專利名稱：10g xfp相容的pcb的制作方法
技術領域：
在此進行的公開一般而言涉及光收發(fā)器模塊。更具體而言，這里說明的發(fā)明是 一種專用的印刷電路板(PCB)，其允許使用IOGbps小型封裝可插拔(Small Form Factor Pluggable, XFP)相容的(compliant)收發(fā)器模塊以及電磁干擾(EMI)墊片(gasket)。
背景技術：
XFP是規(guī)定在光收發(fā)器模塊與物理層(PHY)器件之間的機械和電學接口規(guī)格的標 準。期望XFP相容，以確保消費者可以使用來自不同制造商的收發(fā)器。各種XFP相容的收發(fā)器模塊、連接器和測試PCB板從商業(yè)上可得。然而，當這些部 件被集成到系統(tǒng)中時，得到的總體裝置不與XFP相容。目前尚不知曉用于為線卡提供XFP 相容的(XFP compliant) IOGbps光學端口的方案。印刷電路板(PCB)使用走線(trace)來電連接不同的電子部件。走線是用來中繼 電信號的銅導電路徑。走線被層壓在不導電的基底上以形成PCB。不導電的基底可以包括 玻璃或其他絕緣材料。典型地，通過使用其中銅層覆蓋整個基底的空白PCB并去除所有不想要的銅以形 成銅走線，形成PCB。然而，在特定情況下，也可以將銅走線添加到基底來形成PCB。過孔是穿過PCB的孔。過孔的壁被鍍有銅，以電連接PCB的導電層。電子部件可 以被附接到PCB的外表面上的襯墊。部件引線可以通過焊接而固定到板上。電磁干擾(EMI)是由電磁輻射在電路中引起的擾動。該擾動可以中斷或劣化電路 性能?？梢允褂门月冯娙萜?、電阻器、濾波、以及利用EMI墊片的屏蔽來最小化這些擾動。線卡僅僅是在PCB上的將用戶的電信線路連接到電信接入網(wǎng)的電子電路。顧名思 義，收發(fā)器是同時具有發(fā)射器和接收器電路這兩者的器件。差分對是在PCB上用于承載差 分信號的導體。在每秒10吉比特(Gbps)下，PCB中甚至是非常微小的非理想性都會對所產(chǎn)生的 信號具有嚴重的影響。XFP規(guī)范需要這樣的PCB封裝(footprint)，所述PCB封裝限制了崩 落(break-out)的選擇。接地屏蔽的存在防止了部件側的布線崩落。接地附近的布線要求 使阻抗不連續(xù)性和接地耦合最小化。部件側崩落的一種解決方案包括去除EMI墊片來避免與差分對接觸。然而，阻焊 劑傾向于隨著時間而損耗，并且XFP接地屏蔽的緊密靠近也是要顧慮的問題。焊接側崩落解決方案是將過孔置入(drop in)在XFP連接器引腳場區(qū)域中，并在 板的焊料側布線。然而，過孔的不期望的且寄生的特性使得很難滿足電學規(guī)范(也就是，回 波損耗)。
因此，在現(xiàn)有技術中需要一種使用便于使用的、廉價的且有效的PCB互連，用于在 IOGbps PHY與XFP收發(fā)器之間的滿足XFP標準的所有要求的XFI接口
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的優(yōu)選實施例涉及對網(wǎng)絡終端卡的設計，該網(wǎng)絡終端卡在其IOGbps光學 端口中使用收發(fā)器。特別設計的PCB允許以XFP標準中規(guī)定的方式使用XFP相容的收發(fā)器 模塊和EMI墊片，并產(chǎn)生與XFP標準相容的集成解決方案。各種幾何特征被引入到PCB中以實現(xiàn)改進，這些改進的組合產(chǎn)生滿足XFP標準的 集成解決方案。這些改進的特征中的一部分改進包括連接到EMI墊片的第一層XFP籠狀 (cage)接地屏蔽上的開口 ；圍繞差分對信號走線的第二層中的保護接地走線；在XFP籠狀 接地屏蔽和XFP連接器襯墊(connector pad)下面的第三層的銅中的開口 ；以及在XFP連 接器和PHY連接器襯墊處的接地過孔。本發(fā)明的主要目的是提供一種功能性的PCB互連，用于在IOGbpsPHY與XFP收發(fā) 器之間的滿足XFP標準的所有要求的XFI接口。本發(fā)明的另一目的是提供一種成本有效的PCB互連，用于在IOGbpsPHY與XFP收 發(fā)器之間的滿足XFP標準的所有要求的XFI接口。本發(fā)明的另一目的是提供一種PCB互連，用于在IOGbps PHY與XFP收發(fā)器之間的 滿足XFP標準的所有要求的XFI接口，其可以將低成本的基底材料用于PCB，以保持器件符 合目標定價。本發(fā)明的又一目的是提供一種可靠的PCB互連，用于在IOGbps PHY與XFP收發(fā)器 之間的滿足XFP標準的所有要求的XFI接口。


圖1示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的俯視圖；圖2示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第二層的俯視圖；圖3示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第三層的俯視圖；以及圖4示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第四層的俯視圖。
具體實施例方式圖1示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的俯視圖。示出了 PCB 11的第一層10。該第一層 10在一端具有XFP連接器襯墊12。XFP連接器襯墊12是矩形的，并且在該實施例中在第一 層10的一側上在對角處平行對準(align)，這由面板上的XFP光學器件的布置而確定。四 個XFP連接器襯墊12以此方式在優(yōu)選實施例的第一層10上對準。通過XFP多源協(xié)議(MSA) 中規(guī)定的封裝來限定連接器襯墊的尺寸。標準XFP連接器襯墊相當大，會引入大電容。某些供應商提供的連接器支持較短 的XFP連接器襯墊，但是這些較短的XFP連接器襯墊不與標準XFP連接器封裝兼容。在本 發(fā)明中，如參考圖3更詳細地討論的，使用XFP連接器襯墊下面的PCB 11的第三層中的開 口來最小化XFP連接器襯墊電容。XFP連接器襯墊12被多個接地過孔14圍繞，并可操作地連接到這些接地過孔14。這些接地過孔14為信號提供立體參考路徑(solid reference path)。接地過孔14近似 為圓柱形，并在PCB 11的第一層10與PCB 11的第四層之間產(chǎn)生開口。在該實施例中，XFP 連接器襯墊12是0. 6毫米襯墊，接地過孔14具有0. 25毫米的完成孔洞大小，但接地過孔 14的精確幾何形狀對于本發(fā)明并不重要。PHY接地襯墊13位于PCB 11的第一層10的與XFP連接器襯墊12相反的一端。 PHY接地襯墊13周圍的另外的接地過孔14也為信號提供立體參考路徑。這些接地過孔14 也存在于從PCB 11的第一層10到PCB 11的第四層，并在第一層10上彼此連接。盲孔(blind via) 16位于PHY信號襯墊15之內(nèi)并位于第一層10的與XFP連接器 襯墊12相反的一端。這些盲孔16在PCB 11的第一層10與第二層之間布線。盲孔16并 不穿透整個PCB 11，而是僅僅從第一層10 (表面層)延伸到第一內(nèi)部層(第二層)。通過 盲孔不產(chǎn)生過孔短截線(via stub)。信號在XFP連接器襯墊12處進入，并在PHY信號襯墊 15處離開。為了使成本最小化，優(yōu)選實施例的盲孔在PCB 11的第一層10與第二層之間相對 較短。這也用于最小化會損害電學性能的過孔寄生效應。在優(yōu)選實施例中，出于安全原因， 在第一層10與第二層之間使用雙層預浸料。預浸料是在多層層壓期間用作膠粘劑的非固 化的玻璃/環(huán)氧樹脂片。優(yōu)選實施例的盲孔足夠小以使用襯墊中的過孔。在該實施例中，使用0. 15毫米的 完成孔洞大小。相對寬的盲孔有助于確保盲孔為經(jīng)濟的。在圖1所示的優(yōu)選實施例中，兩 個盲孔16位于XFP連接器襯墊12中的兩個的底部上，并且兩個盲孔16位于PHY信號襯墊 15之內(nèi)。在該實施例中，XFP籠狀接地屏蔽20被設置在第一層10的近似中心處，該XFP籠 狀接地屏蔽20由銅制成，且具有形狀如同平行四邊形的開口 21。該XFP籠狀接地屏蔽20 延伸為與XFP連接器襯墊12成角度對準。開口 21的兩個側邊與XFP籠狀接地屏蔽20的 后側(back)平行，另外兩個側邊與差分對(位于第二層中并結合圖2討論)平行。在開口 21的外邊緣/側邊與XFP籠狀接地屏蔽20的外邊緣之間有0. 005英寸的 距離。在開口 21的每個側邊上存在0.005英寸距離，以確保良好的電連接，然而，也可以使 用其他尺寸。在該實施例中，墊片與XFP籠狀接地屏蔽20接觸。XFP籠狀接地屏蔽20是系統(tǒng)的電表皮(electrical skin)的一部分。XFP籠狀接 地屏蔽20可承載ESD瞬變，該ESD瞬變會破壞靈敏的差分對(位于圖2的第二層中并與 其結合討論)。XFP籠狀接地屏蔽20還可以傳導被輻射的內(nèi)部噪聲，從而引起EMC問題。 XFP籠狀接地屏蔽20向差分對的耦合導致阻抗不連續(xù)性，該阻抗不連續(xù)性使得鏈路的電性 能劣化。開口 21有助于最小化XFP籠狀接地屏蔽20耦合到差分對的影響。為了最小化源 于剩余的XFP籠狀接地屏蔽20的阻抗不連續(xù)性，開口位于該層之下的第三層(結合圖3討 論)。使得在PCB 11的第一層10與第二層之間的距離最大化也有助于最小化源于XFP籠 狀接地屏蔽20的阻抗不連續(xù)性。在該優(yōu)選實施例中，使用厚度為3. 8密耳(0. 0038英寸) 的預浸料(在第一層與第二層25之間的電介質)。圖2示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第二層的俯視圖。第二層25是PCB 11的第一內(nèi) 部層。第二層25包含差分對26的兩條走線，該兩條走線大致彼此平行延伸，并延伸跨過 PCB 11的長度的一部分。差分對26的每條走線最優(yōu)地在0.4英寸與0.7英寸之間，但也可以利用各種長度。然而，為了最優(yōu)性能，差分對26不應該太短。較長的差分對減慢信號邊沿，這降低了源于不連續(xù)性的反射，并改善了回波損耗。出于同樣的原因，優(yōu)選實施例中的第二層25的走線保持為薄而窄。在優(yōu)選實施例 中。將寬度為0.005英寸且0.5盎司的銅用于差分對26的每條走線。在該優(yōu)選實施例中， 差分對26的每條走線之間的間距為0. 010英寸。差分對26之間的0. 010英寸的緊密耦合 有助于最小化向XFP籠狀接地屏蔽的耦合。使得差分對26中的每一個都很窄還有助于最 小化向XFP籠狀接地屏蔽的耦合。差分對26的每條走線在端部處必須偏斜，以能夠連接到XFP連接器襯墊和PHY信 號襯墊。任何偏斜補償必須在偏斜源(也就是，彎頭)附近完成。差分對26的每個端部被 連接到來自PCB 11的第一層的盲孔16。通過在差分對26中引入一些非常高頻的損耗，實 際上改善了回波損耗。在第二層25上在差分對26的兩側還設置保護走線(guard trace) 27。保護走線 27也被連接(tie)到位于PHY接地襯墊和XFP連接器襯墊下面的第四層的接地面。將保護 走線27連接到所述接地面的接地過孔14被示出在第二層25上。保護走線27對第二層25 上的差分對26布線，以提供向數(shù)字地(digital ground)的更緊密的耦合。保護走線27降 低了墊片對IOGbps信號的影響。然而，保護走線27的添加使得差分對26對信號偏斜更加 敏感。為了減輕這個問題，在彎頭附近降低差分對26向保護走線27的耦合。每條保護走 線沿著差分對26的大部分長度距離差分對26大約0. 005英寸。然而，該距離在差分對26 的端部處增大，差分對26在所述端部處偏斜。理想地，保護走線27比信號走線寬度寬出大 于或等于四倍。在該特定實施例中，保護走線27至少為0. 020英寸。圖3示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第三層的俯視圖。在該優(yōu)選實施例中，第三層31 為0.0012英寸厚，并通過0.004英寸的芯(core)而與PCB 11的第二層間隔開。在PCB 11 的第三層31上存在形狀如同矩形的XFP開口 30，其位置和精確幾何形狀由XFP連接器襯墊 取向來確定。XFP開口 30被設置在第三層31上且在PCB 11的第一層上的XFP連接器襯墊 的正下方。XFP開口 30有助于最小化XFP連接器襯墊電容。在PCB 11的第三層31上還存在兩個XFP籠狀接地屏蔽開口 32。該XFP籠狀接 地屏蔽開口 32在XFP籠狀接地屏蔽下被裁出，在該實施例中被設計為使其外邊緣與XFP籠 狀接地屏蔽的外邊緣分開相同寬度。XFP籠狀接地屏蔽開口 32的寬度與PCB 11的第一層 上的XFP籠狀接地屏蔽的重疊(overlapping)銅的寬度(也就是，在XFP籠狀接地屏蔽上 的開口的外邊緣與XFP籠狀接地屏蔽的外邊緣之間的寬度)相同。XFP籠狀接地屏蔽開口 的長度使得其在第三層31上延伸到PCB 11的第二層的保護走線之下且在這些保護走線 之間，并且與第一層上的XFP籠狀接地屏蔽角度相同。XFP籠狀接地屏蔽開口 32補償了由 PCB 11的第一層上的銅屏蔽所導致的在IOGbps信號走線上的附加電容耦合。在第三層31 上還可以看到接地過孔14。圖4示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第四層的俯視圖。在PCB 11的第三層與第四層 40之間存在0.006英寸的預浸料。PCB 11的第四層40為0.0012英寸厚，并用作PCB 11 的地。在第四層40上還可看到接地過孔14。本領域技術人員將認識到，可以對上述實施例進行改變或修改而不偏離本發(fā)明的 寬泛的發(fā)明構思。因此，應該理解，本發(fā)明并不限于這里描述的特定實施例，而是旨在包括落入權利要求所闡明的本發(fā)明的范圍和精 神之內(nèi)的所有改變和修改。實際上，如果在PCB 中使用更高性能的基底，則可以去除這里公開的某些特征。
權利要求
一種用于互連在10Gbps PHY與XFP收發(fā)器之間的XFI接口的裝置，包括(a)第一層，其包括第一PHY信號襯墊、第二PHY信號襯墊、被第一多個接地過孔圍繞并可操作地連接到所述第一多個接地過孔的多個XFP連接器襯墊、具有第二多個接地過孔的多個PHY接地襯墊、以及具有開口的XFP籠狀接地屏蔽；(b)第二層，其位于所述第一層之下，包括具有第一走線和第二走線的差分對、以及圍繞所述差分對的第一保護走線和第二保護走線；(c)第三層，其位于所述第二層之下，包括位于所述多個XFP連接器襯墊之下的XFP開口、以及位于所述XFP籠狀接地屏蔽之下的第一XFP籠狀接地屏蔽開口和第二XFP籠狀接地屏蔽開口；(d)第四層，其位于所述第三層之下，用作地；以及(e)多個盲孔，其在所述第一層與所述第二層之間延伸，并可操作地連接到所述差分對、所述多個XFP連接器襯墊、所述第一PHY信號襯墊和所述第二PHY信號襯墊。
2.根據(jù)權利要求1的裝置，其中所述多個XFP連接器襯墊位于所述第一層的第一端上。
3.根據(jù)權利要求2的裝置，其中所述多個XFP連接器襯墊中的每一個是矩形的，并在所 述第一層上在對角處平行對準。
4.根據(jù)權利要求1的裝置，其中所述多個盲孔包括位于所述多個XFP連接器襯墊的 第一個上的第一盲孔、位于所述多個XFP連接器襯墊的第二個上的第二盲孔、位于所述第 一 PHY信號襯墊內(nèi)的第三盲孔、以及位于所述第二 PHY信號襯墊內(nèi)的第四盲孔。
5.根據(jù)權利要求1的裝置，其中所述XFP籠狀接地屏蔽上的所述開口近似為平行四邊 形，具有第一側邊、第二側邊、頂邊和底邊。
6.根據(jù)權利要求5的裝置，其中所述第一XFP籠狀接地屏蔽開口位于所述XFP籠狀接 地屏蔽的第一外邊緣和所述XFP籠狀接地屏蔽上的所述開口的所述第一側邊之下且位于 其間，所述第二 XFP籠狀接地屏蔽開口位于所述XFP籠狀接地屏蔽的第二外邊緣和所述XFP 籠狀接地屏蔽上的所述開口的所述第二側邊之下并位于其間。
7.根據(jù)權利要求6的裝置，其中所述第一XFP籠狀接地屏蔽開口和所述第二 XFP籠 狀接地屏蔽開口位于所述差分對之下，并在所述第一保護走線與所述第二保護走線之間延 伸。
8.一種用于互連PHY和收發(fā)器的裝置，包括(a)第一層，其包括第一PHY信號襯墊、第二PHY信號襯墊、被第一多個接地過孔圍繞并 可操作地連接到所述第一多個接地過孔的多個連接器襯墊、具有第二多個接地過孔的多個 PHY接地襯墊、以及具有開口的籠狀接地屏蔽；(b)第二層，其位于所述第一層之下，包括具有第一走線和第二走線的差分對、以及圍 繞所述差分對的第一保護走線和第二保護走線；(c)第三層，其位于所述第二層之下，包括位于所述多個連接器襯墊之下的開口、以及 位于所述籠狀接地屏蔽之下的第一籠狀接地屏蔽開口和第二籠狀接地屏蔽開口；(d)第四層，其位于所述第三層之下，用作地；以及(e)多個盲孔，其在所述第一層與所述第二層之間延伸，并可操作地連接到所述差分 對、所述多個連接器襯墊、所述第一 PHY信號襯墊和所述第二 PHY信號襯墊。
9.根據(jù)權利要求8的裝置，其中，所述籠狀接地屏蔽上的所述開口近似為平行四邊形，具有與所述籠狀接地屏蔽的第一外邊緣和第二外邊緣平行地延伸的第一側邊和第二側邊、 以及與所述差分對平行地延伸的頂邊和底邊。
10.根據(jù)權利要求9的裝置，其中所述第一籠狀接地屏蔽開口位于所述籠狀接地屏蔽 的所述第一外邊緣和所述籠狀接地屏蔽上的所述開口的所述第一側邊之下并位于其間，所 述第二籠狀接地屏蔽開口位于所述籠狀接地屏蔽的所述第二外邊緣和所述籠狀接地屏蔽 的所述開口的所述第二側邊之下并位于其間，所述第一籠狀接地屏蔽開口和所述第二籠狀 接地屏蔽開口都位于所述差分對之下并在所述第一保護走線與所述第二保護走線之間延 伸。
全文摘要
本發(fā)明為一種特殊設計的PCB(11)，其允許以XFP標準中規(guī)定的方式使用XFP相容的收發(fā)器模塊和EMI墊片，并產(chǎn)生與XFP標準相容的集成解決方案。各種幾何特征被引入到PCB中，以實現(xiàn)改進，這些改進的組合產(chǎn)生符合XFP標準的集成解決方案。這些改進的特征的一部分包括PCB的預浸料和其他層的特定厚度；PCB中特定部件的特定間距、尺寸和重量；連接到EMI墊片的第一層XFP籠狀接地屏蔽(20)上的開口；在第二層(25)中圍繞差分對信號走線(26)的安全接地走線(27)；在第三層(31)的銅中的、位于XFP籠狀接地屏蔽和XFP連接器襯墊(12)之下的開口(32)；以及在XFP連接器和PHY連接器襯墊(15)處的接地過孔(14)。
文檔編號H05K1/02GK101971716SQ200980108440
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月2日 優(yōu)先權日2008年3月11日
發(fā)明者D·I·奧普瑞, S·德里埃狄格爾 申請人:阿爾卡特朗訊公司