太阳城集团

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通用串行总线混合印迹设计.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201380061948.1

申请日:

2013.12.19

公开号:

太阳城集团CN105027099A

公开日:

2015.11.04

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 13/00申请日:20131219|||公开
IPC分类号: G06F13/00 主分类号: G06F13/00
申请人: 英特尔公司
发明人: 陈冠宇; H·L·赫克
地址: 美国加利福尼亚州
优先权: 13/727,701 2012.12.27 US
专利代理机构: 上海专利商标事务所有限公司31100 代理人: 张欣
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法律状态
申请(专利)号:

CN201380061948.1

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.11.09|||2015.12.02|||2015.11.04

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本文描述了一种通用串行总线的混合印迹设计。设计包括一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排和一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。混合印迹设计使数据吞吐量达到至少10Gbps。

权利要求书

权利要求书
1.  一种装置,包括:
一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排;以及
一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。

2.  如权利要求1所述的装置,其中所述的外侧排相比所述内侧排更接近所述装置的外部边缘。

3.  如权利要求1所述的装置,其中所述一个或多个表面贴装技术接触件传输与USB 3.0数据兼容的超高速数据。

4.  如权利要求1所述的装置,其中所述一个或多个印刷通孔传输与USB数据、USB 1.0数据、USB 2.0数据、或其任意组合兼容的数据。

5.  如权利要求1所述的装置,其中所述装置的数据吞吐量等于或大于10Gb/s。

6.  如权利要求1所述的装置,其中所述装置被配置为在生产期间被目测检查的方式。

7.  如权利要求1所述的装置,其中所述一个或多个印刷通孔实现满足USB冲击及震动测试的保持力。

8.  如权利要求1所述的装置,其中所述一个或多个表面贴装技术接触件和所述一个或多个印刷通孔的印迹保持了由所述一个或多个表面贴装技术接触件和所述一个或多个印刷通孔所传输的数据信号之间的信号完整性。

9.  一种USB连接中的混合USB印迹,包括:
一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排;以及
一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。

10.  如权利要求9所述的印迹,其中所述混合USB印迹形成USB主连接器。

11.  如权利要求9所述的印迹,其中所述混合USB印迹形成USB设备连接器。

12.  如权利要求9所述的印迹,其中所述的外侧排相比所述内侧排更接近所述装置的外部边缘。

13.  如权利要求9所述的印迹,其中所述一个或多个表面贴装技术接触件传输与USB 3.0数据兼容的超高速数据。

14.  如权利要求9所述的印迹,其中所述一个或多个印刷通孔传输与USB数据、USB 1.0数据、USB 2.0数据、或其任意组合兼容的数据。

15.  如权利要求9所述的印迹,其中所述印迹的数据吞吐量大于5Gb/s。

16.  如权利要求9所述的印迹,其中所述印迹被配置为在生产期间被目测检查的方式。

17.  如权利要求9所述的印迹,其中所述一个或多个印刷通孔实现满足USB冲击及震动测试的保持力。

18.  一种提供USB连接中混合USB印迹的方法,包括:
生成一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排;以及
生成一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。

19.  如权利要求18所述的方法,其中所述混合USB印迹形成USB主连接器。

20.  如权利要求18所述的方法,其中所述混合USB印迹形成USB设备连接器。

说明书

说明书通用串行总线混合印迹设计
技术领域
本发明主要涉及一种连接器设计。更具体而言,本发明涉及一种通用串行总线(USB)混合印迹(footprint)设计。
背景技术
USB是一种用以与各种外围设备接口的标准总线。USB也可为外围设备供电,免除了对外部电源的需求。USB 1.0规范支持最高12兆位每秒(MBPS)的数据传输速率。USB 2.0能支持低速、全速、和高速USB应用,以及最高480MBPS的数据传输速率。USB 3.0能支持超高速USB应用,以及5千兆位每秒(GBPS)的数据传输速率。
附图说明
图1是依照本发明实施例的印刷电路板的示意图;
图2是依照实施例的USB连接器混合印迹的示意图;
图3是依照实施例的USB连接器混合印迹剖面图的示意图;
图4是依照实施例的提供混合USB印迹的方法的工艺流程图;
图5是依照实施例的USB3主连接器的TDR的图形;
图6A是依照实施例的体现SMT接触件的误码率的图形;
图6B是依照实施例的体现PTH的误码率的图形;以及
图7是依照实施例可被采用的计算设备的框图。
贯穿本公开和图形的相同的数字被用以引用类似的元件和特征。100系列中的数字是指最初在图1中所用的特征;200系列中的数字是指最初在图2中所用的特征;以此类推。
实施例说明
如上文所讨论,USB 3.0能支持超高速USB应用,以及5GBPS的数据传输速率。然而,未来的平台具有比USB 3.0所提供的更高的带宽。5GBPS数据传输速率对于高分辨率和高品质内容而言并不足够高。相应的,为高于5GBPS的带宽而优化现有的USB 3.0使其能够在保持与先前USB版本向下兼容性的同时,支持高性能应用。
本文所描述的实施例通过采用具有优化的连接器印迹(footprint)的混合USB连接器达到至少10GBPS的数据传输速率。另外,本文所描述的实施例去除了在采用印刷通孔过孔(PTH)时产生的多余的过孔残段(via stub)。以这样的方式,避免了低阻抗和任何由此产生的阻抗失配。相应的,信号不会因为阻抗失配而衰减。另外,表面贴装技术(SMT)以使能够去除相关过孔残段的方式被应用,同时不影响生产过程中目测焊接检查的能力。
在以下的描述和权利要求中,术语“耦接(coupled)”和“连接(connected)”及其衍生物可被使用。需要理解的是,这些术语并不旨在用作彼此的同义词。相反,在特定的实施例中,“连接(connected)”可被用于表明两个或多个元素彼此直接或电气的接触。“耦接(coupled)”可表示两个或多个元素有直接的物理或电气接触。然而,“耦接(coupled)”也可表示两个或多个元素彼此没有直接的接触,但是仍彼此相互合作和相互作用。
一些实施例可在硬件、固件、和软件之一或组合中实现。一些实施例还可作为储存在机器可读介质上的指令来实现,其可通过计算平台被读取和执行以进行所述的操作。机器可读介质可包括用于储存或传输机器,例如计算机,可读形式的太阳城集团的任意机制。例如,机器可读介质可包括只读存储器(ROM);随机存取存储器(RAM);磁盘储存介质;光储存介质;闪存设备;或电、光、声或其他形式的传播信号,例如载波、红外信号、数字信号、或发送和/或接收信号的接口,等等。
实施例是一种实现或示例。本说明书中所涉及的“一个实施例(an  embodiment)”、“一种实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“不同的实施例(various embodiments)”、或“另一些实施例(other embodiments)”是指包括于本技术的至少一些实施例,但不一定是所有实施例,之中太阳城集团实施例所描述特定的特征、结构或特性。“一个实施例(an embodiment)”、“一种实施例(one embodiment)”、或“一些实施例(some embodiments)”的不同表述不一定是指相同的实施例。一个实施例中的元素或方面可与另一个实施例中的元素或方面进行组合。
不是所有在本文中被描述或被示出的部件、特征、结构、特性等都需要被包括于特定的实施例中。如果说明书陈述了部件、特征、结构、或特性“可(may)”、“可能(might)”、“能(can)”或“能够(could)”被包括在内,举例来说,该特定的部件、特征、结构、或特性并不需要被包括在内。如果说明书或权利要求涉及“一个(a或an)”元素,并不是指仅存在一个元素。如果说明书或权利要求涉及“另一个(an additional)”元素,并不排除存在不止一个额外的元素。
需要注意的是,尽管一些实施例是太阳城集团特定的实现进行描述的,根据一些实施例,其他实现也是可能的。另外,图示于附图中和/或本文中所描述电路元件或其他特征的排布和/或顺序不需要以图示和描述的特定方式来进行排布。根据一些实施例,许多其他排布是可能的。
在图形中所示的每个系统中,一些情况下,每个元素可具有相同的参考数字或不同的参考数字以建议所代表的元素可以是不同的/和/或相似的。然而,元素可以足够灵活以具有不同的实现,并与本文所示或所描述的一些或所有系统一起工作。图形中所示的各种元素可以是相同的或者不同的。哪一个被称为第一元素,而哪一个被称为第二元素是任意的。
图1是依照实施例的印刷电路板100的示意图。印刷电路板(PCB)100包括表面贴装技术(SMT)接触件104A、104B、104C、104D和104E。印刷电路板也可包括过孔102A、102B、102C和102D。PCB由多个层构成。例如,PCB 100包括层106、108和110。尽管示出了三个层,但PCB 100可具有 任意数量的层。
多信号轨迹(trace)或导电区域位于由绝缘材料分隔的每个层内。当穿过PCB路由USB信号时,轨迹用过孔在PCB 100的不同层之间进行路由。如图所示,过孔102A、102B、102C和102D是印刷通孔(PTH)过孔。然而,任何类型的过孔可被采用,包括盲孔和不扩展至PCB 100的底层110的过孔。
PTH过孔102A、102B、102C和102D也可包括过孔残段,其为过孔中没有功能的部分。过孔残段包含无信号轨迹,所以它不执行功能。例如,如果信号轨迹112采用过孔102A从层次106被路由至层次108,层次110中过孔102A的部分将是没有功能的,并被称为过孔残段114。PCB中大量过孔残段的存在会使路由穿过PCB的信号轨迹变形。例如,PCB 100和过孔残段114之间的阻抗失配会衰减信号轨迹112。当高速数字信号被路由通过信号轨迹时,变形是特别明显的。
如图1所示,信号轨迹112被路由至SMT接触件102。在PCB 100表面之上SMT接触件104A的部分被称为SMT焊盘。通过采用SMT焊盘将电子元件焊接至PCB,USB连接器的电子元件可被安装于PCB 100。相比PTH过孔,SMT接触件通常在接触位置具有更低电阻值和电感量。相应地,相比PTH过孔,SMT接触件通常具有更强的信号完整性。在这样的方式下,相比PTH过孔,SMT接触件更适用于高速数字信号。在生产期间,SMT接触件使电路板能够被目测检查以查找任何偏移、不良焊接、或电子元件缺失。另外,由于焊接的原因,在USB连接器上进行的标准摇晃和振动测试中,SMT接触件具有良好的机械性能。
SMT接触件104A、104B、104C、104D、和104E为USB连接器形成接触件的外侧排(outer row),而PTH过孔102A、102B、102C、和102D为USB连接器形成接触件的内侧排(inner row)。在这样的方式下,USB连接器在生产期间可以被目测检查,而同时在USB摇晃和振动测试期间保持令人满意的性能。
图2是依照实施例的USB连接器混合印迹200的示意图。在实施例中, 混合印迹能被用于USB主连接器和USB设备连接器。混合印迹使超过USB3.0可达到的更高速数据传输速率得以实现。
USB连接器的轮廓202采用虚线示出。印刷通孔(PTH)102A、102B、102C、和102D形成一个接触件的内侧排204。在实施例中,内侧排204可包括压接式接触件。内侧排102可被用以传输高速数据或低速数据。SMT接触件104A、104B、104C、104D、和104E形成接触件的外侧排206。SMT接触件104A、104B、104C、104D、和104E的外侧排206可被用以传输超高速数据。
通过PTH 102A、102B、102C、和102D的内侧排204以及SMT 104A、104B、104C、104D、和104E接触件的外侧排206的配置,由过孔残段效应引起的阻抗失配被消除。印迹200相比,例如,包含两排SMT接触件的双排印迹,表现得更好。这样的配置导致了USB 2.0信号和USB 3.0信号之间的串扰。另外,相比单排交替SMT接触件和PTH接触件,印迹200表现得更好。这样的印迹遭受由过孔残段效应带来的信号轨迹衰减。
图3是依照实施例的USB连接器混合印迹200剖面图的示意图。SMT接触件104A、104B、104C、104D、和104E的外侧排206从连接器的外部可见,使得生产过程中的目测检查通过采用外侧排上的SMT接触件而被维持。另外,通过PTH和SMT接触件的组合,降低了由PTH的过孔残段导致的电气寄生电容,而不牺牲由PTH提供的保持力。
相比SMT接触件,PTH 102A、102B、102C、和102D的内侧排204使其维持了更高的保持力。另外,所施加的保持力满足了USB冲击及震动测试所需的性能。在实施例中,相比其他USB连接器,阻抗匹配方面的通道性能被提高。
图4是依照实施例的提供混合USB印迹的方法400的工艺流程图。
在方框402处,生成一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排。外侧排相比内侧排可更接近印迹的外部边缘。由于高速数字数据或超高速数据时的更高性能,外侧排的SMT接触件相比PTH能以更少的信号衰减来传输这些数据轨迹。此外,连接器被配置成能在生产期间被目测检查的方 式。
在方框404处,生成一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。PTH可传输与USB数据、USB 1.0数据、USB 2.0数据,或其任意组合向兼容的数据。PTH可使能够满足USB冲击及震动测试的保持力得以实现。
在实施例中,如本文中所述USB印迹的总数据吞吐量等于或大于10GBPS。这个速度是,部分由于,降低了过孔残段效应带来的信号失真。另外,如上所述的表面贴装技术接触件和通孔的印迹保持了由所述一个或多个表面贴装技术接触件和所述一个或多个印刷通孔所传输的数据信号的信号完整性。
图4的工艺流程图并不旨在表明方法300的模块要以任意特定顺序被执行,或所有的模块要被包括在每一种情况中。另外,任意数量的额外模块可被包括于方法400中,取决于具体实现的细节。
图5是依照实施例的USB3主连接器的时域反射(TDR)的图形。TDR可被用于基于反射波形来比较电气信号。曲线502表示表面贴装连接器的信号质量。曲线504表示PTH连接器的信号质量。
曲线504中大幅的下沉代表出现在PTH连接器中大的阻抗失配。大阻抗是由于如上所讨论的过孔残段效应导致的。具体而言,仅由PTH组成的USB连接器的信号质量在大约530.00ps时跌至80OHM以下。相反,曲线502表示了如上所讨论的混合印迹的性能。当在大约530.00ps时,混合印迹的电阻值跌至大约89OHM,导致更少的阻抗失配。相应的,采用混合印迹的信号轨迹相比只采用PTH的信号轨迹遭受到更少的失真。
图6A是依照实施例的体现SMT占地区的误码率的图形。602的曲线示出了USB连接器的指定的误码率。具体而言,对于-24mV电压和18ps太阳城集团,USB标准设定的误码率余量额度为1e-12。SMT印迹使SMT连接器能够工作在25mV和22ps,而仅使用25%的单元位宽。因此,SMT印迹使其具有1mV和4ps正的工作余量。此外,SMT印迹的图形604满足所需的误码率,其最小误码率约1e-13。
图6B是依照实施例的体现PTH印迹的误码率的图形。由于PHT印迹的 最小BER为约1e-7,PTH印迹的图形606并不满足所需的BER。
图7是依照实施例可被采用的计算设备700的框图。计算设备700可以是一个移动计算设备,例如移动电话。在这类实施例中,计算设备700可被实现为片上系统(SOC)。计算设备700也可以是其它任意合适类型的计算设备,例如膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、移动设备、或服务器,等等。计算设备700可包括被配置以执行储存指令的中央处理单元(CPU)702,以及储存由CPU 702可执行指令的存储器设备704。CPU 702可通过总线706被耦接至存储器设备704。此外,CPU 702可以是单核处理器、多核处理器、计算集群或任意数量的其他配置。另外,计算设备700可包括不止一个CPU 702。
存储器设备704可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器、闪存、或其它任意合适的存储系统。例如,存储器设备704可包括动动态随机存取存储器(DRAM)。CPU 702可通过总线706被连接至配置以连接计算设备700至一个或多个I/O设备710的输入/输出(I/O)设备接口708。I/O设备710可包括,例如,键盘和指示设备,其中指示设备可包括触摸板或触摸屏,等等。I/O设备710可以是计算设备700的内建元件,或可以是被外部连接至计算设备700的设备。在实施例中,I/O设备710可采用任何USB标准连接至计算设备700。
CPU 702还可通过总线706被链接至包括传感器714的图像捕捉机制714的显示接口712。图像捕捉机制可以是采用任何USB标准连接至计算设备700的连接器。另外,计算设备100可包括采用任意USB标准连接至一个或多个I/O设备718的输入/输出(I/O)设备接口716。I/O设备118可包括,例如,键盘和指示设备,其中指示设备可包括触摸板或触摸屏,等等。
计算设备700包括与显示设备722连接的显示接口720。显示设备722可包括显示屏,该显示屏是计算设备700的内建元件。显示设备722还可包括被外部连接至计算设备700的计算机监视器、电视机、或投影仪等等。在实施例中,显示设备722可采用任何USB标准连接至计算设备700。
计算设备还可包括储存设备724。储存设备724是物理存储器,例如硬盘驱动器、光盘驱动器、闪存驱动器、驱动器阵列、或其任意组合。储存设备724还可包括远程储存驱动器。储存设备724可包括被配置以在计算设备700上运行的任意数量的应用726。在实施例中,计算设备700采用任何USB标准被连接至外部储存设备704。
计算设备700也可包括网络接口控制器(NIC)728。NIC 728可被配置以通过总线706将计算设备700连接至网络730。网络730可以是广域网(WAN)、局域网(LAN)、或互联网等等。
打印引擎732,可以将打印作业发送至打印设备734。在实施例中,打印引擎732采用任意USB标准被连接至打印机。打印设备734可包括打印机、传真机、以及其它可以采用打印对象模块736打印图像和文件的打印设备。
图7的框图并不旨在表明计算设备700要包括示于图7中的所有组成部分。另外,计算设备700可包括未示于图7中任意数量额外的组成部分,取决于具体实现的细节。
示例1
一种装置,包括一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排和一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。外侧排相比内侧排可更接近装置的外部边缘。一个或多个表面贴装技术接触件可传输与USB 3.0数据兼容的超高速数据,而一个或多个印刷通孔可传输与USB数据、USB 1.0数据、USB 2.0数据、或其任意组合兼容的数据。该装置的数据吞吐量等于或大于10Gb/s。此外,装置可被配置成在生产期间被目测检查的方式。一个或多个印刷通孔使满足USB冲击及震动测试的保持力得以实现。此外,一个或多个表面贴装技术接触件和所述一个或多个印刷通孔的印迹保持了由所述一个或多个表面贴装技术接触件和所述一个或多个印刷通孔所传输的数据信号的信号完整性。
示例2
这里描述了一种USB连接中的混合USB印迹(hybrid USB footprint)。 混合USB印迹包括一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排和一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。混合USB印迹可形成USB主连接器,或者,混合USB印迹可形成USB设备连接器。外侧排相比内侧排可更接近装置的外部边缘。一个或多个表面贴装技术接触件可传输与USB 3.0数据兼容的超高速数据,而一个或多个印刷通孔可传输与USB数据、USB 1.0数据、USB 2.0数据、或其任意组合兼容的数据。该印迹的数据吞吐量大于5Gb/s。印迹可被配置成在生产期间被目测检查的方式。另外,一个或多个印刷通孔使满足USB冲击及震动测试的保持力得以实现。
示例3
这里描述了一种提供USB连接中混合USB印迹的方法。方法包括产生一个或多个表面贴装技术(SMT)接触件的外侧排,以及产生一个或多个印刷通孔(PTH)的内侧排。混合USB印迹可形成USB主连接器。另外,混合USB印迹可形成USB设备连接器。
应当理解的是,前文提及的示例的细节可被用于一个或多个实施例的任意地方。例如,以上描述的计算设备的所有可选特征也可太阳城集团本文所描述的任一方法或计算机可读介质来实现。此外,尽管流程图和/或状态图可在本文被用于描述实施例,但发明并不仅限于本文中的图形或相应的描述。例如,流程不需要经过每个图示的框或状态或按本文所示和所描述完全相同的顺序进行。
太阳城集团本发明不受限于本文所列的具体细节。事实上,受益于本公开的本领域的技术人员会意识到,根据先前的描述和附图,可在本发明的范围内进行许多其他变形。相应的,本文的权利要求包括对于权利要求的任意修改定义了本发明的范围。

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