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KR100551613B1 - 전자기 커플러 - Google Patents

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KR100551613B1
KR100551613B1 KR1020037006548A KR20037006548A KR100551613B1 KR 100551613 B1 KR100551613 B1 KR 100551613B1 KR 1020037006548 A KR1020037006548 A KR 1020037006548A KR 20037006548 A KR20037006548 A KR 20037006548A KR 100551613 B1 KR100551613 B1 KR 100551613B1
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transmission
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벤함존
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Abstract

본 발명의 전자기(electromagnetic: EM) 커플러는 제1 형상을 갖는 제1 전송 구조, 및 제2 형상을 가지며 상기 제1 전송 구조와 EM 커플러를 형성하는 제2 전송 구조를 포함하고, 상기 제1 및 제2 형상은 상기 제1 및 제2 전송 구조의 상대적인 위치에 대해 EM 결합의 감도를 감소시키도록 선택된다.
전자기(EM) 커플러, 제1 전송 구조, 제2 전송 구조

Description

전자기 커플러 {AN ELECTROMAGNETIC COUPLER}
본 발명은 버스 통신용 전자기 결합 장치 분야에 관한 것이다.
전자기 결합 장치는 상호 작용하는 전계 및 자계를 통해 시스템의 구성품 사이에 에너지를 전달할 수 있다. 이들 상호 작용은 결합 계수를 사용하여 양이 정해진다. 용량 결합 계수는 단위 길이 결합 용량(Cm) 대 두 개의 결합 라인(Cl)의 단위 길이 용량의 기하 평균의 비율이다. 마찬가지로, 유도 결합 계수는 단위 길이 상호 인덕턴스(Lm) 대 두 개의 결합 라인(Ll)의 단위 길이 인덕턴스의 기하 평균의 비율이다.
도 1은 두 개의 인접하는 인쇄 회로 기판 도체 라인 중 두 개의 가장 넓은 면이 전자기적으로 결합된 종래의 브로드사이드 커플러(broadside coupler)의 도면이다. 도 2는 동일층 상의 두 개의 도체 중 좁은 면이 결합된 에지 커플러의 도면이다.
종래의 결합 장치는 여러 분야에 단점이 있다. 결합 장치는 두 개의 결합 라인의 라인 형상 및 상대적인 위치에 있어서의 제조 공차로 인하여 용량 결합 계수가 현저하게 변한다("x,y,z 변형"). 또한, 일반적인 제조 시, 도체의 폭은 +/- 0.5 내지 +/- 1.0 밀(mil, 1 mil = 1/1000 inch = 약 0.0254 mm) 사이에서 변하고, 인쇄 회로 기판(PCB) 내의 도체층의 상대적인 정렬은 +/- 5 밀 변하며(x,y 축), 도체층 간의 거리는 +/- 2 밀만큼 변할 수 있고(z 축), 안내 핀용의 구멍 위치는 +/- 4 밀 변한다(x,y 축). 따라서, 종래의 커플러는 오정렬에 지나치게 민감하여 컴퓨터 시스템에 사용하기가 곤란하다.
본 발명은 종래 커플러의 상기 및 다른 단점을 해소하는 것이다.
도 1은 종래의 브로드사이드 커플러의 도면이다.
도 2는 종래의 에지 커플러의 도면이다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 두 개의 도체를 포함하는 커플러 일부분의 도면이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 7은 다수의 교차형 커플러 세그멘트의 도면이다.
도 8 및 도 9는 용량 결합 계수의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 커플러의 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 다수의 커플러를 갖는 디지털 버스 통신 시스템의 도면이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 및 도 12d는 커플러의 단면도이다.
도 13은 커플러의 다른 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 단면의 직각으로 바라본 도면이다.
도 15는 마더보드 상의 커플러 및 가요성 회로의 도면이다.
전자기(electromagnetic: EM) 커플러에 대하여 설명한다. 일 실시예에 있어서, EM 커플러는 제1 형상을 갖는 제1 전송 구조 및 상기 제1 형상과 상이할 수 있는 제2 형상을 갖는 제2 전송 구조를 포함한다. 제1 전송 구조와 제2 전송 구조 사이에는 EM 결합이 형성된다. 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 형상은 제1 및 제2 전송 구조의 상대적인 위치에 EM 결합되는 감도를 감소시키도록 선택된다. EM 커플러 구조는 상호 연결 응용에 사용될 두 개의 구성품 절반부로 물리적으로 분리될 수 있다.
일 실시예에 있어서, EM 커플러는 분리가능하며 양방향성(bi-directional)인 광대역 결합 장치를 제공하고, 전송 구조의 오정렬에도 불구하고 내구성과 신뢰성이 있는, 즉 강건한(robust) 성능을 제공한다. 커플러는 반사로부터 손실을 방지하도록 넓은 주파수 범위에 걸쳐 제어되는 임피던스를 더 가질 수 있다. 따라서, 커플러는 디지털 신호를 송신 및 수신하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, EM 커플러는 양방향 신호 전달을 또한 제공하고, 즉 커플러의 송신 특성은 순방향 및 역방향 신호 전송에서 당연히 동일하다. 일 실시예에 있어서, EM 커플러의 라인 임피던스는 컴퓨터 시스템의 회로에 적용가능하다.
도 3은 예를 들어 공기와 같은 유전체에 의하여 분리된 두 개의 도체(A 및 B) 섹션 배열을 포함하는 커플러의 도면이다. 도 4는 도체 섹션의 평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도체(A)는 공통 종축으로부터 각도(410)로 회전하는 한편, 도체(B)는 동일한 공통 종축으로부터 동일하지만 대각(410)으로 회전한다.
도 5는 평행판 용량 및 프린지 용량을 포함하는 총 용량을 갖는 커플러의 도면이다. 겹치는 영역(510)에 있어서, 도체의 겹치는 부분의 용량 기여도(capacitance contribution)는 평행 사변형판을 갖는 평행판 커패시터의 용량 기여도와 대체로 유사하다. 영역(520)에서의 도체(A, B) 사이의 용량은 프린지 용량이다. 외측 경계 에지(525)는 두 개의 도체(A, B) 사이의 가산된 프린지 용량이 무시될 수 있는, 예를 들면 커플러 총 용량의 0.1% 이하인 지점이다.
평행판 용량과 프린지 용량의 조합은 정격 위치(nominal position)로부터 벗어나더라도 거의 일정한 결합 용량을 제공한다. 상기 일정한 결합 용량은 도체가 오정렬되더라도 강건한 결합을 제공한다. 따라서, 두 개의 도체는 상호간의 용량 결합 계수가 현저하게 변하지 않고 x 및 y 방향으로 서로에 대하여 이동할 수 있다.
x, y 방향으로 이동 중에 상기 일정한 결합 계수는, 두 개의 도체 길이가, 예를 들면 도체 양자 모두의 말단 또는 도체 양자 모두의 만곡부와 같은 방해하지 않는 특징부가 평행판 및 프린지 용량 기여를 현저하게 교란시키는 방식으로 도체의 겹치는 영역(510) 또는 프린지 영역(520) 내로 들어가도록 지지한다. 그러나, 방해하는 특징부가 존재하는 경우, 커플러의 기능은 여전하지만 결합 계수는 상당히 변할 수 있고 성능 또한 열화될 수 있다.
두 개의 도체 사이의 수직 분리 거리(d)가 증가하는 경우, 도 5의 영역(510)에서의 평행판 구성품의 기여는 1/d 함수로 감소된다. 그러나, 도 5의 영역(520)에서의 프린지 용량은 도체 사이의 총 결합 용량의 25% 만큼 기여할 수 있다. 프린지 용량 내 도체의 표면 요소 간의 거리는 도체 분리 거리(d) 및 선택 각도(410) 양자 모두에 의하여 정해진다. 프린지 용량 기여는 1/d 보다 상당히 낮은 비율로 변한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 거리(d)만큼 분리되고 선택 각도(410)로 회전된 도체(A, B) 사이의 결합 계수의 변화율은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 결합 용량 거의 모두가 1/d 의존을 나타내는 브로드사이드 또는 에지 구성을 갖는 커플러 사이의 변화율보다 현저하게 낮다.
결합 계수는 도 6a에 도시된 바와 같이 일정한 길이의 커플러 영역에 대하여 다수의 교차 커플러 세그멘트를 사용함으로써 증가될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 도체(A)는 평면 내에 위치된 다수의 연결 세그멘트로부터 형성되고, 여기에서 인접하는 세그멘트는 도체의 길이방향 축을 중심으로 교호로 각변위된 상태로 배열된다. 유사한 세그멘트로 된 제2 도체(B)는 소정의 거리에 있는 유전체에 의하여 도체(A)로부터 분리되며, 세그멘트는 도체(A)의 평면과 평행인 평면에 위치되고 세그멘트의 각변위는 도체(A)의 대응하는 세그멘트와 반대로 되어 도 6a에 도시된 바와 같은 지그재그 구조를 형성하도록 배열된다. 도체(A) 및 도체(B)의 구조는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 정격 위치(nominal position)에 동일 직선상으로 정렬된 길이방향 축을 갖는다. (대안으로서, 하나의 도체는 지그재그 형상을 가질 수 있고, 다른 하나의 도체는 일직선 형상을 가질 수 있다. 상기 다른 실시예는 하나의 일직선 도체(A), 및 지그재그 형상으로 세그멘트된 다른 도체(B)를 갖는 커플러가 도시된 도 6b에 도시되어 있다.)
단위 길이당 다수의 평행판 용량 영역(610) 및 프린지 용량 영역(620)을 제공함으로써, 도 6a에 도시된 형상은 결합된 도체(A, B) 사이에 이용할 수 있는 용량 결합 계수를 증가시키는 한편, 도 5에 도시된 커플러의 정렬에 민감하지않는 특징(이하, 정렬 무감도 특징이라 한다)을 유지한다.
용량 결합 계수 외에, 커플러는 도체와 각 도체의 자기 인덕턴스 사이의 상호 인덕턴스로부터 유도된 유도성 결합 계수를 또한 갖는다. 상호 인덕턴스는 하나의 도체로부터 다른 도체로 자기적으로 전달되는 에너지를 말한다. 예를 들면, 하나의 도체를 통과하는 시간에 따라 변화하는, 즉 시변하는(time-varying) 전류는 전류를 다른 도체를 통과하여 흐르게 하는 시변하는 자계를 발생시킨다. 자기 인덕턴스는 전류가 도체를 통과하여 흘러 자계를 발생시킬 때 저장된 에너지를 말한다.
도체와 각각의 개별 도체의 자기 인덕턴스의 기하 평균 사이의 상호 인덕턴스 비율인 유도 결합 계수는 또한 도체 사이의 기하 평균 거리와 비례한다. 상호 인덕턴스는 커플러 도체의 길이에 비례한다. 소정의 형상을 가진 구조의 용량 및 유도 매개변수는 구조의 재료 성질에 의하여 정해진다. 따라서, 구조가 원하는 세트의 용량 매개변수를 얻기 위하여 적합한 형상으로 설계되는 경우, 유도 매개변수 또한 정해진다.
용량 및 유도 결합 특징의 상호 작용은 특히 고주파수에서 중요해진다. 상기 상호 작용이 커플러의 지향성을 초래한다. 커플러의 길이를 원하는 저주파수의 바람직한 파장 부분이 되도록 제어함으로써, 커플러의 수신 도체 상의 순방향 및 역방향(지향성)의 에너지 흐름의 상대적인 크기는 바람직한 주파수 범위에 걸쳐 정해진다. 예를 들면, 길이 1cm은 400 메가헤르쯔(MHz) 내지 3 기가헤르쯔(GHz)의 주파수 범위에 걸쳐 대략 3dB의 지향성을 제공한다.
도 6a에 도시된 커플러의 결합 계수 크기는 두 개의 도체의 인접하는 에지 사이의 거리가 소정의 거리보다 더 크면 도체(A, B)의 커다란 범위의 상대적인 x, y 변위에 걸쳐 실질적으로 변하지 않는다. 도 7에 도시된 한정적인 경우에 있어서, x, y 변위가 도체(A, B)의 인접하는 에지(710, 720)를 밀착시키기에 충분할 만큼 커질 때 결합 계수가 증가되기 시작한다. 따라서, 결합 계수를 필연적으로 일정하게 유지시키는 x, y 변위의 범위는 적절한 세그멘트 길이를 예를 들면 0.125cm, 적절한 변위각을 예를 들면 35도를 선택함으로써 제어된다. 또한, 도체 폭, 세그멘트의 도체 분리 및 개수, 결합 계수 범위에 대한 적절한 값을 선택함으로써 얻어질 수 있다.
예를 들면, 도 8은 폭 5 밀의 도체로 구성된 커플러에 대한 용량 결합 계수의 연산 변화를 나타내는 도면이다. 도 8의 x, y 치수 오프셋은 8 밀까지이다. 이 범위에 있어서, 용량 결합 계수의 변화는 대략 평균의 +/- 2%이하이다.
도 9는 z축의 커플러 도체 사이의 분리 거리에서 변하는 용량 결합 계수의 연산 변화를 나타내는 도면이다. 도체 분리에서의 +/- 30% 변화에 대하여, 용량 결합 계수는 +/- 15%이하만큼 변한다는 것을 나타낸다. 이것은 동일한 범위의 도체 분리에 대하여 +40/-30% 변화를 나타내는 도 1 및 도 2에 도시된 형상에 따른 평행판과 비교된다.
도 6a에 도시된 형상의 결합 계수의 안정성 외에, 여러 가지의 다른 형상이 커플러 구조에 사용될 수 있다. 상기 다른 형상은 원거리장(far-field) 전자기 방사를 감소시키고, 커플러의 광대역 작용을 증가시키며, 임피던스 불연속을 감소시키고, 성능 및 융통성을 개선시키기 위하여 다른 물질을 사용할 수 있다.
도 10a는 EM 커플러의 다른 형상의 일 실시예의 도면이다. 도 10a를 참조하면, EM 커플러는 상이한 쌍의 도체(1010, 1012)를 포함한다. 도체(1010)는 제2 도체(1014)에 결합되는 한편, 도체(1012)는 제2 도체(1016)에 결합된다. 제1 기준면(1019)은 제1 세트의 도체(1010, 1012) 하측에 위치되어 상기 전송 라인용의 복귀 도체로서 작용한다. 제2 기준면(1020)은 제2 세트의 도체(1014, 1016) 상측에 위치되어 전송 라인(1014, 1016)용의 복귀 도체로서 작용한다. 제1 도체(1010, 1012)의 말단(1010B, 1012B)은 일치된 말단 레지스터(1024, 1026)로 종료된다. 또한, 제2 세트의 도체의 말단(1014B, 1016B)은 일치된 말단 레지스터(1028, 1030)로 종료된다.
차동 디지털 신호가 제1 도체의 말단(1010A, 1012A)에 인가되고, 얻어진 차동 결합 신호가 도체 말단(1014A, 1016A) 세트에서 관찰된다. 반대로, 차동 디지털 신호가 제2 도체의 말단(1014A, 1016A)에 인가되고, 얻어진 차동 결합 신호가 도체 말단(1010A, 1012A) 세트에서 관찰된다. 따라서, 제1 및 제2 세트의 도체는 그들의 전자계에 의하여 상호 결합된다. 커플러의 정렬 무감도는 도체(1010, 1014)에 의하여 형성된 커플러와 도체(1012, 1016)에 의하여 형성된 커플러 사이의 불일치를 감소시킴으로써 차동 신호를 보조한다.
도 10a에 도시된 차동 커플러는 방사 효과를 감소시킨다. 차동 도체 쌍을 흐르는 역상 전류를 가진 차동 신호를 사용함으로써 차동 쌍으로부터의 거리가 증가될 때 방사가 급격하게 제로로 하강한다. 따라서, 커플러의 차동 신호는 하나의 말단을 갖는 실시예서보다 더 낮은 원거리장 전자기 방사 레벨을 제공한다. 상기 차동 실시예 외에, 커플러는 하나의 말단을 갖는 실시예에 사용될 수 있고, 여기에서 하나의 도체는 도 6a에 도시된 바와 같이 하나의 도체에 전자기적으로 결합된다.
또한, 원거리장 방사의 효과는 커플러용 도체 세그멘트를 짝수개(예를 들면, 8개)를 선택함으로써 더 감소될 수 있다. 따라서 홀수개의 도체 세그멘트를 사용하는 실시예에 비하여 더 낮은 원거리장 전자기 방사 레벨을 제공한다.
차동 신호를 결합하는 도 10a의 구조는 교호로 서로 접근했다 다시 멀어지는 상이한 쌍의 도체를 갖는다. 제2 전송 구조의 도체(1014, 1016)는 동일각 및 대각으로 도체(1010, 1012) 쪽으로 변위된 세그멘트를 갖기 때문에, 이 구조는 도체의 X, Y 변형으로부터의 오정렬로 인하여 도체(1010, 1016)와 도체(1012, 1014) 사이의 용량 크로스토크 효과를 감소시킨다.
도 10b는 도 10a의 실시예와 다른 형상의 도면이다. 도 10b에 있어서, 쌍으로 된 상이한 도체(1010, 1012)는 세그멘트로 되고, 각도로 회전된 구조를 갖는다. 쌍으로 된 하나의 도체 중 각각의 세그멘트는 세그멘트가 쌍으로 된 도체 중 다른 하나의 도체의 대응하는 세그멘트와 평행이 되도록 각변위를 갖는다. 이로써 도체가 커플러의 길이 전체를 통하여 서로 평행인 위치에 유지되는 상이한 쌍이 된다. 상기 구성에 있어서, 제2 전송 구조의 도체(1014, 1016)는 도체(1010, 1012)에 대한 동일한 각도 및 대각 변위를 각각 갖는 세그멘트를 갖는 한편, 대응하는 도체(1014, 1016) 세그멘트는 서로 평행을 유지한다. 그러나, 도 10b의 상기 다른 실시예는 용량 크로스토크에 있어서 도 10a의 실시예보다 더 크게 민감하다.
일 실시예에 있어서, 커플러는 다수의 인쇄 회로 기판(PCB)층 사이에 연결부 를 사용하지 않고 가파른(직각) 만곡부를 방지함으로써, 전자계 구조의 임피던스 불연속 또는 변화를 방지하도록 설계된다. (그러나, 다른 실시예에 있어서, 커플러는 자계 구조에 불연속 또는 변화를 갖도록 설계될 수 있다). 커플러 세그멘트 사이의 작은 각도의 만곡부의 불연속 효과는 만곡부의 외측 에지를 약간 챔퍼하여 도체 폭을 만곡부 전체에 걸쳐 비교적 일정하도록 유지함으로써 더 감소된다.
도 11a는 디지털 버스 통신 시스템에 다수의 커플러를 포함하는 시스템 실시예의 전기 특성을 나타내는 도면이다. 예를 들면, 컴퓨터의 마더보드 상에 위치될 수 있는 도체(1112)는 길이를 따라 두 개 이상의 커플러(1140, 1141)와 결합된다. 마더보드 상의 도체(1112)의 말단(1112A)은 디지털 신호가 양방향으로 송수신될 수 있도록 트랜시버(1110)에 연결된다. 마더보드 상의 도체(1112)의 말단(1112B)은 도체의 임피던스와 동일한 레지스터(1136)로 종료된다.
각각의 결합된 도체의 말단(1114B, 1134B)은 고주파 동작을 위하여 정합된 레지스터(1130, 1132)로 종료되고, 말단(1114B, 1134B)은 신호 방향성 때문에 마더보드 트랜시버(1110)로부터 가장 먼쪽 말단이 되도록 선택된다. 각각의 도터 카드(daughter card)는 결합된 도체(1114A, 1134A)의 말단에 각각 연결된 트랜시버(1120, 1122)를 갖는다. 트랜시버(1110)는 커플러(1140)를 거쳐 수신된 디지털 신호를 도터 카드 트랜시버(1120, 1122)에 의하여 송신한다. 반대로, 트랜시버(1120, 1122)는 트랜시버(1110)에서 수신 및 부호화를 위해 커플러(1140, 1141)를 통해 데이터를 별개로 송신할 수 있다. 도 11b는 버스 통신 시스템의 다수의 커플러의 다른 실시예의 도면이다.
상기 실시예는 데이터 채널을 통하여 결합된 장치들 사이에 신호를 전송하는 실질적으로 균일한 전기 특성을 갖는, 예를 들어 버스(1112)와 같은, 데이터 채널을 포함한다. 균일한 전기 특성은 전송 라인 효과로 야기될 수 있는 소음을 현저하게 증가시키지 않고 고주파 신호가 사용될 수 있는 전자기 결합 방법에 의하여 지지된다. 이것은 결합된 도터 카드와 버스 사이에 소량의 에너지(예를 들면, 1% 이하)만 전송되도록 확보함으로써 달성된다. 상기 시스템의 바람직한 실시예는 장치(1120, 1122)를 포함하는 도터 카드가 버스의 통신 대역폭에 거의 영향을 미치지 않고 시스템으로부터 제거되고 시스템에 삽입될 수 있도록 구성된다.
도 12a는 도체의 교차점이 도시된, 도 10a의 커플러의 단면도이다. 상이한 쌍의 도체 신호 트레이스(1230A, 1230B)는 다른 상이한 쌍의 도체 신호 트레이스(1236A, 1236B)와 결합된다. 유전체(1212)는 도체 신호 트레이스(1230A, 1230B)를 분리시킨다. 유전체(1220)는 도체 신호 트레이스(1236A, 1236B)를 분리시킨다. 유전체(1216)는 상이한 쌍을 분리시킨다. 도체 기준면(1210, 1222)은 도체 신호 트레이스의 복귀 경로를 제공한다. 커플러는 컴퓨터 마더보드의 일체부로서 구성될 수 있다. 선택된 폭(예를 들면, 5 밀) 및 두께(예를 들면, 1.4 밀)를 갖는 커플러의 도체 구성품(1230A, 1230B, 1236A, 1236B)은 유전체 시트(1216)의 표면 상에 종래의 에칭 기술을 사용하여 구성될 수 있다. 시트(1216)는 바람직한 두께(예를 들면, 3.5 밀) 및 유전율(예를 들면, 4.5)을 가질 수 있다. 바람직한 두께(예를 들면, 12 밀) 및 유전율을 갖는 추가의 유전체층(1212, 1220)을 추가하여 커플러 부재(1230A, 1230B, 1236A, 1236B)와 외측 도체 기준면(1210, 1222) 사 이에 원하는 공간을 제공할 수 있다. 마더보드에 결합된 도체와의 말단 연결부는 현재 일반적으로 실행 중인 종래의 임피던스 제어식 전기 연결부를 사용하여 도터 카드에 연결될 수 있다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 상단 및 하단 도체 기준면(1210, 1222) 사이에 커플러의 교차 결합된 도체를 배치시킴으로써, 이중 스트립라인 구조가 형성된다. 스트립라인 구조는 홀수 모드 전파 속도(커플러의 개별 도체 사이의 파 전파 모드 속도)와 동일한 짝수 모드 전파 속도(도체와 기준면 사의 파 전파 모드 속도)를 갖는다. 이로써 광대역 특성을 갖게 되어, 커플러가 마이크로파 범위의 주파수까지 동작할 수 있다.
대안으로서, 커플러는 마이크로스트립 기준면, 공면(coplanar) 기준면을 포함할 수 있거나, 또는 기준면을 전혀 포함하지 않을 수 있다. 하나의 실시예가 도 12b에 도시되어 있으며, 여기에는 기준면을 갖지 않은 유전체 매체 내에 분리된 두 쌍의 도체(1230, 1236)가 도시되어 있다. 상기 구조는 EM 커플러를 형성하지만, 임피던스 제어 또는 광대역폭 특성에는 특히 적합하지 않다.
도 12c는 하나의 기준면(1222)에 대하여 두 쌍의 도체(1230A, 1230B 및 1236A, 1236B)를 갖는 커플러의 마이크르스트립 구성의 도면이다. 상기 마이크로스트립 실시예는 임피던스 및 대역폭 특성에 있어서 도 12b에 비하여 향상된다. 대안으로서, 도 12d의 공면 도파관 구조는 대응하는 도체 신호 라인(1230A, 1230B 및 1236A, 1236B)과 동일한 면에 기준 도체(1210, 1222)를 갖는 상태로 구성될 수 있다.
도 12a 내지 도 12d에 도시된 유전체는, 예를 들면, 공기 또는 FR4와 같은 임의의 유전체 물질일 수 있다. 대역폭은 유전체 물질을 유사한 유전율로 선택함으로써 개선될 수 있다. 도 12a 내지 도 12d에 있어서, 도체(1230A, 1230B)는 도체(1236A, 1236B)와는 상이한 폭을 가질 수 있다. 또한, 유전체(1212)는 유전체(1220)와는 상이한 두께를 가질 수 있다.
도 10a에 도시된 커플러의 분리가능한 실시예가 도 13의 단면도에 예시되어 있다. 상기 실시예에 있어서, 마더보드 도체(1336A, 1336B)는 인쇄 회로 기판 외층(1360) 상에 예를 들어, 폭 8 밀, 두께 2.1 밀을 갖는 상태로 구성된다. 도터 보드 도체(1330A, 1330B)는 마더보드 표면 상에 압착된 가요성 회로(1350) 내에 포함된다. 도체(1330A, 1330B)는, 예를 들어, 폭 10 밀 두께 0.7 밀로 될 수 있다. 도 13에 있어서, 도체 기준면(1322)은 인쇄 회로 마더보드에 공통적으로 사용되는 내부 파워 또는 접지면이다. 바람직한 두께 및 유전율(예를 들면, 5 밀 및 4.5 밀)을 갖는 유전체층을 사용하여 마더보드 도체 신호 트레이스(1336A, 1336B)와 도체 기준면(1322) 사이에 정확한 공간을 제공한다.
기판의 외면은, 커플러의 동작에는 필연적인 것은 아니지만, 얇은 유전체 코팅 또는 땜납 마스크(1318)로 코팅될 수 있다. 커플러의 도터 카드부에는 바람직한 두께(예를 들면, 2 밀) 및 유전율(예를 들면, 4.5 밀)을 갖는 가요성 유전체(1312)의 상면에 부착된 도체 기준면(1310)이 제공된다. 도터 카드 도체 신호 트레이스(1330A, 1330B)는 가요성 유전체(1312)의 하면 상에 구성된다. 유전체 접착제(1314)를 사용하여 바람직한 두께(예를 들면, 0.5 밀) 및 유전율(예를 들면, 3.8)을 갖는 유전체 또는 커버레이 필름(1316)을 부착한다. 원하는 결합 계수는 커플러 형상 및 재료에 있어서의 다른 변형 외에 유전체 코팅(1318) 및 에어갭(1340)에 있어서의 예상되는 제조 변형을 고려할 때 유전체(1316)에 대한 바람직한 두께 및 유전율을 선택함으로써 달성된다.
도 13에는 이중 스트립라인 실시예가 도시되어 있지만, 전술한 바와 같이, 마이크로스크립 실시예, 공면 실시예와 같은 다른 대안이 사용되거나, 또는 기준면을 갖지 않은 실시예가 사용될 수도 있다. 또한, 도체(1330A, 1330B)는 도체(1336A, 1336B)와는 상이한 폭을 가질 수 있다. 또한, 유전체(1312)는 유전체(1320)와 상이한 두께를 가질 수 있다.
도 14는 도 13의 면과 직교하는 면의 도면이다. 도터 카드(1355)의 가요성 회로(1350)는 신호 도체(1330A, 1330B)의 종축이 루프 외주를 따라 배치되는 상태로 원형 루프로 접혀진다. 도체 신호 트레이스(1330A, 1330B)의 말단은 도터 카드(1355) 상에 장착된 트랜시버 및 전송 레지스터에 연결되도록 도터 카드(1355)의 두 개의 외면 상의 도체 에치에 연결된다.
각각의 마더보드 도체(1336A, 1336B)의 종축이 대응하는 결합된 가요성 회로 도체와 평행으로 및 원하는 대로 근접하도록 루프는 마더보드(1365)의 상면 상에 압착된다. 가요성 회로의 길이 및 도터 카드의 수직 위치는 마더보드 도체가 길이 L에 대하여 가요성 회로 도체에 원하는 대로 근접하도록 기계 수단에 의하여 조정되고, 이 길이 L은 용량 및 유도 결합 계수가 원하는 값의 범위 내에 확실하게 포함되도록 선택된다. 길이 L은 예를 들면 1cm일 수 있다.
가요성 스트립이 폴리이미드(유전율 = 3.8)로 제조되고 마더보드가 FR4 유리-에폭시(유전율 = 4.5)로 제조된 경우, 도 14의 가요성 스트립 실시예에는 약간의 대역폭 감소가 있을 수 있다. 상기 재료들은 3M 및 듀퐁과 같이 잘 알려진 제조사로부터 시판되고 있다. FR4가 로저 RO4003 또는 이와 유사한 유전율이 낮은 재료처럼 폴리이미드와 동일하거나 또는 근접한 유전율을 가진 재료로 대체되는 경우, 대역폭이 감소되지 않을 수 있다. 로저 RO4003은 로저 코퍼레이션에서 시판하고 있다. 커플러가 마더보드에 매입된 실시예에 있어서, 대역폭은 저비용 PCB 어셈불리에 사용된 FR4 재료의 유전 손실에 의하여 제한될 수 있다. 또한, 로저 RO4003과 같은 유전 손실이 낮은 재료를 사용함으로써 상기 제한이 해소된다.
도 15는 도 13 및 도 14에 예시된 실시예에 대응하는 가요성 회로와 마더보드의 상면 사이의 접촉 영역의 상세도이다. 가요성 회로 도체(1330A, 1330B)에 선택적으로 근접하여 마더보드 도체(1336A, 1336B)를 배열하여 커플러를 형성한다. 마더보드 연결된 세그멘트는 인접하는 세그멘트가 도체의 종축을 중심으로 교호하여 각변위된 상태로 배열되는 평면에 위치된다. 유사한 세그멘트로 된 가요성 회로 도체는 세그멘트의 각변위가 마더보드 내의 대응하는 세그멘트와 상이하도록 배열된다. 따라서, 복합 구조는 도 6a에 도시된 바와 같은 지그재그 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 실시예는 상기 상세한 설명에 따라 실현될 수 있으며, 본 발명의 광범위한 취지 및 범위를 벗어나지 않고 여러 가지로 변경 및 변형할 수 있다는 점이 명백하다. 따라서, 명세서 및 도면은 단지 예시적인 것으로서 본 발명은 특허청구범위에 한정되는 것이다.

Claims (22)

  1. 제1 전송 구조, 및
    복수의 전송 섹션을 구비하는 제2 전송 구조
    를 포함하고,
    상기 전송 섹션 각각은 상기 제2 전송 구조에 평행한 축에 대해 편향각(angle of deflection)을 가지며,
    상기 편향각은, 상기 제2 전송 구조가 상기 제1 전송 구조 가까이에 위치하여 전자기 커플러를 형성할 때, 상기 제1 전송 구조와 상기 제2 전송 구조 사이의 전체 용량이 상기 제1 전송 구조와 상기 제2 전송 구조의 상대적인 위치 범위에 걸쳐서 일정하게 유지되도록 선택되는
    전자기 결합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상대적인 위치의 범위는 상기 제1 및 제2 전송 구조와 평행인 축을 따라 0 내지 10 밀(mil) 사이인 전자기 결합 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 전송 구조는 하나의 도체를 포함하는 전자기 결합 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 전송 구조는 적어도 하나의 상이한 쌍의 도체를 포함하는 전자기 결합 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전송 구조는 지그재그 형상을 포함하는 전자기 결합 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전송 구조는 지그재그 형상을 포함하는 전자기 결합 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전송 구조는 직선 형상을 포함하고,
    상기 제1 전송 구조는 상기 편향각에 의해 복수의 위치에서 상기 제2 전송 구조와 유전체적으로(dielectrically) 교차하는 전자기 결합 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전송 구조를 포함하는 평면과 평행인 제1의 평면 도체 기준면, 및
    상기 제2 전송 구조를 포함하는 평면과 평행인 제2의 평면 도체 기준면
    을 더 포함하고,
    상기 제1의 평면 도체 기준면은 상기 제1 전송 구조에 기준 전위를 제공하며,
    상기 제2의 평면 도체 기준면은 상기 제2 전송 구조에 기준 전위를 제공하는
    전자기 결합 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전송 구조에 기준 전위를 제공하는 제1의 도체 기준면을 더 포함하는 전자기 결합 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전송 구조에 기준 전위를 제공하는 제2의 도체 기준면을 더 포함하는 전자기 결합 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전송 구조와 상기 제2 전송 구조는 기계적으로 분리될 수 있는 전자기 결합 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 커플러는 전자 시스템에서 신호를 전송할 수 있는 전자기 결합 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전자 시스템은 컴퓨터 시스템, 컴퓨터 버스, 컴퓨터 마더보드, 도터 카드, 멀티-칩 모듈, 집적 회로, 가요성 회로, 인쇄 회로 기판, 및 케이블 회로로 이루어지는 군에서 선택되는 전자기 결합 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 상대적인 위치의 범위는 상기 제1 및 제2 전송 구조와 직각인 축을 따라 0 내지 2 밀 사이인 전자기 결합 장치.
  15. 회로 기판,
    상기 회로 기판 상에 위치된 제1 도체 트레이스,
    가요성 재료, 및
    상기 가요성 재료 상에 위치되고, 복수의 전송 섹션을 구비하며, 상기 제1 도체 트레이스와 전자기 커플러를 형성하는 제2 도체 트레이스
    를 포함하고,
    상기 전송 섹션 각각은 상기 제2 도체 트레이스에 평행한 축에 대해 편향각을 가지며,
    상기 편향각은, 상기 제2 도체 트레이스가 상기 제1 도체 트레이스 가까이에 위치하여 전자기 커플러를 형성할 때, 상기 제1 도체 트레이스와 상기 제2 도체 트레이스 사이의 전체 용량이 상기 제1 도체 트레이스와 상기 제2 도체 트레이스의 상대적인 위치 범위에 걸쳐서 일정하게 유지되도록 선택되고,
    상기 제1 도체 트레이스 및 상기 제2 도체 트레이스의 형상은 상기 제1 도체 트레이스와 상기 제2 도체 트레이스의 상대적인 위치의 변화에 대해 전자기 결합(EM coupling)의 감도를 감소시키도록 선택되는
    전자기 결합 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 도체 트레이스에 연결된 시스템 모듈을 더 포함하고, 이로써 상기 시스템 모듈이 상기 전자기 커플러를 통해 상기 제2 도체 트레이스에 신호를 송신할 수 있는 전자기 결합 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 도체 트레이스에 연결된 메모리 장치를 더 포함하고,
    상기 메모리 장치가 상기 전자기 커플러를 통해 상기 제1 도체 트레이스에 신호를 송신할 수 있는 전자기 결합 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도체 트레이스와 평행인 축을 따라 0 내지 15 밀 사이에서 상대적인 위치가 변화되는 전자기 결합 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도체 트레이스와 직각인 축을 따라 0 내지 2 밀 사이에서 상대적인 위치가 변화되는 전자기 결합 장치.
  20. 신호를 송신하는 수단, 및
    복수의 전송 섹션을 구비하며, 상기 신호를 송신하는 수단과 전자기 커플러를 형성하는 수단
    을 포함하고,
    상기 전송 섹션 각각은 상기 형성하는 수단에 평행한 축에 대해 편향각을 가지며,
    상기 편향각은, 상기 전자기 커플러가 상기 송신하는 수단 및 상기 형성하는 수단의 위치 변화에 강건한(robust) 결합 계수를 갖도록, 상기 형성하는 수단이 상기 송신하는 수단 가까이에 위치하여 전자기 커플러를 형성할 때, 상기 송신하는 수단과 상기 형성하는 수단 사이의 전체 용량이 상기 송신하는 수단과 상기 형성하는 수단의 상대적인 위치 범위에 걸쳐서 일정하게 유지되도록 선택되는
    전자기 결합 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 송신하는 수단 및 상기 형성하는 수단과 평행인 축을 따라 0 내지 10 밀 사이에서 위치가 변화되는 전자기 결합 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 송신하는 수단 및 상기 형성하는 수단과 직각인 축을 따라 0 내지 2 밀 사이에서 위치가 변화되는 전자기 결합 장치.
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