TWI601453B - 通用串列匯流排的混合式足印設計技術 - Google Patents

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Description

通用串列匯流排的混合式足印設計技術 發明領域
本發明大致上係有關於連接器設計。更明確言之，本發明係有關於通用串列匯流排(USB)的混合式足印設計技術。
發明背景
USB乃用以介接各種周邊裝置的一標準匯流排。USB也可提供電力給周邊裝置，免除外部電源供應器的需要。USB 1.0規格支援至多12百萬位元每秒(MBPS)的資料傳輸速率。USB 2.0可支援低速、全速、及高速USB應用，以及高達480MBPS的資料傳輸速率。USB 3.0可支援超高速USB應用，及5十億位元每秒(GBPS)的資料傳輸速率。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種設備，其包含：一外列的一或多個表面黏著技術(SMT)接點；及一內列的一或多個印刷貫穿孔(PTH)。
100‧‧‧印刷電路板
102A-D‧‧‧通孔
104A-E‧‧‧表面黏著技術(SMT)接點
106、108、110‧‧‧層
112‧‧‧信號線跡
114‧‧‧通孔殘段
200‧‧‧足印、USB連接器之混合式足印
202‧‧‧USB連接器輪廓
204‧‧‧內列
206‧‧‧外列
300、400‧‧‧方法
402、404‧‧‧方塊
502、504、602‧‧‧線
604、606‧‧‧作圖
700‧‧‧運算裝置
702‧‧‧中央處理單元(CPU)
704‧‧‧記憶體裝置
706‧‧‧匯流排
708、716‧‧‧輸入/輸出(I/O)裝置介面
710、718‧‧‧I/O裝置
712‧‧‧影像拍攝機構
714‧‧‧感測器
720‧‧‧顯示介面
722‧‧‧顯示裝置
724‧‧‧儲存裝置
726‧‧‧應用程式
728‧‧‧網路介面控制器(NIC)
730‧‧‧網路
732‧‧‧列印引擎
734‧‧‧列印裝置
736‧‧‧列印對象模組
圖1為依據本發明之實施例一印刷電路板的示例 說明；圖2為依據實施例一USB連接器的一混合式足印之示例說明；圖3為依據實施例一USB連接器的一混合式足印之輪廓視圖的示例說明；圖4為依據實施例提供一混合式USB足印之方法的處理流程圖；圖5為依據實施例USB3主機連接器的TDR之線圖；圖6A為線圖表示依據實施例SMT接點之位元錯誤率；圖6B為線圖表示依據實施例PTH之位元錯誤率；及圖7為依據實施例可使用的一運算裝置之方塊圖。
全文揭示及附圖中使用相同元件符號以指示相似的組件及特性件。於100序列的號碼係指原先出現於圖1的特性件；於200序列的號碼係指原先出現於圖2的特性件；等等。
較佳實施例之詳細說明
如前文討論，USB 3.0可支援超快速USB應用及5GBPS的資料移轉速率。但未來平台具有比USB 3.0所提供的頻寬更高的頻寬。5GBPS的資料移轉速率對高畫質及高品質內容不夠快。據此，針對高於5GBPS的頻寬最佳化既有的USB 3.0，許可支援高效能應用同時維持與先前USB版本的反向可相容性。
此處描述的實施例藉採用具有最佳化連接器足 印的一混合式USB連接器而達成至少10GBPS的資料移轉速率。又復，此處描述的實施例去除當使用印刷貫穿通孔(PTH)時出現的過量通孔殘段。藉此方式，避免低阻抗及任何所導致的阻抗不匹配。此外，該等信號不因阻抗不匹配而降級。又復，表面黏著技術(SMT)的施用方式係許可去除相聯結的通孔殘段，但不會有損製造過程期間的目測焊接檢查能力。
於後文詳細說明部分及申請專利範圍各項中，可使用「耦合」及「連結」連同其衍生詞。但須瞭解此等術語並非意圖為彼此的同義詞。反而於特定實施例中，「連結」可用以指示二或多個元件係彼此直接實體或電氣接觸。「耦合」可表示二或多個元件係彼此直接實體或電氣接觸。但「耦合」也可表示二或多個元件係彼此直接接觸，但仍然彼此協作或彼此互動。
若干實施例可於硬體、韌體及軟體中之一者或組合具現。有些實施例也可具現為儲存在一機器可讀取媒體上的指令，該等指令可由運算平台讀取及執行以從事此處描述的操作。一機器可讀取媒體可包括用以藉機器例如電腦可讀取形式儲存或傳輸資訊的任何機構。舉例言之，一機器可讀取媒體可包括唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁碟儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體裝置；電氣、光、聲或其它形式的傳播信號，例如載波、紅外線信號、數位信號、或發射及/或接收信號的介面等。
一實施例乃一具現或範例。說明書中述及「一實 施例」、「一個實施例」、「若干實施例」、「多個實施例」、或「其它實施例」表示聯結該等實施例描述的一特定特性件、結構、或特性係含括於至少若干本發明之實施例，但並非必要為全部實施例。「一實施例」、「一個實施例」或「若干實施例」於各次出現並不必要皆係指相同實施例。一個實施例的元件或面向可組合另一個實施例的元件或面向。
此處描述的及例示的組件、特性件、結構、特性等並不必要全部皆含括一特定實施例或實施例。舉例言之，若說明書陳述一組件、特性件、結構或特性「可」、「可能」、「能」或「能夠」被含括，則並非必要含括該特定組件、特性件、結構或特性。若說明書或申請專利範圍述及「一a」或「一an」元件，則並不必要表示只有一個該元件。若說明書或申請專利範圍述及「一額外」元件，則並不排除有多於一個該額外元件。
須注意雖然已經參考特定具現描述若干實施例，但根據若干實施例其它具現為可能。此外，於附圖中所例示的及/或此處描述的電路元件或其它特性件的排列及/或順序無需以所例示及所描述的特定方式排列。依據若干實施例許多其它排列亦屬可能。
圖中顯示的各個系統中，於某些情況下，元件可各自具有相同元件符號或不同元件符號以提示所呈現的該等元件可為相異及/或相似。但一元件可為充分可撓性而具有不同具現及與此處顯示的或描述的部分或全部系統一起工作。圖式中顯示的各個元件可相同或相異。哪個元件稱 作為第一元件及哪個稱作為第二元件乃任意者。
圖1為依據實施例一印刷電路板100之示例說明圖。該印刷電路板(PCB)100包括表面黏著技術(SMT)接點104A、104B、104C、104D及104E。該印刷電路板也包括通孔102A、102B、102C及102D。該印刷電路板係由數層組成。例如，PCB 100包括層106、108及110。雖然圖中顯示三層，但PCB 100可具有任何數目的層數。
多個信號線跡或傳導區域駐在於各層內，由一絕緣材料隔開。當安排USB信號路由通過PCB時，線跡使用通孔以路由通過PCB 100的不同層。如圖所示，通孔102A、102B、102C及102D為印刷貫穿孔(PTH)通孔。但可使用任一型通孔，包括盲通孔及不會延伸至PCB 100底層110的通孔。
PTH通孔102A、102B、102C及102D也包括一通孔殘段，此乃通孔的無功能部分。一通孔殘段不含信號線跡，故不發揮功能。舉例言之，若一信號線跡112係使用通孔102A從層106路由至層108，則在層110內部的通孔102A部分將為無功能而稱作一通孔殘段114。在一PCB中存在有大量通孔殘段可能失真路由通過該PCB的信號線跡。舉例言之，PCB 100與通孔殘段114間之阻抗不匹配可能降級信號線跡112。當高速數位信號路由通過該信號線跡時失真尤為明顯。
如圖1所示，信號線跡112路由至一SMT接點104A。該SMT接點104A在PCB 100表面上方部分係稱作為 SMT襯墊。USB連接器的電氣組件可使用SMT襯墊焊接該電氣組件至PCB而安裝至PCB 100。接點位置當比較PTH通孔時，SMT接點典型地具有較低電阻及電感。因此比較PTH通孔，SMT接點典型地具有增高的信號完整性。藉此方式，比較PTH通孔，SMT接點更適合高速數位信號。在維持期間，SMT接點使得電路板可目測檢查任何的未對準、焊接缺陷、或遺漏電氣組件。此外，由於焊接結果，SMT接點在對USB連接器進行標準振搖及擺動測試下具有良好機械效能。
SMT接點104A、104B、104C、104D及104E針對USB連接器形成一外列接點，而PTH通孔102A、102B、102C及102D針對USB連接器形成一內列接點。藉此方式，在製作過程中可目測檢查USB連接器，同時在USB振搖及擺動測試期間維持滿意效能。
圖2為依據實施例一USB連接器的混合式足印200之示例說明圖。於實施例中，混合式足印可用於USB主機及USB裝置連接器。混合式足印許可超越使用USB 3.0所能達成者更高速資料移轉率。
USB連接器輪廓202係使用虛線所例示。印刷貫穿通孔(PTH)102A、102B、102C及102D形成一內列204接點。於實施例中，該內列204可包括按壓嵌合接點。該內列204可用以轉移高速資料或低速資料。SMT接點104A、104B、104C、104D及104E形成一外列206接點。外列206 SMT接點104A、104B、104C、104D及104E可用以轉移超 高速資料。
透過內列204 PTH通孔102A、102B、102C及102D及外列206 SMT104A、104B、104C、104D及104E接點的組態，消除因通孔殘段效應所造成的阻抗不匹配。足印200的表現例如比含有兩列SMT接點的兩列足印表現更佳。此種組態許可USB 2.0信號與USB 3.0信號間的串擾。此外，當比較單一列交錯SMT接點與PTH接點時，足印200的表現較佳。此種足印有因通孔殘段效應所造成的信號線跡降級問題。
圖3為依據實施例一USB連接器的一混合式足印200之輪廓示例說明圖。外列206 SMT接點104A、104B、104C、104D及104E從連接器外部為可見，許可藉使用外列上的SMT接點而維持製造過程中的目測檢查。又復，透過PTH與SMT接點接點的組合，由PTH的通孔殘段所引起的電氣寄生電容減低而不會犧牲由PTH提供的保持力。
比較SMT接點，內列204 PTH通孔102A、102B、102C及102D許可維持高保持力。又復，所施加的保持力滿足由USB衝擊及振動測試所要求的效能。於實施例中，比較其它USB連接器時，就阻抗匹配而言，通道效能改良。
圖4為依據實施例一種用以提供混合式USB足印之方法400的處理流程圖。
於方塊402，產生一外列的一或多個表面黏著技術(SMT)接點。比較一內列，該外列可較為接近足印的外緣。由於使用高速數位資料或超高速資料的較佳效能結 果，比較PTH，外列的SMT接點可以較少信號降級而傳輸此等信號線跡。此外，連接器係以製造期間可目測檢查之方式組配。
於方塊404，產生一內列的一或多個印刷貫穿通孔(PTH)。PTH可傳輸資料，該等資料係與USB資料、USB 1.0資料、USB 2.0資料、或其任一項組合。該等PTH許可滿足由USB衝擊及振動測試的保持力。
於實施例中，如此處描述的USB足印的總資料通量係等於或大於10GBPS。此種速度部分地係由於來自通孔殘段效應的信號失真減低的結果。又，如前文所例示的表面黏著技術接點及貫穿孔的足印維持由一或多個表面黏著技術接點及一或多個貫穿孔所傳輸的資料信號間之信號完整性。
圖4之處理流程圖並非意圖指示方法300之多個方塊係將以任何特定順序執行，或全部方塊係含括於每種情況。又，取決於特定具現之細節，任何數目的額外方塊可含括於方法400。
圖5為依據實施例USB3主機連接器的時域反射計量術(TDR)之線圖。該TDR可用以根據反射波形而比較電氣信號。線502表示一表面黏著連接器的信號品質。線504表示一PTH連接器的信號品質。
線504中的大型下降表示出現在PTH連接器的大型阻抗不匹配。該大阻抗係由於前文討論的通孔殘段效應所致。更明確言之，只由PTH所組成的USB連接器的信號品 質於約530.00皮秒(ps)降至低於80歐姆。相反地，線502表示如前文討論的混合式足印之效能。如同在約530.00ps，混合式足印的電阻降至約89歐姆，結果導致較低的阻抗不匹配。據此，比較只使用PTH的信號線跡，使用該混合式足印的一信號線跡將較少失真。
圖6A為依據實施例表示SMT接點的位元錯誤率之線圖。於602之線例示針對USB連結載明的位元錯誤率。更明確言之，藉USB標準建立的位元錯誤率為le-l2，針對-24毫伏特(mV)的電壓及18ps的時間具有邊際缺陷。該SMT足印許可一SMT連接器於25毫伏特及22皮秒操作，只使用25%胞元位元寬度。結果，SMT足印許可1毫伏特及4皮秒的下操作邊際。此外，SMT足印之一作圖604滿足於約le-l3的最小BER。
圖6B表示依據實施例PTH足印的位元錯誤率之線圖。PTH足印之作圖606不滿足所要求的BER，原因在於PTH足印的最小BER為約le-7。
圖7為依據實施例可用的運算裝置700之方塊圖。該運算裝置700可為一行動運算裝置，舉例言之，諸如行動電話。於此等實施例中，運算裝置700可具現為單晶片系統(SOC)。該運算裝置700也可為其它型別的運算裝置，諸如膝上型電腦、桌上型電腦、平板電腦、行動裝置、或伺服器等。運算裝置700可包括經組配以執行所儲存的指令之一中央處理單元(CPU)702，以及儲存可藉CPU 702執行的指令之一記憶體裝置704。CPU 702可藉匯流排706而耦接 至記憶體裝置704。此外，CPU 702可為單核心處理器、多核心處理器、運算叢集、或多種其它組態中之任一者。再者，運算裝置700可包括多於一個CPU 702。
該記憶體裝置704可包括隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、或任何其它適當記憶體系統。舉例言之，記憶體裝置704可包括動態隨機存取記憶體(DRAM)。CPU 702可透過匯流排706連結至一輸入/輸出(I/O)裝置介面708，係經組配以連結該運算裝置700至一或多個I/O裝置710。該等I/O裝置710例如包括鍵盤及指標裝置，其中該指標裝置可包括觸控墊或觸控螢幕等。I/O裝置710可為運算裝置700的內建組件，或可為外部連接至運算裝置700的裝置。於實施例中，I/O裝置710可使用任何USB標準而連結至運算裝置700。
CPU 702也可透過匯流排706而鏈接至含感測器714的一影像拍攝機構712。該影像拍攝機構可為使用任何USB標準而連結至運算裝置700的連接器。此外，運算裝置700可包括使用任何USB標準而連結至一或多個I/O裝置718的輸入/輸出(I/O)裝置介面716。I/O裝置118可包括例如鍵盤及指標裝置，其中該指標裝置可包括觸控墊或觸控螢幕等。
運算裝置700包括介接顯示裝置722的顯示介面720。顯示裝置722可包括一顯示幕，其為運算裝置700的內建組件。顯示裝置722也可包括外部連接至運算裝置700的一電腦監視器、電視機、或投影機等。於實施例中，顯示裝置722可使用任何USB標準而連結至運算裝置700。
運算裝置也可包括一儲存裝置724。儲存裝置724為實體記憶體諸如硬碟機、光碟機、拇指碟、驅動器陣列或其任一項組合。儲存裝置724也可包括遠端儲存裝置驅動程式。該儲存裝置724可包括任何數目的應用程式726，其係經組配以在運算裝置700上跑。於實施例中，運算裝置700係使用任何USB標準而連結至一外部儲存裝置。
運算裝置700也可包括一網路介面控制器(NIC)728。該NIC 728可經組配以透過匯流排706而連結運算裝置700至一網路730。該網路730可為廣域網路(WAN)、區域網路(LAN)、或網際網路等。
列印引擎732可發送列印工作給一列印裝置734。於實施例中，列印引擎732係使用任何USB標準而連結至該列印器。該列印裝置734可包括列印器、傳真機、及可運用一列印對象模組736而列印影像及文件的其它列印裝置。
圖7之方塊圖並非意圖指示運算裝置700係包括圖7顯示的全部組件。又，取決於特定具現細節，運算裝置700可包括任何多個圖7中未顯示的額外組件。
範例1
一種設備包含一外列的一或多個表面黏著技術(SMT)接點及一內列的一或多個印刷貫穿孔(PTH)。比起內列，該外列可較接近該設備外緣。該等一或多個表面黏著技術接點可發送與USB 3.0資料可相容的超快速資料，及該等一或多個印刷貫穿孔可發送與USB資料、USB 1.0資料、 USB 2.0資料可相容的資料。該設備的資料通量係等於或大於10Gb/s。又，該設備可以製造期間目測檢查方式組配。該等一或多個印刷貫穿孔許可滿足由USB衝擊及振動測試的保持力。再者，該等一或多個表面黏著技術接點及該等一或多個印刷貫穿孔的一足印維持由該等一或多個表面黏著技術接點及該等一或多個印刷貫穿孔所發射的資料信號間之信號完整性。
範例2
此處描述在一USB連結內部的一混合式USB足印。該混合式USB足印包含一外列的一或多個表面黏著技術(SMT)接點及一內列的一或多個印刷貫穿孔(PTH)。該混合式USB足印可形成一USB主機連接器，或該混合式USB足印可形成一USB裝置連接器。比起內列，該外列可較接近該設備外緣。該等一或多個表面黏著技術接點可發送與USB 3.0資料可相容的超快速資料，及該等一或多個印刷貫穿孔可發送與USB資料、USB 1.0資料、USB 2.0資料可相容的資料。該裝置的資料通量係大於5Gb/s。又，該裝置可以製造期間目測檢查方式組配。此外，該等一或多個印刷貫穿孔許可滿足由USB衝擊及振動測試的保持力。
範例3
此處描述在USB連結內部提供一混合式USB足印之方法。該方法包括產生一外列的一或多個表面黏著技術(SMT)接點，及產生一內列的一或多個印刷貫穿孔(PTH)。該混合式USB足印可形成一USB主機連接器。此 外，該混合式USB足印可形成一USB裝置連接器。
須瞭解前述範例中的規格可用在一或多個實施例之它處。舉例言之，前述運算裝置全部選擇性特性件也可就此處描述的方法或電腦可讀取媒體具現。又復，雖然流程圖及/或狀態圖可已經用於此處描述實施例，但本發明並不限於該等略圖或此處之相對應描述。舉例言之，流程無需移動通過各個例示的框或狀態，或恰如此處所例示及描述的相同順序。
本發明並不限於此處列舉的特定細節。確實，從本文揭示獲益的熟諳技藝人士將瞭解落入於本發明之範圍內可做出前文詳細說明部分及附圖的許多其它變化。據此，後文申請專利範圍各項包括對其所做的任何修正界定了本發明之範圍。
102A-D‧‧‧通孔、印刷貫穿通孔(PTH)
104A-E‧‧‧表面黏著技術(SMT)接點
200‧‧‧足印
202‧‧‧通用串列匯流排(USB)連接器輪廓
204‧‧‧內列
206‧‧‧外列

Claims (20)

  1. 一種設備，其包含：由一或多個表面黏著技術(SMT)接點所組成的一外列；以及由一或多個印刷貫穿孔(PTH)所組成的一內列，其中係已移除至少一個通孔殘段，並且其中至少一個印刷貫穿孔是一按壓嵌合接點。
  2. 如請求項1之設備，其中，該外列比該內列更接近該設備之一外緣。
  3. 如請求項1之設備，其中，該一或多個表面黏著技術接點發送可與USB 3.0資料相容的超高速資料。
  4. 如請求項1之設備，其中，該一或多個印刷貫穿孔發送可與USB資料、USB 1.0資料、USB 2.0資料、或該等資料之任意組合相容的資料。
  5. 如請求項1之設備，其中，該設備之資料通量大於等於10Gb/s。
  6. 如請求項1之設備，其中，該設備係以於製造期間受目測檢查的方式組配。
  7. 如請求項1之設備，其中，該一或多個印刷貫穿孔使得滿足一USB衝擊及振動測試的保持力能夠存在。
  8. 如請求項1之設備，其中，該一或多個表面黏著技術接點及該一或多個印刷貫穿孔之足印維持在由該一或多個表面黏著技術接點與該一或多個印刷貫穿孔所發射 的資料信號之間的信號完整性。
  9. 一種在通用串列匯流排(USB)連結內部的混合式USB足印，其包含：由一或多個表面黏著技術(SMT)接點所組成的一外列；以及由一或多個印刷貫穿孔(PTH)所組成的一內列，其中係已移除至少一個通孔殘段，並且其中至少一個印刷貫穿孔是一按壓嵌合接點。
  10. 如請求項9之足印，其中，該混合式USB足印形成一USB主機連接器。
  11. 如請求項9之足印，其中，該混合式USB足印形成一USB裝置連接器。
  12. 如請求項9之足印，其中，該外列比該內列更接近該設備之一外緣。
  13. 如請求項9之足印，其中，該一或多個表面黏著技術接點發送可與USB 3.0資料相容的超高速資料。
  14. 如請求項9之足印，其中，該一或多個印刷貫穿孔發送可與USB資料、USB 1.0資料、USB 2.0資料、或該等資料之任意組合相容的資料。
  15. 如請求項9之足印，其中，該足印之資料通量大於5Gb/s。
  16. 如請求項9之足印，其中，該足印係以於製造期間受目測檢查的方式組配。
  17. 如請求項9之足印，其中，該一或多個印刷貫穿孔使得滿足一USB衝擊及振動測試的保持力能夠存在。
  18. 一種用於提供在通用串列匯流排(USB)連結內部的混合式USB足印的方法，其包含下列步驟：產生由一或多個表面黏著技術(SMT)接點所組成的一外列；產生由一或多個印刷貫穿孔(PTH)所組成的一內列，其中至少一個印刷貫穿孔是一按壓嵌合接點；以及自該一或多個印刷貫穿孔中去除至少一個通孔殘段。
  19. 如請求項18之方法，其中，該混合式USB足印形成一USB主機連接器。
  20. 如請求項18之方法，其中，該混合式USB足印形成一USB裝置連接器。
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