diese Unausgeglichenheit wird im Allgemeinen verschlimmert, wenn eine Leitung nicht-homogenen Medien ausgesetzt ist, wie es beim herkömmlichen Mikrostreifenaufbau der Fall ist. Es ist daher eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Platine bereitzustellen, die verringertes Übersprechen zeigt, während sie eine erhöhte Impedanz bereitstellt.
Zusätzlich zu den obigen Beschränkungen strahlen Oberflächenleitungen im herkömmlichen Mikrostreifenaufbau hohe Grade an elektromagnetischer Strahlung aus, die das Funktionieren der umgebenden Elektronik stören. Umgekehrt kann auch Fremdstrahlung den Betrieb von Oberflächenleitungen beeinflussen. Im herkömmlichen Mikrostreifenaufbau war es nicht möglich, eine angemessene Abschirmung bereitzustellen, da die Oberfläche der Signalleitung frei war, um in den Hohlraum des die Platine umgebenden Systems auszustrahlen. Der Einschluss dieser Strahlung erforderte, dass die Signalleitung unter Verwendung des Bandleitungsaufbaus aufgebaut war. Doch Hochimpedanzleitungen von Bandleitungsaufbauten erfordern, dass die Trennung zwischen Referenzebenen und Leitungen drastisch erhöht wird, um die gewünschte hohe Impedanz zu erreichen. Doch eine Zunahme der Dicke würde in Anwendungen, in denen dünne Platinen oder Platinen mit Standarddicke benötigt werden, unerwünscht sein. Es ist daher eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Platine bereitzustellen, die eine wirkungsvolle Abschirmung bereitstellt, während sie eine erhöhte Impedanz bereitstellt.
Die Beschränkungen der herkömmlichen Ansätze zum Erhöhen und Steuern des Bereichs der Impedanzen für Übertragungsleitungen von flexiblen Kabeln und gedruckten Platinen wurden in der an Edward D. Suski ausgegebenen und AST Research, Inc. übertragenen US-Patentschrift Nr. 5,300,899 behandelt. Die in der US-Patentschrift Nr. 5,300,899 beschriebene Technik benutzt im Wesentlichen identische erste und zweite leitfähige Abschirmgitter, wobei das zweite leitfähige Gitter in einer vorbestimmten Versetzung in Bezug auf das erste Gitter positioniert ist, und wobei leitfähige Leitungen an vorbestimmten Stellen in Bezug auf die Gitter zwischen den Gittern positioniert sind. Durch die Verwendung von leitfähigen Abschirmgittern im Gegensatz zu festen leitfähigen Ebenen ist es möglich, Referenzebenen mit größerer Flexibilität herzustellen. Zusätzlich ist die Kapazität zwischen einer leitfähigen Leitung und einem Referenzgitter geringer als die Kapazität zwischen einer leitfähigen Leitung und einer festen Referenzebene. Außerdem ist es durch Positionieren der leitfähigen Leitungen an vorbestimmen Stellen in Bezug auf das Gitter, wobei jede leitfähige Leitung einen konstanten vorbestimmten Abstand von einer benachbarten leitfähigen Leitung entfernt ist, möglich, sicherzustellen, dass die Kapazität, und somit die Impedanz, in Bezug auf die Abschirmgitter gesteuert wird.
Doch die in der US-Patentschrift Nr. 5,300,899 beschriebene Technik positioniert die leitfähigen Leitungen an vorbestimmten Positionen in Bezug auf das Gitter und beabstandet auch jede leitfähige Leitung einen vorbestimmten Abstand von benachbarten leitfähigen Leitungen. Diese Bedingungen legen den Positionen der leitfähigen Leitungen Bedingungen auf und machen somit das Leitungsführen schwieriger. Außerdem ist die Anzahl der Leitungen, die in einem gegebenen Bereich geführt werden können, beschränkt.
Die japanische Patentanmeldungsschrift JP-A-4127598 ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer Bandleitung gerichtet, deren Fortpflanzungsmerkmale stabil sind, wobei ein Stromquellenerdmuster und ein Signalmuster unter Bildung eines bestimmten Winkels zueinander zur Überlappung gebracht werden, und wobei die Muster in der Überlappungsbereichsrate konstant gehalten werden.
Demgemäß besteht in der Technik ein Bedarf, ein flexibles Kabel bereitzustellen, das flexible Referenzebenen aufweist, in einer Bandleitungsgestaltung zu Tausenden von Biegungen fähig ist, und eine gewünschte Impedanz erreicht, die eine Übertragung der Signale gestattet, ohne das vorbestimmte Positionieren der Signalleitungen zu erfordern, und ohne die Signalqualität zu verschlechtern, während eine annehmbare Abschirmungsfähigkeit bereitgestellt wird.
In der Technik besteht auch ein Bedarf, eine Platine mit erhöhten Signalleitungsimpedanzen bereitzustellen, ohne die Platinendicke zu erhöhen, oder die Leitungsbreite oder die Leitungsdicke zu verringern, oder ohne entweder ein nicht-homogenes oder ein nicht dem Standard entsprechendes dielektrisches Material zu verwenden, um die gewünschte erhöhte Impedanz zu erreichen, um die Übertragung von Signalen ohne Verschlechterung der Signalqualität oder Verlust der Signaldichte, und ohne Erfordernis, dass die Signalleitung an vorbestimmten Stellen positioniert wird, zu gestat ten, während eine annehmbare Abschirmungsfähigkeit bereitgestellt wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erhöhen des Bereichs der Impedanzen von Signalleitungen in einem flexiblen Kabel oder einer gedruckten Platine, das/die mehrere derartige Signalleitungen enthält. Das Kabel oder die Platine enthält auch ein Gitter, das eine Struktur aufweist, die ein leitfähiges Material umfasst. Die Gitterstruktur ist so gestaltet, dass die Signalleitungen parallel zu einer ersten Achse verlaufen. Die Signalleitungen überlagern unabhängig von der Positionierung der Signalleitungen einen im Wesentlichen konstanten Bereich des leitfähigen Materials.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Abschirmsystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Impedanz einer Signalleitung in einer signalführenden Vorrichtung nach Anspruch 9 bereitgestellt.
Eine weitere Ausführungsform stellt ein Verfahren zur Erhöhung der Impedanz einer Signalleitung in einer signalführenden Vorrichtung bereit. Die signalführende Vorrichtung beinhaltet ein erstes strukturiertes Abschirmgitter, aufweisend eine erste Achse, das an einer Seite einer Signalleitung positioniert ist. Die Signalleitung befindet sich in einer zweiten Ebene. Das erste strukturierte Abschirmgitter umfasst mehrere Kreuzungen von leitfähigen Elementen, wobei die Signalleitung so positioniert ist, dass sie im Wesentlichen parallel zur ersten Achse liegt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Einrichtens der leitfähigen Elemente und der Kreuzungen in einer Weise, dass eine durchschnittliche Kapazität zur Signalleitung unabhängig von der Positionierung der Signalleitung entlang einer zweiten Achse konstant bleibt. Das Verfahren umfasst ferner das Positionieren eines zweiten strukturierten Abschirmgitters in einer dritten Ebene an einer gegenüberliegenden Seite der Signalleitung. Das zweite strukturierte Abschirmgitter ist in der ersten Achse vom ersten strukturierten Abschirmgitter versetzt.
Die dritte Ebene liegt im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene. Das Verfahren umfasst ferner das Einrichten des ersten Gitters und des zweiten Gitters in einer Weise, dass die Kapazität unabhängig von der Positionierung der Signalleitung entlang der zweiten Achse konstant bleibt. In einer Ausführungsform beinhaltet das erste strukturierte Abschirmgitter eine sich wiederholende Struktur von augenförmigen Öffnungen. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das erste strukturierte Abschirmgitter eine sich wiederholende Struktur von Öffnungen, die so dimensioniert sind, dass sie kleiner als die Hälfte der Wellenlänge einer ersten Signalfrequenz sind, die sich in der Signalleitung fortpflanzt. In noch einer anderen Ausführungsform sind ein Abschnitt eines Bereichs des ersten strukturierten Abschirmgitters und eines Bereichs des zweiten strukturierten Abschirmgitters verringert, wo das erste strukturierte Abschirmgitter und das zweite strukturierte Abschirmgitter einander überlappen.
Noch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten eine Platine (oder ein Kabel), die (das) eine erste Achse aufweist. Die Platine umfasst ferner ein erstes Gitter, das eine erste Struktur aufweist, die eine erste Zellstruktur umfasst. Die Platine beinhaltet auch ein zweites Gitter, das im Wesentlichen parallel zum ersten Gitter liegt und eine zweite Zellstruktur aufweist, die in einer vorbestimmten Versetzung in Bezug auf die Zellstruktur des ersten Gitters ausgerichtet ist. Das zweite Gitter weist eine zweite Struktur auf, die eine zweite Zellstruktur umfasst. Die ersten und zweiten Zellen sind so eingerichtet, dass eine Signalleitung, die sich zwischen dem ersten Gitter befindet und parallel zur ersten Achse verläuft, unabhängig von der Positionierung der Signalleitung eine im Wesentlichen konstante Kapazität aufweisen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Struktur im Wesentlichen die gleiche wie die erste Struktur und ist die zweite Zellstruktur im Wesentlichen die gleiche wie die erste Zellstruktur.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst ein Abschirmsystem ein erstes leitfähiges Gitter in einer ersten Ebene. Das erste leitfähige Gitter weist eine erste Achse und eine zweite Achse auf. Die zweite Achse verläuft in der ersten Ebene rechtwinkelig zur ersten Achse. Eine Signalleitung befindet sich in einer zweiten Ebene, die im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene liegt. Die Signalleitung ist parallel zu einer aus der ersten und der zweiten Achse positioniert. Die Signalleitung weist unabhängig davon, wo sich die Signalleitung in der zweiten Ebene befindet, eine im Wesentlichen konstante Kapazität in Bezug auf das erste leitfähige Gitter auf. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der erste Eckpunkt dem zweiten Eckpunkt diagonal gegenüber. Im ersten Eckpunkt ist eine Ausfüllung angeordnet, und im zweiten Eckpunkt ist eine Ausfüllung angeordnet, so dass jede der Signalleitungen einen im Wesentlichen konstanten Bereich der leitfähigen Elemente und Ausfüllungen überlagert. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jede der Zellen einen dritten und einen vierten Eckpunkt auf. Im dritten Eckpunkt ist eine Ausfüllung angeordnet, und im vierten Eckpunkt ist eine Ausfüllung angeordnet. In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Platine auch eine dritte Signalleitung, die rechtwinkelig zur ersten Achse verläuft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Flachansicht einer gitterförmigen Referenzebene des Stands der Technik dar;
2 stellt eine Flachansicht der gitterförmigen Referenzebene des Stands der Technik dar, wobei Signalleitungen in unterschiedlichen Abständen beabstandet sind;
3a stellt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Zellstruktur nach der vorliegenden Erfindung dar;
3b stellt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Zellstruktur nach der vorliegenden Erfindung dar;
4 stellt eine Flachansicht einer ersten Ausführungsform eines abgeschirmten flexiblen Kabels nach der vorliegenden Erfindung dar;
5 stellt eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts 5-5 in 4 dar;
6 stellt eine geschnittene Aufrissansicht der vorliegenden Erfindung entlang der Linien 6-6 in 5 dar;
7 stellt eine Flachansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform von Platinenübertragungsleitungen nach der vorliegenden Erfindung dar;
8 stellt eine geschnittene Aufrissansicht der vorliegenden Erfindung entlang der Linien 8-8 in 7 dar;
9 stellt eine Flachansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform von Platinenübertragungsleitungen nach der vorliegenden Erfindung dar;
10 stellt eine geschnittene Aufrissansicht der Flachansicht der vorliegenden Erfindung entlang der Linien 10-10 in 9 dar;
11 stellt eine Flachansicht eines bevorzugten Verfahrens zur Ausführung einer 90-Grad-Drehung in einer Signalleitung dar;
12 stellt eine Flachansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform von Platinenübertragungsleitungen nach der vorliegenden Erfindung dar;
13 stellt eine geschnittene Aufrissansicht einer Ausführungsform der Platine der vorliegenden Erfindung entlang der Linien 13-13 von 12 dar;
14 stellt eine geschnittene Aufrissansicht einer Ausführungsform der Platine der vorliegenden Erfindung der.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 veranschaulicht ein wie in der US-Patentschrift Nr. 5,300,899 beschriebenes gitterförmiges Referenzebenensystem des Stands der Technik. Durch Verwenden von leitfähigen Abschirmgittern im Gegensatz zu festen leitfähigen Ebenen ist es möglich, Referenzebenen mit größerer Flexibilität herzustellen. Zusätzlich wird die Kapazität zwischen einer leitfähigen Leitung und einem festen Referenzgitter wie nachstehend besprochen geringer als die Kapazität zwischen einer leitfähigen Leitung und einer Referenzebene sein.
Das in der US-Patentschrift Nr. 5,300,899 beschriebene Referenzgittersystem umfasst ein Abschirmgitter 18, das ferner einen Satz von elektrisch leitfähigen Elementen 6, 8 umfasst, und mehrere Signalleitungen 1, 2, 4, die alle an vorbestimmten Stellen in Bezug zueinander ausgerichtet sind, wie nachstehend beschrieben werden wird.
Wie in 1 veranschaulicht weist das Abschirmgitter 18 eine sich wiederholende Struktur von Quadraten auf, die durch die elektrisch leitfähigen Elemente 6, 8 gebildet werden, die das Gitter 18 bilden. Wie veranschaulicht verlaufen die Elemente 6 des Gitters 18 rechtwinkelig zu den Elementen 8.
Wie nachstehend besprochen wird die Kapazität einer Signalleitung 1, 2, 4 durch den leitfähigen Bereich der benachbarten Abschirmung 18 beeinflusst werden, während die Signalleitungen 1, 2, 4 das Gitter 18 queren. Im Besonderen sind die Quadrate aus nachstehend bekannt gemachten Gründen in 45 Grad in Bezug auf die grundsätzliche Ausrichtung der Signalleitungen 1, 2, 4 ausgerichtet, so dass die elektrisch leitfähigen Elemente in Bezug auf die Signalleitungen 1, 2, 4 als Querschraffierung erscheinen.
Jedes der Gitterquadrate weist vier Eckpunkte auf, die durch die Kreuzung von zwei der elektrisch leitfähigen Elemente 6, 8 gebildet werden. Wie in 1 näher veranschaulicht sind die Signalleitungen 1, 2, 4 vorzugsweise so positioniert, dass sich die Signalleitungen 1, 2, 4 von Eckpunkt zu Eckpunkt der durch die leitfähigen Elemente des Gitters 18 definierten Quadrate erstrecken. Bei auf diese Weise positionierten Signalleitungen 1, 2, 4 verlaufen die Signalleitungen 1, 2, 4 über einen Eckpunkt des Gitters 18 und überlagert jede Signalleitung den gleichen Bereich des leitfähigen Materials des Gitters.
Die Beziehung zwischen der Kapazität und dem durch die Signalleitung überlagerten Bereich des leitfähigen Materials wird durch die Gleichung
veranschaulicht, wobei

ε₀: die Dielektrizitätskonstante des freien Raums ist;
ε_r: die Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen der Leitung und der Referenzebene ist;
h: die Trennung zwischen der Signalleitung und der Referenzebene ist; und
a: der Bereich des leitfähigen Materials des Gitters ist, der durch die Signalleitung überlagert wird.

Somit überlagert jede der Signalleitungen 1, 2, 4 wie in 1 veranschaulicht für jede Zelle, die sie überqueren, im Wesentlichen den gleichen Bereich an leitfähigem Material. Unter Bezugnahme auf Gleichung (1) wird die kapazitive Kopplung der Signalleitungen 1, 2, 4 im Wesentlichen die gleiche sein, solange sie um ein ganzes Vielfaches der Abmessung D1 voneinander versetzt sind und dadurch jeweils den gleichen Bereich des leitfähigen Materials des Gitters 18 überlagern werden.
Unter Bezugnahme auf Gleichung (1) ist die Impedanz der Signalleitungen 1, 2, 4 wie folgt eine Funktion der Kapazität, der Induktivität, des Widerstands und der Konduktanz:
wobei Z₀ die charakteristische Impedanz der Signalleitungen ist, R der Widerstand ist, G die Konduktanz ist, ω die Frequenz in Radian (z.B. 2πf) ist, j die Quadratwurzel (–1) ist, L die Induktivität ist, und C die Kapazität der Signalleitungen ist.
Bei hohen Frequenzen wird die Impedanz in erster Linie durch die Kapazität und die Induktivität bestimmt, und verkürzt sich Gleichung (2) zu
Somit wird der Wert von C im Nenner von Gleichung (3) durch Verringern der kapazitiven Kopplung der Leitung an die Referenzebene verringert und die charakteristische Impedanz erhöht (d.h., die Impedanz verhält sich umgekehrt proportional zur Kapazität pro Einheitslänge der Leitung). Dies weist die gleichwertige Wirkung eines weiteren Wegbewegens der Referenzebene von der Leitung auf, was die charakteristische Impedanz der Signalleitungen erhöht. Daher kann die Impedanz der Signalleitungen durch Verringern der Kapazität der Signalleitungen 1, 2, 4 durch Verwenden einer Gitterreferenzebene statt einer festen Referenzebene, und durch Halten der durchschnittlichen Kapazität bei einem im Wesentlichen konstanten Wert genau und durchwegs mit einer ausreichend hohen Impedanz aufrechterhalten werden, um der charakteristischen Impedanz von anderen Schaltungspfaden in einem elektronischen System wie etwa einem tragbaren Computer oder dergleichen zu entsprechen. Zum Beispiel ist es oft erwünscht, eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm, eine Impedanz, die häufig in Hochfrequenz-Taktschaltungen verwendet wird, bereitzustellen.
Wenn die Signalleitungen 1, 2, 4 jedoch nicht um ein ganzes Vielfaches der Abmessung D1 voneinander versetzt sind, sondern die Signalleitungen 1, 2, 4 statt dessen wie in 2 veranschaulicht in einer zufälligen Beabstandung voneinander angeordnet sind, werden die Signalleitungen 1, 2, 4 nicht den gleichen Bereich des leitfähigen Materials des Gitters 2 überlagern. Wenn die Signalleitungen 1, 2, 4 beispielsweise eine Breite W1 aufweisen, die eine Einheit breit ist, und wenn die leitfähigen Elemente 6, 8 jeweils eine Breite W2 aufweisen, die ungefähr 2,1 Einheiten breit ist, überlagert die Signalleitung 1 somit 3,5 Einheitsbereiche, überlagert die Signalleitung 2 5 Einheitsbereiche, und überlagert die Signalleitung 4 6 Einheitsbereiche. Somit wird die relative kapazitive Kopplung der Signalleitungen 1, 2, 4 in Bezug auf das Gitter 18 für die Signalleitungen 1, 2, 4 unter Bezugnahme auf Gleichung (1) von 3,5 für die Signalleitung 14 bis 5 für die Signalleitung 2 und 6 für die Signalleitung 4 schwanken. Somit beträgt die schlimmste Schwankung der Kapazität von der Signalleitung 1 zur Signalleitung 4 ungefähr 71%. Die prozentuelle Schwankung der Kapazität kann für unterschiedliche Breiten der Signalleitungen 1, 2, 4 und für unterschiedliche Breiten der leitfähigen Elemente 6, 8 unterschiedlich sein. Da die Impedanz einer Signalleitung umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Kapazität ist, wie durch Gleichung (3) veranschaulicht ist, wird die Impedanz der Signalleitungen 1, 2, 4 von der Signalleitung 1 zur Signalleitung 4 um ungefähr einen Höchstwert von 31% schwanken, wobei jedwede Veränderungen in der Induktivität außer Acht gelassen werden. Obwohl die in der US-Patentschrift Nr. 5,300,899 beschriebene Erfindung die Leitungsimpedanz unter Verwendung einer offenzelligen Referenzebene erhöht, erfordert die US-Patentschrift Nr. 5,300,899 somit eine verhältnismäßig konstante Ausrichtung von Signalleitung zu Signalleitung, um eine konstante Impedanz für die Signalleitungen aufrechtzuerhalten. Das heißt, wie in 1 veranschaulicht sind alle Signalleitungen mit den Kreuzungen der Gitter ausgerichtet. Alternativ können die Signalleitungen wie in der US-Patentschrift Nr. 5,300,899 beschrieben in gleichen vorbestimmten Versetzungen von den Kreuzungen positioniert sein. Somit beschränkt dieser Ansatz den Signalebenenbereich, der für Leitungsführungszwecke verfügbar ist, wodurch die Führungsdichte verringert wird und die Leitungsführung schwieriger gemacht wird.
4 und 5 stellen eine Platine 10 nach der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 5 veranschaulicht umfasst die Platine ein leitfähiges Abschirmgitter 20, das einen Satz von elektrisch leitfähigen Elementen umfasst, und mehrere Signalleitungen 60, 62, 64.
Das Abschirmgitter 20 weist eine sich wiederholende Struktur von Zellstrukturen auf, die durch elektrisch leitfähige Elemente 22, 24 gebildet sind. Wie in 3a veranschaulicht wird die Zellstruktur in einer Version der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Hinzufügen einer Ausfüllung zu gegenüberliegenden Eckpunkten von zwei der vier Eckpunke 76, 78 einer jeden der quadratischen Zellen, die in der gitterförmigen Referenzebene 18 des Stands der Technik verwendet werden, gebildet, um geformte Kreuzungen 75 der leitfähigen Elemente 22, 24 zu bilden. Die sich ergebenden Zellstrukturen sind augenförmig und weisen eine erste und eine zweite Ecke 72, 74 auf. Unter Bezugnahme auf 5 liegen die leitfähigen Elemente 22 in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung rechtwinkelig zu den leitfähigen Elementen 24. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die geformten Kreuzungen 75 der leitfähigen Elemente 22, 24 einander über die augenförmige Struktur hinweg gegenüberliegend angeordnet und um einen Abstand D getrennt. Die geformten Kreuzungen 75 sind zwischen senkrecht benachbarten Zellstrukturen positioniert, wenn sie wie in 5 gezeigt ausgerichtet sind. Es versteht sich, dass die in 3a und 5 gezeigte Zellgestaltung beispielhaft gezeigt ist, und dass zahlreiche andere passende Gestaltungen verwendet werden können.
Vorzugsweise wird das Gitter 20 durch Ätztechniken für gedruckte Platinen gebildet, indem Kupfer oder ein anderes leitfähiges Material von einem Rohling für eine gedruckte Platine entfernt wird, so dass das leitfähige Material, das nach dem Ätzen zurückbleibt, die leitfähigen Elemente 22, 24 bildet.
Der Abstand D zwischen der ersten Ecke 72 und der zweiten Ecke 74 bildet die größte Öffnung zwischen jedweden zwei leitfähigen Elementen und wird die Schlitzgröße genannt. Wie in der Technik des Abschirmens von elektrischen Signalen wohlbekannt wird eine wirkungsvolle Sperre für die Ausstrahlung von elektromagnetischer Energie von den Signalleitungen 60, 62, 64 gebildet, wenn die Schlitzgröße kleiner als die Hälfte der Wellenlänge der höchsten Signalfrequenz ist, die sich in jeder beliebigen der Signalleitungen 60, 62, 64 ausbreitet. Es sollte sich verstehen, dass Signale wie etwa Taktsignale, die beispielsweise eine Frequenz von 100 MHz aufweisen, Oberschwingungen mit einem Vielfachen jener Frequenz aufweisen werden. Die Oberschwingungen der höchsten Signalfrequenz werden in Betracht gezogen, wenn der höchste zulässige Abstand zwischen den Gitterelementen des Abschirmgitters 20 bestimmt wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand D zur Sicherstellung einer ausreichenden Abschirmung so gewählt, dass er kleiner als 1/20 der Größe der kürzesten erwarteten Wellenlänge jedes beliebigen Signals ist, das sich durch die Signalleitungen 60, 62, 64 bewegt. Wenn die höchste Oberschwingung von Belang zum Beispiel eine Frequenz von 2 GHz aufweist (was einer Wellenlänge von 0,15 Metern entspricht), beträgt der höchste erwünschte Abstand D 0,75 cm.
Wie in 6 veranschaulicht sind die Signalleitungen 60, 62, 64 in einem im Wesentlichen konstanten Abstand vom Gitter 20 parallel zum Gitter 20 ausgerichtet, und sind die Signalleitungen 60, 62, 64 durch einen Isolator 50 elektrisch vom Gitter 20 isoliert. Die untere Fläche des Gitters 40 ist mit einem Isolator 56 laminiert. Im Fall eines vergrabenen Mikrostreifens sind die oberen Flächen der Signalleitungen 60, 62, 64 mit einem Isolator 54 laminiert.
Die Schichten sind zusammengefügt und werden durch passende Klebstoffe, die in der Technik bekannt sind, an ihrer Stelle gehalten.
Um die folgende Beschreibung näher zu verstehen, ist es hilfreich ein X,Y,Z-Koordinatensystem für die Zeichnungsfiguren zu erstellen. Die X- und die Y-Achse liegen wie in 5 gezeigt in einer waagerechten Ebene. Das Gitter 20 befindet sich in einer Ebene, die parallel zur waagerechten Ebene liegt. In der gleichen Weise liegen die Signalleitungen 60, 62, 64 in einer Ebene, die parallel zur Ebene des Gitters 20 liegt. Die Hauptausrichtungen der Signalleitungen 60, 62, 64 verlaufen wie in 5 veranschaulicht parallel zur Y-Achse. Die Z-Achse verläuft wie in 6 gezeigt rechtwinkelig zur X- und zur Y-Achse.
Wie in 5 näher veranschaulicht beträgt eine Abmessung L2 zwischen einem ersten Ende der geformten Kreuzung 75 und einem zweiten Ende der geformten Kreuzung 75 das Doppelte einer Abmessung L1 über das leitfähige Element 24 in der Richtung der Y-Achse. Somit überlagern die Signalleitungen 60, 62, 64 im Wesentlichen den gleichen Bereich von leitfähigem Material, welches das Gitter 20 umfasst. In einem Abstand A quert die Signalleitung 60 die Entsprechung von drei Kreuzungen (die Signalleitung 60 quert zwei vollständige Kreuzungen und zwei halbe Kreuzungen), quert die Signalleitung 62 sechs leitfähige Elemente, und quert die Signalleitung 64 sowohl Abschnitte der gleichen Anzahl von Kreuzungen wie die Signalleitung 60 als auch Abschnitte der gleichen Anzahl von leitfähigen Elementen wie die Signalleitung 62. Somit wird eine Signalleitung unabhängig davon, wo sie in der X-Achse positioniert ist, im Wesentlichen den gleichen Bereich des leitfähigen Materials, das das Gitter 20 umfasst, überlagern.
Somit ist die Kapazität "C" einer Signalleitung wie durch Gleichung (1) veranschaulicht dem Bereich "a" proportional, der der Bereich des leitfähigen Materials ist, der durch die Leitung überlagert wird. Daher wird die Kapazität "C" proportional zu einer Abnahme von "a" abnehmen. Wenn ein leitfähiges Referenzgitter nach der gegenwärtigen Erfindung verwendet wird, ist der Bereich des leitfähigen Materials, der eine Signalleitung überlagert und parallel dazu liegt, kleiner als der Bereich des leitfähigen Materials, der eine Signalleitung in einem System, welches eine feste leitfähige Referenzebene verwendet, überlagert und parallel dazu liegt. Somit wird die Kapazität einer Signalleitung bei der vorliegenden Erfindung kleiner als die Kapazität in einem herkömmlichen System sein. Da die Kapazität der Signalleitungen 60, 62, 64 in Bezug zum leitfähigen Gitter 20 zum Bereich des leitfähigen Materials, den die Leitungen überlagern, proportional ist, weisen die Signalleitungen 60, 62, 64 außerdem die gleiche durchschnittliche Kapazität zum leitfähigen Gitter 20 auf, selbst wenn keine konstante Gitter-Leitungs-Ausrichtung oder keine konstante Signalleitungs-Signalleitungs-Ausrichtung in der X-Achse vorhanden ist.
Die Impedanzen der Signalleitungen 60, 62, 64 sind wie in Gleichung (2) definiert Funktionen der Kapazität, der Induktivität, des Widerstands, und der Konduktanz. Die Schwankung in der Induktivität der Signalleitungen 60, 62, 64 ist nicht bedeutend und kann für die folgende Beschreibung ignoriert werden. Unter Bezugnahme auf Gleichung (3) wird die Impedanz der Signalleitungen 60, 62, 64 durch Einrichten der Zellen in einer Weise, dass die Schwankungen in der durchschnittlichen Kapazität der Signalleitungen 60, 62, 64 in Bezug auf das Gitter 20 minimiert werden, gleichermaßen minimiert werden. Die Mindestschwankungen in der Impedanz der Signalleitungen 60, 62, 64 bei der vorliegenden Erfindung brauchen den Vergleich mit jenen, die beim vorher veranschaulichten Stand der Technik erreicht werden, der eine einfache querschraffierte Gitterstruktur ohne Einstellpositionierung der Leitung in Bezug auf ein Gitter verwendet, wobei der durch eine erste Leitung gequerte Bereich um so viel wie 71% vom durch eine zweite, parallele, Leitung gequerten Bereich schwanken kann, nicht zu scheuen. Bei dieser Ausführung des Stands der Technik wird aus Gleichung (1) und Gleichung (3) offensichtlich sein, dass die Kapazität der ersten Leitung im Vergleich zur Kapazität der zweiten Leitung gleichermaßen um so viel wie 71% schwanken kann. Somit kann die Impedanz, die zur Quadratwurzel des Kehrwerts der Kapazität proportional ist, um so viel wie 31% schwanken, wobei jedwede Veränderung in der Induktivität außer Acht gelassen ist.
Wie oben besprochen überwindet die vorliegende Erfindung die Beschränkungen und Nachteile, die mit herkömmlichen Verfahren zum Erhöhen und Steuern von Impedanzen verbunden sind, wie etwa dem Erhöhen des Abstands zwischen einer Signalleitung und einer Referenzebene. Das herkömmliche Verfahren weist die nachteiligen Auswirkungen des Erhöhens der Dicke, des Gewichts, und der Kosten der Platine auf.
Eine andere herkömmliche Technik zum Erhöhen der Impedanz einer Signalleitung ist, die Breite oder Dicke einer Signalleitung zu verringern, um den Bereich einer Referenzebene, der durch die Signalleitung überlagert wird, zu verringern und dadurch die kapazitive Kopplung zwischen der Signalleitung und der Referenzebene zu verringern. Dieser Ansatz weist ebenfalls unerwünschte Folgen auf, da die dünneren Signalleitungen schwieriger herzustellen sein können und begrenzte stromführende Fähigkeiten aufweisen können.
Noch ein anderer herkömmlicher Ansatz zum Erhöhen von Impedanzen ist, zwischen einer Signalleitung und einer Referenzebene Isolatoren mit niedrigeren dielektrischen Konstanten zu verwenden. Nicht dem Standard entsprechende Isolatoren mit niedrigeren dielektrischen Konstanten sind jedoch deutlich teurer als Standard-Dielektrika. Somit führt die Verwendung von Isolatoren mit niedrigerer dielektri scher Konstante zu einer teureren Platine. Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass ohne vermehrte Dicke, vermehrtes Gewicht oder vermehrte Kosten höhere gesteuerte Impedanzen bereitgestellt werden.
Ein anderer Ansatz zum Erhöhen der Leitungsimpedanz verwendet eine offenzellige Referenzebene mit Signalleitungs-Gitter-Ausrichtung. Dieser Ansatz weist jedoch die Beschränkung auf, dass der Signalebenenbereich, der für Leitungsführungszwecke verfügbar ist, beschränkt wird, wodurch die Führungsdichte verringert wird und die Leitungsführung schwieriger gemacht wird.
Somit stellt die oben beschriebene Erfindung ein Abschirmsystem für eine gedruckte Platine bereit, das eine hochdichte Leitungsführung von Mikrostreifenleitungen unterstützt, während es für gesteuerte, beständige, hohe Impedanzen sorgt, ohne dass es nötig ist, die relative Gitter-Gitter-Ausrichtung oder die relative Signalleitungs-Signalleitungs-Ausrichtung zu steuern, und ohne die mit herkömmlichen Ansätzen zum Erhöhen von Impedanzen verbundenen Nachteile zu übernehmen.
In der Technik besteht auch ein Bedarf, eine gedruckte Platine oder ein Kabel mit gesteuerten erhöhten Impedanzen für Bandleitungssignalleitungen bereitzustellen, ohne auf eines der herkömmlichen Verfahren mit ihren oben erwähnten verbundenen Nachteilen zurückzugreifen, und ohne dass eine Leitungs-Gitter-Ausrichtung oder eine Signalleitungs-Signalleitungs-Ausrichtung benötigt wird. Diese Aufgaben werden durch eine nachstehend besprochene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erfüllt.
7 veranschaulicht eine dreischichtige zentrierte Bandleitungs-Platinen-Gestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Platine 100 umfasst ein oberes Abschirmgitter 120, das einen Satz von elektrisch leitfähigen Elementen umfasst, ein unteres Abschirmgitter 140, das einen ähnlichen Satz von elektrisch leitfähigen Elementen umfasst, und mehrere Signalleitungen 160, 162, 164.
Wie in 7 veranschaulicht weist jedes der Abschirmgitter 120, 140 eine gleichförmige, sich wiederholende Struktur von Zellstrukturen auf. Die Zellstrukturen sind durch elektrisch leitfähige Elemente 122, 124 bzw. 142, 144 gebildet. In der bevorzugten Ausführungsform verlaufen die leitfähigen Elemente 122 rechtwinkelig zu den leitfähigen Elementen 124 und verlaufen die leitfähigen Elemente 142 rechtwinkelig zu den Elementen 144. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Kreuzung der leitfähigen Elemente 122, 124 oder 142, 144 eine geformte Kreuzung gebildet, so dass die durch die leitfähigen Elemente 122, 124 oder 142, 144 gebildete Zellstruktur augenförmig ist und eine erste und eine zweite Ecke 172, 174 aufweist.
Wie in 8 veranschaulicht sind die Signalleitungen 160, 162, 164 zwischen den Gittern 120, 140 positioniert und verlaufen sie parallel dazu. Die Signalleitungen 160, 162, 164 sind durch einen Isolator 150 elektrisch vom oberen Gitter 120 isoliert und durch einen Isolator 152 elektrisch vom unteren Gitter 140 isoliert. Die obere Oberfläche des oberen Gitters 120 ist mit einem Isolator 154 laminiert, und die untere Oberfläche des unteren Gitters 140 ist mit einem Isolator 156 laminiert.
Um die folgende Beschreibung näher zu verstehen, ist es hilfreich, erneut ein X,Y,Z-Koordinatensystem für die Zeichnungsfiguren zu erstellen. Die X-Achse und die Y-Achse liegen wie in 7 gezeigt in einer waagerechten Ebene. Jedes der Gitter 120, 140 befindet sich in einer Ebene parallel zur waagerechten Ebene. In der gleichen Weise liegen die Signalleitungen 160, 162, 164 in einer Ebene zwischen den Ebenen der beiden Gitter 120, 140 und parallel dazu. Die Hauptausrichtungen der Signalleitungen 160, 162, 164 verlaufen wie in 7 veranschaulicht parallel zur Y-Achse. Die Z-Achse verläuft wie in 8 gezeigt rechtwinkelig zur X- und zur Y-Achse.
Unter Bezugnahme auf 7 und 8 sind das obere Gitter 120 und das untere Gitter 140 in Bezug zueinander versetzt, so dass die schmalsten Stellen der Kreuzungen 175 eines Gitters in den augeförmigen Zellen 190 des anderen Gitters zentriert sind. Obwohl die Versetzung derart sein kann, dass die schmalsten Stellen nicht zentriert sind, stellt das Zentrieren der schmalsten Stelle bei der vorliegenden Erfindung die optimale Steuerung der Impedanz bereit. Im Besonderen ist ersichtlich, dass der Bereich des leitfähigen Materials des oberen Gitters 120, der das untere Gitter 140 überlagert, minimiert ist, wodurch die Kapazität zwischen den beiden Gittern 120, 140 und zwischen den Gittern 120, 140 und den Signalleitungen 160, 162, 164, die sich zwischen den Gittern 120, 140 befinden, minimiert wird. Somit sind die Gitter 120, 140 vorzugsweise so versetzt, dass keine Überlappung von Gitterkreuzungen 180 besteht, und dass nur eine minimale Überlappung der leitfähigen Elementen 122, 142 der Gitter und der leitfähigen Elemente 124, 144 der Gitter besteht.
Wie näher in 7 veranschaulicht sind die Abmessungen der geformten Kreuzungen 175 und der leitfähigen Elemente 122, 124, 142, 144 der beiden Gitter 120, 140 so gewählt, dass die Signalleitungen 160, 162, 164 unabhängig von der Positionierung der Signalleitungen in der X-Achse alle im Wesentlichen die gleiche durchschnittliche Kapazität in Bezug auf die Gitter 120, 140 aufweisen. Dies wird durch Verjüngen der leitfähigen Elemente 122, 124, 142, 144 in einer Weise, dass die leitfähigen Elemente an ihren Mittelpunkten zwischen den Kreuzungen 175 am schmalsten sind, erreicht. Wie hierin verwendet, ist der Ausdruck "Mittelpunkt" eines leitfähigen Elements 122, 124, 142, 144 ein Abschnitt des jeweiligen Elements, der von benachbarten Kreuzungen unge fähr gleich weit entfernt ist. Es ist ersichtlich, dass das obere Gitter 120 und das untere Gitter 140 einander an ihren jeweiligen Mittelpunkten überlappen. Die Überlappung verursacht verglichen mit der Impedanz von Signalleitungen in einer eingebetteten Mikrostreifenausführung eine Verringerung der Impedanz der zwischen der Überlappung verlaufenden Signalleitungen um ein Drittel. Diese Verringerung der Impedanz wird durch Verengen der leitfähigen Elemente 122, 124, 142, 144 in einer solchen Weise, dass der gesamte Bereich der leitfähigen Elemente 122, 124, 142, 144 zwischen Kreuzungen 175 um ungefähr ein Drittel verringert wird, ausgeglichen, wodurch die Impedanz wiederhergestellt wird. Somit weisen die Signalleitungen 160, 162, 164 im Wesentlichen die gleiche Kapazität in Bezug zu den Gittern 120, 140 auf. In einem Abstand A quert die Signalleitung 160 drei der Kreuzungen, befindet die Signalleitung 162 zwischen sechs Überlappungen der leitfähigen Elemente 122, 142 oder 124, 144, und quert die Signalleitung 164 Abschnitte von drei Kreuzungen 175 und Abschnitte von sechs leitfähigen Elementen 122, 124, 142 oder 144. Somit wird eine Signalleitung unabhängig von ihrer Positionierung in der X-Achse im Wesentlichen die gleiche kapazitive Kopplung in Bezug auf die Gitter 120, 140 aufweisen.
Wie in Gleichung (2) veranschaulicht sind die Impedanzen der Signalleitungen 160, 162, 164 Funktionen der Kapazität, der Induktivität, des Widerstands und der Konduktanz. Somit können die Impedanzen der Signalleitungen 160, 162, 164 durch Verringern der Kapazität zu den Signalleitungen 160, 162, 164 in einer beständigen Weise genau und beständig ausreichend hoch aufrechterhalten werden, um den charakteristischen Impedanzen von anderen Schaltungspfaden in einem elektronischen System wie etwa in einem tragbaren Computer oder dergleichen zu entsprechen. Somit stellt die oben beschriebene Erfindung ein Abschirmsystem für eine gedruckte Platine bereit, das eine hochdichte Leitungsführung von Bandleitungs-Signalleitungen unterstützt, während es für gesteuerte beständige hohe Impedanzen sorgt, ohne dass es nötig ist, die relative Signalleitungs-Gitter-Ausrichtung zu steuern, ohne dass es nötig ist, die relative Signalleitungs-Signalleitungs-Ausrichtung zu steuern, und ohne die mit herkömmlichen Ansätzen zum Erhöhen von Impedanzen verbundenen Nachteile zu übernehmen.
Die oben besprochene und in 7 bis 8 dargestellte Erfindung stellt ein flexibles flaches Kabel oder eine Platine, die flexible Referenzebenen aufweist, bereit, das/die in einer Bandleitungsgestaltung zu Tausenden von Biegungen fähig ist, und erreicht eine gewünschte Impedanz, die eine Übertragung der Signale ohne Verschlechterung der Signalqualität erlaubt, während sie eine annehmbare Abschirmqualität bereitstellt. Diese Gestaltung beruht auf einem Paar von symmetrischen verschobenen Referenzebenen, wobei sich zwischen den Gittern Bandleitungsleitungen befinden. Sie ist besonders in Anwendungen nützlich, wo eine dünne flexible Schaltung von ungefähr 5 Mil benötigt wird.
In der Technik besteht auch ein Bedarf, eine Platine bereitzustellen, die mehrere Signalschichten mit erhöhten gesteuerten Impedanzen aufweist, ohne auf herkömmliche Verfahren mit ihren oben erwähnten verbundenen Nachteilen zurückzugreifen. Diese Aufgaben können durch die nachstehend besprochene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erfüllt werden.
9 stellt eine Flachansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer vierschichtigen nichtzentrierten Bandleitungsausführung der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 9 veranschaulicht umfasst die Platine 200 ein erstes leitfähiges Abschirmgitter 220, erste mehrere Signalleitungen 260, 262, 264, zweite mehrere Signalleitungen 280, 282, 284 und ein zweites leitfähiges Abschirmgitter 240.
Wie in 9 veranschaulicht weist jedes der Abschirmgitter 220, 240 eine sich wiederholende Struktur von Zellstrukturen auf. Die Zellstrukturen sind durch elektrisch leitfähige Elemente 222, 224 bzw. 242, 244 gebildet. In der bevorzugten Ausführungsform verlaufen die leitfähigen Elemente 222 rechtwinkelig zu den leitfähigen Elementen 224, und verlaufen die Elemente 242 rechtwinkelig zu den Elementen 244. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Kreuzung der leitfähigen Elemente 222, 224 oder an der Kreuzung der leitfähigen Elemente 242, 244 eine geformte Kreuzung 275 gebildet. Die durch die leitfähigen Elemente 222, 224 und 242, 244 gebildeten Zellstrukturen sind augenförmig und weisen eine erste und eine zweite Ecke 272, 274 auf.
Wie in 10 veranschaulicht bilden die Signalleitungen 260, 262, 264 eine erste Signalschicht 270, und sind sie zwischen den Gittern 220, 240 positioniert und verlaufen sie parallel dazu. Die Signalleitungen 260, 262, 264 befinden sich näher am oberen Gitter 220. In der gleichen Weise bilden die Signalleitungen 280, 282, 284 eine zweite Signalschicht 272, und sind sie zwischen den Gittern 220, 240 positioniert und verlaufen sie parallel dazu. Die Signalleitungen 280, 282, 284 befinden sich näher am unteren Gitter 240. Die Signalleitungen 260, 262, 264 sind durch einen Isolator 250 elektrisch vom oberen Gitter 220 isoliert und durch einen Isolator 252 elektrisch von den Signalleitungen 280, 282, 284 isoliert. Die Signalleitungen 280, 282, 284 sind durch einen Isolator 258 elektrisch vom unteren Gitter 240 isoliert. Die obere Oberfläche des oberen Gitters 220 ist mit einem Isolator 254 laminiert, und die untere Oberfläche des unteren Gitters 240 ist mit einem Isolator 256 laminiert.
Um die folgende Beschreibung näher zu verstehen, ist es erneut hilfreich, ein X,Y,Z-Koordinatensystem für die Zeichnungsfiguren zu erstellen. Die X- und die Y-Achse liegen wie in 9 gezeigt in einer waagerechten Ebene. Jedes der Gitter 220, 240 befindet sich in einer Ebene parallel zur waagerechten Ebene. Das untere Gitter 240 ist in der X-Y-Ebene um 90° in Bezug auf das obere Gitter 220 gedreht. Die Signalleitungen 260, 262, 264 liegen in einer Ebene zwischen den Ebenen der beiden Gitter 220, 240 und parallel dazu. Die Signalleitungen 260, 262, 264 sind näher am oberen Gitter 220 positioniert. In der gleichen Weise liegen die Signalleitungen 280, 282, 284 in einer Ebene zwischen den Ebenen der beiden Gitter 220, 240 und parallel dazu. Die Signalleitungen 280, 282, 284 sind näher am unteren Gitter 240 positioniert. Wie in 9 veranschaulicht verlaufen die Hauptausrichtungen der Signalleitungen 260, 262, 264 parallel zur Y-Achse, während die Hauptausrichtungen der Signalleitungen 280, 282, 284 parallel zur X-Achse verlaufen. Die Z-Achse verläuft wie in 10 rechtwinkelig zur X- und zur Y-Achse.
Unter Bezugnahme auf 9 und 10 sind die beiden Gitter 220, 240 versetzt und in Bezug zueinander gedreht, so dass die schmalsten Stellen der Kreuzungen 275 des Gitters 240 rechtwinkelig zu den schmalsten Stellen der Kreuzungen 275 des Gitters 220 liegen. Die schmalsten Stellen der Kreuzungen 275 des Gitters 240 sind in der X-Achse und in der Y-Achse der augenförmigen Zellen 290 des Gitters 220 zentriert. Obwohl die Versetzung derart sein kann, dass die schmalste Stelle nicht zentriert ist, stellt das Zentrieren der schmalsten Stellen bei der vorliegenden Erfindung die optimale Steuerung der Impedanz bereit. Im Besonderen ist ersichtlich, dass der Bereich des leitfähigen Materials des oberen Gitters 220, der das leitfähige Material des unteren Gitters 240 überlagert, minimiert ist, wodurch die Kapazität zwischen den beiden Gittern 220, 240 minimiert wird, und die Kapazität zwischen den Gittern 220, 240 und den Signalleitungen 260, 262, 264, die sich zwischen den Gittern 220, 240 befinden, minimiert wird. Somit sind die Gitter 220, 240 so versetzt, dass keine Überlappung von Gitterkreuzungen 275 besteht, und dass nur eine minimale Überlappung der leitfähigen Elemente 222, 242 der Gitter und der leitfähigen Elemente 224, 244 der Gitter besteht. Die Signalleitungen 280, 282, 284 sind rechtwinkelig zu den Signalleitungen 260, 262, 264 ausgerichtet, um das Übersprechen zwischen den beiden Signalschichten zu minimieren.
Unter Bezugnahme auf Gleichung (1) ist die Kapazität umgekehrt proportional zur Trennung zwischen der Signalleitung und der Referenzebene. Somit ist, wie ein Fachmann verstehen wird, die kapazitive Kopplung der Signalleitungen 260, 262, 264 in Bezug auf das untere Gitter 240 vergleichen mit der kapazitiven Kopplung der Signalleitungen 260, 262, 264 an das nähere obere Gitter 220 minimal, wenn die Signalebene 270 in der Z-Achse vom oberen Gitter 220 halb so weit wie vom unteren Gitter 240 entfernt ist. In der gleichen Weise ist die kapazitive Kopplung der Signalleitungen 280, 282, 284 in Bezug auf das obere Gitter 220 verglichen mit der kapazitiven Kopplung der Signalleitungen 280, 282, 284 in Bezug auf das untere Gitter 240 minimal, wenn der Abstand der Signalebene 272 in der Z-Achse vom unteren Gitter 240 die Hälfte des Abstands der Signalebene in der Z-Achse vom oberen Gitter 220 beträgt. Somit sorgt die oben beschriebene Ausführungsform für zwei Schichten von Signalleitungen mit gesteuerter hoher Impedanz mit verringertem Übersprechen zwischen den Signalschichten 270, 272. Die oben beschriebene Ausführungsform ist beispielhaft gegeben, und ein Fachmann wird verstehen, dass die vorliegende Erfindung mit mehr als zwei Signalschichten und/oder mehr als zwei Referenzebenen verwendet werden kann.
Gelegentlich müssen die Signalleitungen 260, 262, 264 oder 280, 282, 284 aus einer Vielfalt von Gründen wie etwa, um Gestaltungsentwürfen zu entsprechen, oder um Verbindungen zwischen Anschlüssen herzustellen, die nicht entlang einer parallel zur Y-Achse verlaufenden Linie ausgerichtet sind, umgeleitet werden. In derartigen Fällen müssen die Signalleitungen 260, 262, 264 oder 280, 282, 284 neuausgerichtet werden, um derartige Verbindungen herzustellen. Wie in 11 veranschaulicht können derartige Richtungsveränderungen erreicht werden, während die Impedanzunstetigkeiten der Signalleitungen bei einem Minimum gehalten werden. Um eine Richtungsänderung von neunzig Grad zu erreichen, wird die Signalleitung 260 zuerst in einer parallel zur Y-Achse verlaufenden Richtung ausgerichtet. Ein Kontaktloch (d.h., ein Durchführungsloch) 234 wird durch die Platinen, die die erste Signalleitung 260 und die zweite Leitung 280 umfassen, gebohrt. Die zweite Leitung 280 ist in 90 Grad in Bezug auf die erste Leitung 260 und parallel zur X-Achse ausgerichtet. Die erste Leitung 260 ist durch das Kontaktloch 234, das wie in der Technik bekannt mit Lötmetall gefüllt ist, elektrisch mit der zweiten Leitung 280 verbunden. Auf diese Weise können Signalleitungen umgeleitet werden, während die Unstetigkeiten bei einem Minimum gehalten werden.
In der Technik besteht auch ein Bedarf, eine gedruckte Platine oder ein Kabel mit gesteuerten erhöhten Impedanzen sowohl für Bandleitungs- als auch für Mikrostreifen-Signalleitungen bereitzustellen, wobei die Signalleitungen parallel entweder zu einer ersten Achse oder zu einer zweiten Achse ausgerichtet sein können, wobei die zweite Achse rechtwinkelig zur ersten Achse verläuft, ohne auf eines der herkömmlichen Verfahren mit ihren oben erwähnten verbundenen Nachteilen zurückzugreifen, und ohne dass eine Leitungs-Gitter-Ausrichtung benötigt wird. Diese Aufgaben werden durch eine nachstehend besprochene Ausführungsform der Erfindung erfüllt.
12 stellt eine Platine nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dar. Die Platine umfasst ein leitfähiges Abschirmgitter 300, das einen Satz von elektrisch leitfähigen Elementen 322, 324 umfasst, und mehrere Signalleitungen 360, 362. Wie in 12 veranschau licht, weist das Abschirmgitter eine sich wiederholende Struktur von Zellstrukturen auf. Die Zellstrukturen sind durch elektrisch leitfähige Elemente 322, 324 gebildet. Die relativen Breiten der wie in 12 dargestellten Signalleitungen 360, 362 und leitfähigen Elemente 322, 324 sind nur beispielhaft gezeigt. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Zellen im Wesentlichen die gleichen wie jene in der in 7 veranschaulichten dreischichtigen bevorzugten Ausführungsform, außer dass die Eckpunkte 172, 174 wie in 3b dargestellt mit Ausfüllungen gefüllt sind, die geformte Kreuzungen 375 bilden. Es versteht sich, dass die in 3b, 12 veranschaulichte Zellengestaltung beispielhaft gezeigt ist, und dass zahlreiche andere passende Gestaltungen verwendet werden können.
Um die folgende Beschreibung näher zu verstehen, ist es erneut hilfreich, für die Zeichnungsfiguren ein X,Y,Z-Koordinatensystem zu erstellen. Die X- und die Y-Achse liegen wie in 12 gezeigt in einer waagerechten Ebene. Das Gitter 320 befindet sich in einer Ebene parallel zur waagerechten Ebene. In der gleichen Weise liegen die Signalleitungen 360, 362 in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Ebene des Gitters 320 liegt. Wie in 12 und 13 veranschaulicht verläuft die Hauptausrichtung der Signalleitung 360 im Wesentlichen parallel zur Y-Achse, während die Hauptausrichtung der Signalleitung 362 im Wesentlichen parallel zur X-Achse verläuft. Die Z-Achse verläuft wie in 13 gezeigt rechtwinkelig zur X- und zur Y-Achse.
Die Signalleitungen 360, 362 sind durch einen Isolator 350 elektrisch vom Gitter 320 isoliert. Im Fall eines vergrabenen Mikrostreifens ist die obere Oberfläche der Signalleitungen 360, 362, 364 mit einem Isolator 354 laminiert. Die Schichten sind zusammengefügt und werden durch passende Klebstoffe, die in der Technik bekannt sind, an ihrer Stelle gehalten.
Wie in 12 veranschaulicht sind die leitfähigen Elemente 322, 324 und die Kreuzungen 375 so geformt, dass die maximale Veränderung des Bereichs, der durch eine erste Signalleitung gequert wird, in Bezug auf jede beliebige andere Signalleitung minimiert wird, ob die Signalleitungen nun parallel zur X-Achse ausgerichtet sind, oder ob die Signalleitungen parallel zur Y-Achse ausgerichtet sind. Somit wird, wie ein Fachmann verstehen wird, durch das Minimieren des Bereichs, der durch eine erste Signalleitung gequert wird, in Bezug auf jede beliebige andere Signalleitung die Veränderung der Impedanz der ersten Signalleitung in Bezug auf jede beliebige andere Signalleitung gleichermaßen minimiert werden.
Ein Fachmann wird verstehen, dass der vorliegende Gesichtspunkt der Erfindung auch in einer dreilagigen zentrierten Bandleitungs-Ausführungsform wie auch in zahlreichen anderen Gestaltungen verwendet werden kann.
14 veranschaulicht eine Schnittansicht der vorliegenden Erfindung, die in einer Platine 400 mit sechs Schichten ausgeführt ist. Die oberen drei Schichten 402 in 14 umfassen die obere Signalleitung 360, das Referenzgitter 320 und die untere Signalleitung 380 der vorliegenden Erfindung. Die Signalleitung 360 befindet sich in der ersten Schicht 404; das Referenzgitter 420 befindet sich in der zweiten Schicht 406; und die unteren Signalleitungen 480, 482, 484 befinden sich in der dritten Schicht 408. Die unteren drei Schichten 410 stellen die Übertragungsleitungen und die Referenzebenen einer herkömmlichen Mikrostreifengestaltung dar. Die erste Schicht 412 dieser drei unteren Schichten 410 umfasst eine erste Signalleitung 414. Die zweite Schicht 416 der drei unteren Schichten 410 umfasst eine feste Referenzebene 418. Die dritte Schicht 428 umfasst eine zweite Signalleitung 422. Die Schichten 404, 406, 408, 412, 416 und 428 sind durch Isolatoren elektrisch voneinander isoliert, sind zusammengefügt, und werden durch passende Klebstoffe, die in der Technik bekannt sind, an ihrer Stelle gehalten.
veranschaulicht, wobei

h: die Trennung zwischen der Oberflächenleitung und der Referenzebene ist;
w: die Breite der Leitung ist; und
ε_r: die dielektrische Konstante des Materials zwischen der Leitung und der Referenzebene ist.

Die Beziehung zwischen der charakteristischen Impedanz und der Trennung zwischen der Leitung und den Referenzebenen für eine herkömmliche zentrierte Bandleitung wird durch die Gleichung
eherrscht, wobei

b: die Trennung zwischen der Leitung und der festen Referenzebene ist;
t: die Dicke der Leitung ist; und
η₀: die charakteristische Impedanz des freien Raums (120π Ohm) ist.

Die Gleichungen (7) und (8) stellen genauere Darstellungen der Beziehung zwischen der charakteristischen Impedanz und der Trennung zwischen den Leitungen und den Referenzebenen für die Mikrostreifen- bzw. die Bandleitungsgestaltung bereit.
Herkömmlich wurde die Impedanz von Platinenübertragungsleitungen durch tatsächliches Erhöhen des Abstands zwischen der Leitung und den Referenzebenen erhöht. Unter Bezugnahme auf 14, Gleichung (7) und Gleichung (8) wird die Erhöhung der Impedanz durch Erhöhen von "h" für die Mikrostreifenschichten und durch Erhöhen von "b" für die Bandleitungsschichten erhalten. Als Ergebnis würde die Impedanz aller Leitungen in diesen Schichten entsprechend ansteigen. Wenn an der gleichen Ebene wie der Hochimpedanzschichten auch "gewöhnliche" Platinenimpedanzen von 50 bis 65 Ω benötigt werden, würde es nötig sein, die Breite (w) der Leitungen zu erhöhen, um die vorherrschenden Impedanzen von 50 und 65 Ω der anderen Signale an der Platine aufrechtzuerhalten.
Unglücklicherweise würde die benötigte Leitungsbreite (w) von den gewünschten 4 oder 5 Mil auf 27,3 bzw. 16,4 Mil ansteigen müssen, um diese Impedanzen aufrechtzuerhalten. Diese Leitungsbreiten werden nicht zwischen Gerätekontaktstellen mit feiner Schrittlänge passen und würden daher um Chips von integrierten Schaltungen herum geführt werden müssen. Außerdem würde es nötig sein, dass die Breite von Leitungen mit "gewöhnlicher" Impedanz, die von anderen Schichten auf die Hochimpedanzschicht geführt werden, von Schicht zu Schicht reguliert wird, um entlang ihrer gesamten Länge eine passende Impedanz aufrechtzuerhalten. Sogar ohne die Probleme, denen man beim Versuch, die Leitung zwischen Gerätekontaktstellen mit feiner Schrittlänge zu führen, begegnet, würde das Erhöhen von "h" oder "b" zu einer ungefähr 2,7 mal geringeren Signaldichte führen, da an der gleichen Schicht weniger Signalleitungen ausgeführt werden können. Zusätzlich würde, wenn unter Verwendung von Leitungen von 5 Mil hohe Impedanzen in der Größenordnung von 92 Ω benötigt werden, die benötigte Erhöhung von "b" für eine Bandleitungsleitung in einer zentrierten Bandleitungsumgebung zu einer Platinendicke führen, die die Standardplatinenspezifikation von 62 Mil weit überschreitet.
Wie oben besprochen gestattet die vorliegende Erfindung den Aufbau von Signalleitungen in ausgewählten Bereichen mit einem viel weiteren Bereich von Impedanzen als bei der herkömmlichen Gestaltung. Dies erfolgt durch die Einführung einer bei herkömmlichen Mikrostreifen- und Bandleitungsgestaltungen nicht berücksichtigten neuen Variablen, die ei nen bedeutenden Einfluss auf die Impedanz der Leitung aufweist. Diese neue Variable ist der Prozentsatz an Kupfer, der beim Aufbau der Referenzebene verwendet wird. Herkömmliche Referenzebenen sind fest. Um die charakteristische Impedanz auf herkömmliche Weise zu erhöhen, muss die Trennung zwischen der Signalleitung und der Referenzebene physisch erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung gestattet die Erhöhung der Impedanz ohne physisches Erhöhen der Trennung zwischen den Signalleitungen und der Referenzebene. Somit kann die Impedanz erhöht werden, ohne die Platinendicke zu erhöhen. Zusätzlich kann die Impedanz von Signalleitungen durch Verändern des Prozentsatzes an Kupfer, der beim Aufbau der Referenzebene verwendet wird, über einen weiten Bereich verändert werden. Die vorliegende Erfindung beseitigt auch die Probleme, die mit herkömmlichen Mikrostreifen- und Bandleitungsgestaltungen verbunden sind, wirkungsvoll und benötigt wie oben besprochen keine Signalleitungs-Gitter-Ausrichtung oder Signalleitungs-Signalleitungs-Ausrichtung.
Obwohl die vorliegende Erfindung die offensichtliche Wirkung des Erhöhens des Abstands zwischen der Signalleitung und der Referenzebene aufweist, weist sie diese Wirkung nur in dem Bereich auf, in dem sie angewendet wird, und beeinflusst sie nur die beiden Signalschichten unmittelbar neben der Referenzebene. Somit werden die Eigenschaften der Übertragungsleitungen im Rest der Platine nicht verändert. Somit werden die Signalleitungen 360 und 380 in Schicht 404 bzw. 408 in 14 aufgrund des Gitters 320 eine hohe Impedanz zeigen, während die Signalleitungen 414 und 422 in Schicht 412 bzw. 428 durch das Vorhandensein des Gitters 320 nicht beeinflusst werden und bei normaler Impedanz tätig sein werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die praktische Beseitigung einer Quelle von Übersprechen, näm lich des Vorwärtsübersprechens, aus jenen Signalen, die unter dem Gitter 320 geführt werden. Übersprechen ist die Auswirkung des Koppelns des Signals eines Kanals in einen anderen. Übersprechen kann aus einer Anzahl von Quellen stammen, wovon eine die Unausgeglichenheit von Kabelparametern – insbesondere der Kapazität und der Induktivität zwischen Leitungen – ist. Aufgrund dieser Unausgeglichenheit kann es zu einer Nettokopplung des Signals einer Leitung in eine andere kommen.
Eine derartige Unausgeglichenheit wird im Allgemeinen verschlimmert, wenn eine Leitung nichthomogenen Medien ausgesetzt ist, wie es beim herkömmlichen Mikrostreifenaufbau der Fall ist. Dies liegt daran, dass das Vorwärtsübersprechen wie in der Technik bekannt das Ergebnis des Unterschieds zwischen ungeraden und geraden Spurgeschwindigkeiten ist. In einem homogenen Medium sind die ungeraden und die geraden Spurgeschwindigkeiten gleich und löschen sie einander aus, was zur Beseitigung von Vorwärtsübersprechen führt. In nichthomogenen Medien sind diese beiden Geschwindigkeiten ungleich, was zu einem Faktor von nicht Null führt und Vorwärtsübersprechen hervorruft. Bei herkömmlichen Aufbauten, die hohe Impedanzen gestatten, wie etwa einem Mikrostreifenaufbau, grenzen Leitungen an mindestens drei unterschiedliche Dielektrika, typischerweise FR-4, eine Lötmetallmaske und Luft, an. Diese nichthomogene Umgebung führt zu unterschiedlichen geraden und ungeraden Spurgeschwindigkeiten, die zu Vorwärtsübersprechen führen.
Bei der vorliegenden Erfindung können Signale in einer Quasi-Bandleiter- oder eingebetteten Bandleiterumgebung durch die Signalleitung 380 unter dem Gitter 320 geführt werden, besonders, wenn es nötig ist, Signale für elektrisch lange Strecken über Leitungen zu führen, die parallel zueinander verlaufen. "Elektrisch lange" Strecken sind Strecken, die sich λ/4 nähern, wo die maximale Kopplung auftritt. Da die Leitungen 380, 382, 384 an der Schicht 408 in einer beinahe homogenen Umgebung geführt werden, ist der Unterschied zwischen den ungeraden und den geraden Spurgeschwindigkeiten beinahe Null und nähert sich somit das Vorwärtsübersprechen Null. Als Ergebnis beseitigt die vorliegende Erfindung praktisch das Vorwärtsübersprechen.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen stellt die vorliegende Erfindung eine beispiellose Abschirmung für die Hochimpedanzleitungen, die unter dem Referenzgitter geführt sind, bereit, ohne dass eine Signalleitungs-Gitter-Ausrichtung oder eine Signalleitungs-Signalleitungs-Ausrichtung benötigt wird, wie oben besprochen wurde. Da die gegenwärtige Gestaltung das Führen von Hochimpedanzleitungen an beiden Schichten 404 (Mikrostreifen oder eingebetteter Mikrostreifen) und 408 (Bandleitung oder Quasi-Bandleitung) in 14 gestattet, ist es möglich, Hochimpedanzsignale nur durch Leitungen an der Schicht 408 an einer typischen Platine mit sechs Schichten zu führen. Falls mehr Hochimpedanzleitungen erwünscht sind, kann zusätzlich eine gitterförmige Referenzebene an der Schicht 416 verwendet werden. Die Leitung 414 an der Schicht 412 wird dann die benötigte zusätzliche hohe Impedanz bereitstellen, während das Gitter an der Schicht 416 die nötige Abschirmung bereitstellen wird.
Demgemäß gestattet die vorliegende Erfindung dem Mikrostreifen- und Bandleitergestalter, aus einem viel weiteren Bereich von Impedanzen als bei herkömmlichen Gestaltungen zu wählen. Diese Gestaltung ist bei der Bereitstellung von Leitungen mit sehr hoher Impedanz in ausgewählten Bereichen einer Platine ohne Erhöhung der Dicke von Standardplatinen, ohne Verringerung der Breite oder der Dicke von Signalleitungen, und ohne auf die Verwendung von nichthomogenen oder nicht dem Standard entsprechenden Dielektrika zurückzugreifen, besonders nützlich. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine hohe Impedanz bereit, während sie die hohe Signaldichte aufrechterhält, und stellt einen bedeutenden Grad an Abschirmung bereit, während sie das Übersprechen zwischen Hochimpedanzleitungen verringert.

Claims

Abschirmsystem (100), umfassend: eine Signalleitung (162), ein erstes leitfähiges Abschirmgitter (120), das eine erste Zellstruktur aufweist, ein zweites leitfähiges Abschirmgitter (140), welches im wesentlichen parallel zu dem ersten Abschirmgitter (120) verläuft und eine zweite Zellstruktur aufweist, wobei die Zellstrukturen Zellen (190) aufweisen, die durch elektrisch leitfähige Elemente (122, 124) gebildet werden, die sich an Kreuzungen (175, 180) kreuzen, wobei das erste Gitter (120) mindestens teilweise vom zweiten Gitter (140) überlagert wird, eine Signalleitung (162), die sich. zwischen dem ersten Gitter (120) und dem zweiten Gitter (140) befindet und parallel zum ersten und zum zweiten Gitter entlang einer ersten Achse (Y) verläuft, wobei das erste Gitter (120) gegenüber dem zweiten Gitter (140) versetzt angeordnet ist, so daß keine Überlappung zwischen den Kreuzungen (175, 180) des ersten Gitters (120) und den Kreuzungen (175, 180) des zweiten Gitters (140) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Zellstruktur in Bezug auf die erste Achse (Y) so angeordnet sind, daß eine konstante Kapazität der Signalleitung (162) in Bezug auf das erste und das zweite Gitter (120, 140) gegeben ist, unabhängig von der Positionierung der Signalleitung (162) entlang einer zweiten Achse (X), die parallel zum ersten Gitter (120) und zum zweiten Gitter (140) und im rechten Winkel zur ersten Achse (Y) verläuft, und mit mindestens einer Zelle, die einen ersten (76) und einen zweiten Eckpunkt (78) aufweist, wobei der erste Eckpunkt diagonal gegenüber dem zweiten Eckpunkt liegt und sowohl der erste als auch der zweite Eckpunkt jeweils mit einer leitfähigen Ausfüllung versehen sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die zweite Zellstruktur im wesentlichen identisch mit der ersten Zellstruktur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Abschirmsystem Teil einer flexiblen Platine ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die leitfähigen Elemente (122, 124) und die leitfähigen Elemente (142, 144) des zweiten Gitters dort verjüngt ausgeführt sind, wo sie sich überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Zellstruktur eine sich wiederholende Struktur aus augenförmigen Öffnungen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine Zelle einen dritten und einen vierten Eckpunkt aufweist, die jeweils mit einer leitfähigen Ausfüllung versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Paare der leitfähigen Elemente (122, 124) des ersten Gitters (120) jeweils senkrecht zu Paaren der leitfähigen Elemente (142, 144) des zweiten Gitters (140) stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Gitter (120) in Bezug auf das zweite Gitter (140) so versetzt angeordnet ist, daß die Kreuzungen (175, 180) des ersten Gitters (120) zentriert über den Zellen (120) des zweiten Gitters liegen.
Verfahren zur Erhöhung der Impedanz einer Signalleitung in einer signalführenden Vorrichtung, das die folgenden Schritte umfaßt: Positionieren eines ersten strukturierten Abschirmgitters (120), das eine erste Achse (Y) aufweist, in einer ersten Ebene auf einer Seite einer Signalleitung (162), wobei sich die Signalleitung (162) in einer zweiten Ebene befindet und das erste strukturierte Abschirmgitter (120) mehrere Kreuzungen (175, 180) von leitfähigen Elementen (122, 124) umfasst sowie mindestens eine Zelle mit einem ersten und einem zweiten Eckpunkt aufweist, wobei der erste Eckpunkt diagonal gegenüber dem zweiten Eckpunkt liegt und der erste und der zweite Eckpunkt jeweils mit einer leitfähigen Ausfüllung versehen sind, Positionieren der Signalleitung (162) im wesentlichen parallel zur ersten Achse (Y); Positionieren eines zweiten strukturierten Abschirmgitters (140) in einer dritten Ebene auf einer gegenüberliegenden Seite der Signalleitung (162), wobei die dritte Ebene im wesentlichen parallel zur ersten Ebene ist und das zweite strukturierte Abschirmgitter mehrere Kreuzungen (175, 180) von leitfähigen Elementen (142, 144) aufweist; und Einrichten des ersten Gitters (120) und des zweiten Gitters (140) in Bezug auf die erste Achse (Y) in einer Weise, daß eine durchschnittliche Kapazität zur Signalleitung (162) konstant bleibt, unabhängig von der Positionierung der Signalleitung (162) entlang einer zweiten Achse (X), die parallel zum ersten Gitter (120) und zum zweiten Gitter (140) und rechtwinklig zur ersten Achse (Y) verläuft, gekennzeichnet durch: Versetzen des ersten Gitters (120) in Bezug zum zweiten Gitter (140), so daß keine Überlappung zwischen den Kreuzungen (175, 180) des ersten Gitters (120) und den Kreuzungen (175, 180) des zweiten Gitters (140) besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das erste strukturierte Abschirmgitter (120) eine sich wiederholende Struktur von augenförmigen Öffnungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das erste strukturierte Abschirmgitter (120) eine sich wiederholende Struktur von Öffnungen aufweist, die so dimensioniert sind, daß sie kleiner als die Hälfte der Wellenlänge einer ersten Signalfrequenz sind, die sich in der Signalleitung (162) fortpflanzt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die leitfähigen Elemente (122, 124) des ersten Gitters (120) und die leitfähigen Elemente (142, 144) des zweiten Gitters (140) dort verjüngt ausgeführt sind, wo sie sich überlappen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Paare der leitfähigen Elemente (122, 124) des ersten Gitters (120) jeweils rechtwinklig zu Paaren der leitfähigen Elemente (142, 144) des zweiten Gitters (140) sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das erste Gitter (120) in Bezug zum zweiten Gitter (140) versetzt ist, so daß die Kreuzungen (175, 180) des ersten Gitters (120) zentriert auf den Zellen (120) liegen, die durch die leitfähigen Elemente (142, 144) des zweiten Gitters (140) gebildet werden.