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通用串行總線混合印跡設計.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380061948.1

申請日:

2013.12.19

公開號:

CN105027099A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 13/00申請日:20131219|||公開
IPC分類號: G06F13/00 主分類號: G06F13/00
申請人: 英特爾公司
發明人: 陳冠宇; H·L·赫克
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 13/727,701 2012.12.27 US
專利代理機構: 上海專利商標事務所有限公司31100 代理人: 張欣
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380061948.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.11.09|||2015.12.02|||2015.11.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本文描述了一種通用串行總線的混合印跡設計。設計包括一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排和一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。混合印跡設計使數據吞吐量達到至少10Gbps。

權利要求書

權利要求書
1.  一種裝置,包括:
一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排;以及
一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。

2.  如權利要求1所述的裝置,其中所述的外側排相比所述內側排更接近所述裝置的外部邊緣。

3.  如權利要求1所述的裝置,其中所述一個或多個表面貼裝技術接觸件傳輸與USB 3.0數據兼容的超高速數據。

4.  如權利要求1所述的裝置,其中所述一個或多個印刷通孔傳輸與USB數據、USB 1.0數據、USB 2.0數據、或其任意組合兼容的數據。

5.  如權利要求1所述的裝置,其中所述裝置的數據吞吐量等于或大于10Gb/s。

6.  如權利要求1所述的裝置,其中所述裝置被配置為在生產期間被目測檢查的方式。

7.  如權利要求1所述的裝置,其中所述一個或多個印刷通孔實現滿足USB沖擊及震動測試的保持力。

8.  如權利要求1所述的裝置,其中所述一個或多個表面貼裝技術接觸件和所述一個或多個印刷通孔的印跡保持了由所述一個或多個表面貼裝技術接觸件和所述一個或多個印刷通孔所傳輸的數據信號之間的信號完整性。

9.  一種USB連接中的混合USB印跡,包括:
一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排;以及
一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。

10.  如權利要求9所述的印跡,其中所述混合USB印跡形成USB主連接器。

11.  如權利要求9所述的印跡,其中所述混合USB印跡形成USB設備連接器。

12.  如權利要求9所述的印跡,其中所述的外側排相比所述內側排更接近所述裝置的外部邊緣。

13.  如權利要求9所述的印跡,其中所述一個或多個表面貼裝技術接觸件傳輸與USB 3.0數據兼容的超高速數據。

14.  如權利要求9所述的印跡,其中所述一個或多個印刷通孔傳輸與USB數據、USB 1.0數據、USB 2.0數據、或其任意組合兼容的數據。

15.  如權利要求9所述的印跡,其中所述印跡的數據吞吐量大于5Gb/s。

16.  如權利要求9所述的印跡,其中所述印跡被配置為在生產期間被目測檢查的方式。

17.  如權利要求9所述的印跡,其中所述一個或多個印刷通孔實現滿足USB沖擊及震動測試的保持力。

18.  一種提供USB連接中混合USB印跡的方法,包括:
生成一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排;以及
生成一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。

19.  如權利要求18所述的方法,其中所述混合USB印跡形成USB主連接器。

20.  如權利要求18所述的方法,其中所述混合USB印跡形成USB設備連接器。

說明書

說明書通用串行總線混合印跡設計
技術領域
本發明主要涉及一種連接器設計。更具體而言,本發明涉及一種通用串行總線(USB)混合印跡(footprint)設計。
背景技術
USB是一種用以與各種外圍設備接口的標準總線。USB也可為外圍設備供電,免除了對外部電源的需求。USB 1.0規范支持最高12兆位每秒(MBPS)的數據傳輸速率。USB 2.0能支持低速、全速、和高速USB應用,以及最高480MBPS的數據傳輸速率。USB 3.0能支持超高速USB應用,以及5千兆位每秒(GBPS)的數據傳輸速率。
附圖說明
圖1是依照本發明實施例的印刷電路板的示意圖;
圖2是依照實施例的USB連接器混合印跡的示意圖;
圖3是依照實施例的USB連接器混合印跡剖面圖的示意圖;
圖4是依照實施例的提供混合USB印跡的方法的工藝流程圖;
圖5是依照實施例的USB3主連接器的TDR的圖形;
圖6A是依照實施例的體現SMT接觸件的誤碼率的圖形;
圖6B是依照實施例的體現PTH的誤碼率的圖形;以及
圖7是依照實施例可被采用的計算設備的框圖。
貫穿本公開和圖形的相同的數字被用以引用類似的元件和特征。100系列中的數字是指最初在圖1中所用的特征;200系列中的數字是指最初在圖2中所用的特征;以此類推。
實施例說明
如上文所討論,USB 3.0能支持超高速USB應用,以及5GBPS的數據傳輸速率。然而,未來的平臺具有比USB 3.0所提供的更高的帶寬。5GBPS數據傳輸速率對于高分辨率和高品質內容而言并不足夠高。相應的,為高于5GBPS的帶寬而優化現有的USB 3.0使其能夠在保持與先前USB版本向下兼容性的同時,支持高性能應用。
本文所描述的實施例通過采用具有優化的連接器印跡(footprint)的混合USB連接器達到至少10GBPS的數據傳輸速率。另外,本文所描述的實施例去除了在采用印刷通孔過孔(PTH)時產生的多余的過孔殘段(via stub)。以這樣的方式,避免了低阻抗和任何由此產生的阻抗失配。相應的,信號不會因為阻抗失配而衰減。另外,表面貼裝技術(SMT)以使能夠去除相關過孔殘段的方式被應用,同時不影響生產過程中目測焊接檢查的能力。
在以下的描述和權利要求中,術語“耦接(coupled)”和“連接(connected)”及其衍生物可被使用。需要理解的是,這些術語并不旨在用作彼此的同義詞。相反,在特定的實施例中,“連接(connected)”可被用于表明兩個或多個元素彼此直接或電氣的接觸。“耦接(coupled)”可表示兩個或多個元素有直接的物理或電氣接觸。然而,“耦接(coupled)”也可表示兩個或多個元素彼此沒有直接的接觸,但是仍彼此相互合作和相互作用。
一些實施例可在硬件、固件、和軟件之一或組合中實現。一些實施例還可作為儲存在機器可讀介質上的指令來實現,其可通過計算平臺被讀取和執行以進行所述的操作。機器可讀介質可包括用于儲存或傳輸機器,例如計算機,可讀形式的信息的任意機制。例如,機器可讀介質可包括只讀存儲器(ROM);隨機存取存儲器(RAM);磁盤儲存介質;光儲存介質;閃存設備;或電、光、聲或其他形式的傳播信號,例如載波、紅外信號、數字信號、或發送和/或接收信號的接口,等等。
實施例是一種實現或示例。本說明書中所涉及的“一個實施例(an  embodiment)”、“一種實施例(one embodiment)”、“一些實施例(some embodiments)”、“不同的實施例(various embodiments)”、或“另一些實施例(other embodiments)”是指包括于本技術的至少一些實施例,但不一定是所有實施例,之中關于實施例所描述特定的特征、結構或特性。“一個實施例(an embodiment)”、“一種實施例(one embodiment)”、或“一些實施例(some embodiments)”的不同表述不一定是指相同的實施例。一個實施例中的元素或方面可與另一個實施例中的元素或方面進行組合。
不是所有在本文中被描述或被示出的部件、特征、結構、特性等都需要被包括于特定的實施例中。如果說明書陳述了部件、特征、結構、或特性“可(may)”、“可能(might)”、“能(can)”或“能夠(could)”被包括在內,舉例來說,該特定的部件、特征、結構、或特性并不需要被包括在內。如果說明書或權利要求涉及“一個(a或an)”元素,并不是指僅存在一個元素。如果說明書或權利要求涉及“另一個(an additional)”元素,并不排除存在不止一個額外的元素。
需要注意的是,盡管一些實施例是關于特定的實現進行描述的,根據一些實施例,其他實現也是可能的。另外,圖示于附圖中和/或本文中所描述電路元件或其他特征的排布和/或順序不需要以圖示和描述的特定方式來進行排布。根據一些實施例,許多其他排布是可能的。
在圖形中所示的每個系統中,一些情況下,每個元素可具有相同的參考數字或不同的參考數字以建議所代表的元素可以是不同的/和/或相似的。然而,元素可以足夠靈活以具有不同的實現,并與本文所示或所描述的一些或所有系統一起工作。圖形中所示的各種元素可以是相同的或者不同的。哪一個被稱為第一元素,而哪一個被稱為第二元素是任意的。
圖1是依照實施例的印刷電路板100的示意圖。印刷電路板(PCB)100包括表面貼裝技術(SMT)接觸件104A、104B、104C、104D和104E。印刷電路板也可包括過孔102A、102B、102C和102D。PCB由多個層構成。例如,PCB 100包括層106、108和110。盡管示出了三個層,但PCB 100可具有 任意數量的層。
多信號軌跡(trace)或導電區域位于由絕緣材料分隔的每個層內。當穿過PCB路由USB信號時,軌跡用過孔在PCB 100的不同層之間進行路由。如圖所示,過孔102A、102B、102C和102D是印刷通孔(PTH)過孔。然而,任何類型的過孔可被采用,包括盲孔和不擴展至PCB 100的底層110的過孔。
PTH過孔102A、102B、102C和102D也可包括過孔殘段,其為過孔中沒有功能的部分。過孔殘段包含無信號軌跡,所以它不執行功能。例如,如果信號軌跡112采用過孔102A從層次106被路由至層次108,層次110中過孔102A的部分將是沒有功能的,并被稱為過孔殘段114。PCB中大量過孔殘段的存在會使路由穿過PCB的信號軌跡變形。例如,PCB 100和過孔殘段114之間的阻抗失配會衰減信號軌跡112。當高速數字信號被路由通過信號軌跡時,變形是特別明顯的。
如圖1所示,信號軌跡112被路由至SMT接觸件102。在PCB 100表面之上SMT接觸件104A的部分被稱為SMT焊盤。通過采用SMT焊盤將電子元件焊接至PCB,USB連接器的電子元件可被安裝于PCB 100。相比PTH過孔,SMT接觸件通常在接觸位置具有更低電阻值和電感量。相應地,相比PTH過孔,SMT接觸件通常具有更強的信號完整性。在這樣的方式下,相比PTH過孔,SMT接觸件更適用于高速數字信號。在生產期間,SMT接觸件使電路板能夠被目測檢查以查找任何偏移、不良焊接、或電子元件缺失。另外,由于焊接的原因,在USB連接器上進行的標準搖晃和振動測試中,SMT接觸件具有良好的機械性能。
SMT接觸件104A、104B、104C、104D、和104E為USB連接器形成接觸件的外側排(outer row),而PTH過孔102A、102B、102C、和102D為USB連接器形成接觸件的內側排(inner row)。在這樣的方式下,USB連接器在生產期間可以被目測檢查,而同時在USB搖晃和振動測試期間保持令人滿意的性能。
圖2是依照實施例的USB連接器混合印跡200的示意圖。在實施例中, 混合印跡能被用于USB主連接器和USB設備連接器。混合印跡使超過USB3.0可達到的更高速數據傳輸速率得以實現。
USB連接器的輪廓202采用虛線示出。印刷通孔(PTH)102A、102B、102C、和102D形成一個接觸件的內側排204。在實施例中,內側排204可包括壓接式接觸件。內側排102可被用以傳輸高速數據或低速數據。SMT接觸件104A、104B、104C、104D、和104E形成接觸件的外側排206。SMT接觸件104A、104B、104C、104D、和104E的外側排206可被用以傳輸超高速數據。
通過PTH 102A、102B、102C、和102D的內側排204以及SMT 104A、104B、104C、104D、和104E接觸件的外側排206的配置,由過孔殘段效應引起的阻抗失配被消除。印跡200相比,例如,包含兩排SMT接觸件的雙排印跡,表現得更好。這樣的配置導致了USB 2.0信號和USB 3.0信號之間的串擾。另外,相比單排交替SMT接觸件和PTH接觸件,印跡200表現得更好。這樣的印跡遭受由過孔殘段效應帶來的信號軌跡衰減。
圖3是依照實施例的USB連接器混合印跡200剖面圖的示意圖。SMT接觸件104A、104B、104C、104D、和104E的外側排206從連接器的外部可見,使得生產過程中的目測檢查通過采用外側排上的SMT接觸件而被維持。另外,通過PTH和SMT接觸件的組合,降低了由PTH的過孔殘段導致的電氣寄生電容,而不犧牲由PTH提供的保持力。
相比SMT接觸件,PTH 102A、102B、102C、和102D的內側排204使其維持了更高的保持力。另外,所施加的保持力滿足了USB沖擊及震動測試所需的性能。在實施例中,相比其他USB連接器,阻抗匹配方面的通道性能被提高。
圖4是依照實施例的提供混合USB印跡的方法400的工藝流程圖。
在方框402處,生成一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排。外側排相比內側排可更接近印跡的外部邊緣。由于高速數字數據或超高速數據時的更高性能,外側排的SMT接觸件相比PTH能以更少的信號衰減來傳輸這些數據軌跡。此外,連接器被配置成能在生產期間被目測檢查的方 式。
在方框404處,生成一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。PTH可傳輸與USB數據、USB 1.0數據、USB 2.0數據,或其任意組合向兼容的數據。PTH可使能夠滿足USB沖擊及震動測試的保持力得以實現。
在實施例中,如本文中所述USB印跡的總數據吞吐量等于或大于10GBPS。這個速度是,部分由于,降低了過孔殘段效應帶來的信號失真。另外,如上所述的表面貼裝技術接觸件和通孔的印跡保持了由所述一個或多個表面貼裝技術接觸件和所述一個或多個印刷通孔所傳輸的數據信號的信號完整性。
圖4的工藝流程圖并不旨在表明方法300的模塊要以任意特定順序被執行,或所有的模塊要被包括在每一種情況中。另外,任意數量的額外模塊可被包括于方法400中,取決于具體實現的細節。
圖5是依照實施例的USB3主連接器的時域反射(TDR)的圖形。TDR可被用于基于反射波形來比較電氣信號。曲線502表示表面貼裝連接器的信號質量。曲線504表示PTH連接器的信號質量。
曲線504中大幅的下沉代表出現在PTH連接器中大的阻抗失配。大阻抗是由于如上所討論的過孔殘段效應導致的。具體而言,僅由PTH組成的USB連接器的信號質量在大約530.00ps時跌至80OHM以下。相反,曲線502表示了如上所討論的混合印跡的性能。當在大約530.00ps時,混合印跡的電阻值跌至大約89OHM,導致更少的阻抗失配。相應的,采用混合印跡的信號軌跡相比只采用PTH的信號軌跡遭受到更少的失真。
圖6A是依照實施例的體現SMT占地區的誤碼率的圖形。602的曲線示出了USB連接器的指定的誤碼率。具體而言,對于-24mV電壓和18ps時間,USB標準設定的誤碼率余量額度為1e-12。SMT印跡使SMT連接器能夠工作在25mV和22ps,而僅使用25%的單元位寬。因此,SMT印跡使其具有1mV和4ps正的工作余量。此外,SMT印跡的圖形604滿足所需的誤碼率,其最小誤碼率約1e-13。
圖6B是依照實施例的體現PTH印跡的誤碼率的圖形。由于PHT印跡的 最小BER為約1e-7,PTH印跡的圖形606并不滿足所需的BER。
圖7是依照實施例可被采用的計算設備700的框圖。計算設備700可以是一個移動計算設備,例如移動電話。在這類實施例中,計算設備700可被實現為片上系統(SOC)。計算設備700也可以是其它任意合適類型的計算設備,例如膝上型計算機、臺式計算機、平板計算機、移動設備、或服務器,等等。計算設備700可包括被配置以執行儲存指令的中央處理單元(CPU)702,以及儲存由CPU 702可執行指令的存儲器設備704。CPU 702可通過總線706被耦接至存儲器設備704。此外,CPU 702可以是單核處理器、多核處理器、計算集群或任意數量的其他配置。另外,計算設備700可包括不止一個CPU 702。
存儲器設備704可包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器、閃存、或其它任意合適的存儲系統。例如,存儲器設備704可包括動動態隨機存取存儲器(DRAM)。CPU 702可通過總線706被連接至配置以連接計算設備700至一個或多個I/O設備710的輸入/輸出(I/O)設備接口708。I/O設備710可包括,例如,鍵盤和指示設備,其中指示設備可包括觸摸板或觸摸屏,等等。I/O設備710可以是計算設備700的內建元件,或可以是被外部連接至計算設備700的設備。在實施例中,I/O設備710可采用任何USB標準連接至計算設備700。
CPU 702還可通過總線706被鏈接至包括傳感器714的圖像捕捉機制714的顯示接口712。圖像捕捉機制可以是采用任何USB標準連接至計算設備700的連接器。另外,計算設備100可包括采用任意USB標準連接至一個或多個I/O設備718的輸入/輸出(I/O)設備接口716。I/O設備118可包括,例如,鍵盤和指示設備,其中指示設備可包括觸摸板或觸摸屏,等等。
計算設備700包括與顯示設備722連接的顯示接口720。顯示設備722可包括顯示屏,該顯示屏是計算設備700的內建元件。顯示設備722還可包括被外部連接至計算設備700的計算機監視器、電視機、或投影儀等等。在實施例中,顯示設備722可采用任何USB標準連接至計算設備700。
計算設備還可包括儲存設備724。儲存設備724是物理存儲器,例如硬盤驅動器、光盤驅動器、閃存驅動器、驅動器陣列、或其任意組合。儲存設備724還可包括遠程儲存驅動器。儲存設備724可包括被配置以在計算設備700上運行的任意數量的應用726。在實施例中,計算設備700采用任何USB標準被連接至外部儲存設備704。
計算設備700也可包括網絡接口控制器(NIC)728。NIC 728可被配置以通過總線706將計算設備700連接至網絡730。網絡730可以是廣域網(WAN)、局域網(LAN)、或互聯網等等。
打印引擎732,可以將打印作業發送至打印設備734。在實施例中,打印引擎732采用任意USB標準被連接至打印機。打印設備734可包括打印機、傳真機、以及其它可以采用打印對象模塊736打印圖像和文件的打印設備。
圖7的框圖并不旨在表明計算設備700要包括示于圖7中的所有組成部分。另外,計算設備700可包括未示于圖7中任意數量額外的組成部分,取決于具體實現的細節。
示例1
一種裝置,包括一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排和一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。外側排相比內側排可更接近裝置的外部邊緣。一個或多個表面貼裝技術接觸件可傳輸與USB 3.0數據兼容的超高速數據,而一個或多個印刷通孔可傳輸與USB數據、USB 1.0數據、USB 2.0數據、或其任意組合兼容的數據。該裝置的數據吞吐量等于或大于10Gb/s。此外,裝置可被配置成在生產期間被目測檢查的方式。一個或多個印刷通孔使滿足USB沖擊及震動測試的保持力得以實現。此外,一個或多個表面貼裝技術接觸件和所述一個或多個印刷通孔的印跡保持了由所述一個或多個表面貼裝技術接觸件和所述一個或多個印刷通孔所傳輸的數據信號的信號完整性。
示例2
這里描述了一種USB連接中的混合USB印跡(hybrid USB footprint)。 混合USB印跡包括一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排和一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。混合USB印跡可形成USB主連接器,或者,混合USB印跡可形成USB設備連接器。外側排相比內側排可更接近裝置的外部邊緣。一個或多個表面貼裝技術接觸件可傳輸與USB 3.0數據兼容的超高速數據,而一個或多個印刷通孔可傳輸與USB數據、USB 1.0數據、USB 2.0數據、或其任意組合兼容的數據。該印跡的數據吞吐量大于5Gb/s。印跡可被配置成在生產期間被目測檢查的方式。另外,一個或多個印刷通孔使滿足USB沖擊及震動測試的保持力得以實現。
示例3
這里描述了一種提供USB連接中混合USB印跡的方法。方法包括產生一個或多個表面貼裝技術(SMT)接觸件的外側排,以及產生一個或多個印刷通孔(PTH)的內側排。混合USB印跡可形成USB主連接器。另外,混合USB印跡可形成USB設備連接器。
應當理解的是,前文提及的示例的細節可被用于一個或多個實施例的任意地方。例如,以上描述的計算設備的所有可選特征也可關于本文所描述的任一方法或計算機可讀介質來實現。此外,盡管流程圖和/或狀態圖可在本文被用于描述實施例,但發明并不僅限于本文中的圖形或相應的描述。例如,流程不需要經過每個圖示的框或狀態或按本文所示和所描述完全相同的順序進行。
本發明不受限于本文所列的具體細節。事實上,受益于本公開的本領域的技術人員會意識到,根據先前的描述和附圖,可在本發明的范圍內進行許多其他變形。相應的,本文的權利要求包括對于權利要求的任意修改定義了本發明的范圍。

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