CN100592652C

CN100592652C - 信号传输电路

Info

Publication number: CN100592652C
Application number: CN200410051457A
Authority: CN
Inventors: 许寿国; 刘建宏
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: US20060050797A1; CN1747349A

Abstract

一种信号传输电路，包括：一驱动电路块、一接收电路块、一连接该驱动电路块及该接收电路块的主传输线以及一连接于该驱动电路块及该主传输线之间的微带线结构。该驱动电路块包括一驱动电路及一第一传输支线，该第一传输支线用以发送从该驱动电路输出的信号至该主传输线。该接收电路块包括一接收电路及一第二传输支线，该第二传输支线用于接收从该主传输线输入的信号并发送到该接收电路。该微带线结构特性如同一电容器，当驱动电路块中信号状态变换过快时，该微带线结构用来替代等效电容器以降低信号切换速率。该微带线结构是利用布线技术蚀刻在印刷电路板上，其为一圆环形状，该微带线结构的电容量与该圆环面积成正比。

Description

信号传输电路

【技术领域】

本发明是关于一种信号传输技术，尤指一种通过一条总线传输高速信号同时保持高速信号完整性的技术。

【背景技术】

在电场的作用下，两个导体互相耦合，这种由电场引起的耦合在电路模型中就用互容来表示，任何相邻导体之间都存在互容，导体之间的间距越近，耦合就会越紧密。同样，在磁场的作用下，两个导体互相耦合，这种由磁场引起的耦合在电路模型中就用互感来表示。而互容和互感是产生干扰的源。互容干扰表现为互容将在被干扰线(Victim Line)上的串扰点注入一定的电流，也就是噪声电流，他与干扰线(Aggressor Line)的电压变化斜率和互容的大小成正比。互感干扰表现为互感将在被干扰线上的串扰点注入一定的噪声电压，他与干扰线的电流变化斜率和互感的大小成正比。

高速信号的传输发生在信号状态改变的瞬间，即当驱动电路从高输出切换到低输出或从低输出切换到高输出时，当信号状态切换过快时，信号的上升沿和下降沿都非常短，从而信号电压和信号电流的变化斜率都很大，这时高速信号主传输线路中的串扰是不容忽视的。并且，当高速信号切换过快时，容易产生过冲(overshoot)及下冲(undershoot)的问题，当电路在一个时钟周期内反复出现过冲及下冲时，即构成震荡，虽然大多数元件接收端有输入保护二极管保护，但有时这些过冲电平会远远超过元件电源电压范围，损坏元器件。另外，如果高速信号主传输线路中的一根走线没有被正确匹配，那么来自于驱动端的信号脉冲在接收端被来回反射，从而引起信号轮廓失真，如果这种情况没有被足够考虑，电路中的电磁干扰(EMI)将显著增加，造成整个系统的失败。

图1为通常的高速信号传输通道结构，图2为现有技术中为解决上述问题的改进方案。图1及图2中，一信号传输电路包括驱动电路块1，接收电路块一2及接收电路块二3。一主传输线4与驱动电路块1以及接收电路块2、3相连接。其中驱动电路块1由一驱动电路12以及一传输支线14组成，接收电路一2由一接收电路22、一传输支线24以及一终端电容器26组成，接收电路二3由一接收电路32、一传输支线34以及一终端电容器36组成。其中主传输线4担当总主传输线的功能，各传输支线14、24、34担当各电路块内部信号传输的功能。图2区别于图1的特征在于，一补偿电容器5连接在驱动电路块1与接收电路块2、3之间，以降低高速电路信号状态切换的速率，从而用来解决上述问题。当驱动电路12发出频率为400MHZ，电压为1V的脉冲信号时，设定图1及图2中的驱动电路12，接收电路22、32，主传输线4以及传输支线14、24、34具有相同的条件，并设定此时图2中补偿电容器5具有4pF的电容，此时图1中驱动电路12、接收电路22、32的信号波形示意图如图3至图5所示，图2中驱动电路12、接收电路22、32的信号波形示意图如图6至图8所示，其中，数字110、120、130分别代表图1中驱动电路12以及接收电路22、32的信号波形，数字210、220、230分别代表图2中驱动电路12以及接收电路22、32的信号波形。可以看出，当电路中未加补偿电容器5时，驱动端波形由于传输线的多重反射被逐渐的衰减。当加上补偿电容器5时，这种衰减大大减少，且信号的上升时间及下降时间也减少，从而降低了信号状态的切换速率。

然而，使用电容器以降低信号状态的切换速率成本过高，且工艺复杂，不适于生产制造中的大量使用，因此，实有必要提供一种适用于生产制造，且成本低廉之高速信号传输电路。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种适用于高速信号传输同时保持高速信号完整性的信号传输电路。

本发明的目的是通过以下方案来实现的：一种信号传输电路，包括：一驱动电路块、至少一接收电路块、一连接所述驱动电路块及所述接收电路块的主传输线以及一连接于所述驱动电路块及所述主传输线之间的微带线结构。该驱动电路块包括一驱动电路及一第一传输支线，该第一传输支线用以发送从该驱动电路输出的信号至该主传输线。该接收电路块包括一接收电路及一第二传输支线，所述第二传输支线用于接收从该主传输线输入的信号并发送到该接收电路。该微带线结构特性如同一电容器，当驱动电路块中信号状态变换过快时，该微带线结构用来替代等效电容器以降低信号切换速率。该微带线结构是利用布线技术蚀刻在印刷电路板上，其为一圆环形状，该微带线结构的电容量与该圆环面积成正比。当该微带线结构的电容量为4pF时，该圆环延伸所构成的扇形面积至少为12平方毫米。

本发明的优点在于：通过布线技术在电路中加入该微带线结构以替代等效电容器，降低信号状态的切换速率，从而降低信号传输过程中出现的串扰、上冲、下冲以及多重反射的问题，且该微带线结构工艺简单，适于生产制造中的大量使用，且成本低廉。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是常规的信号传输电路方框图。

图2是另一种常规的信号传输电路方框图。

图3至图5是采用图1的常规信号传输电路情况下出现的信号波形。

图6至图8是采用图2的常规信号传输电路情况下出现的信号波形。

图9是本发明信号传输电路方框图。

图10是图9中微带线结构的放大图。

图11至图13是采用图9中本发明信号传输电路情况下出现的信号波形。

图14是分别采用图1、图2及图9中信号传输电路出现的驱动电路波形图比较。

图15是分别采用图1、图2及图9中信号传输电路出现的接收电路一波形图比较。

图16是分别采用图1、图2及图9中信号传输电路出现的接收电路二波形图比较。

图17表示含有多级接收电路的信号传输电路方框图。

【具体实施方式】

请参阅图9，为本发明的信号传输电路，包括驱动电路块1，接收电路块一2及接收电路块二3，接收电路块一2及接收电路块二3为相互并列连接的单元，一主传输线4与驱动电路块1、接收电路块一2以及接收电路块二3相连接。其中驱动电路块1包括一驱动电路12以及一传输支线14，接收电路一2包括一接收电路22、一传输支线24以及一终端电容器26，接收电路二3包括一接收电路32、一传输支线34以及一终端电容器36。其中主传输线4担当总传输线的功能，各传输支线14、24、34担当各电路块内部信号传输的功能。一微带线结构6连接在驱动电路块1与接收电路块2、3之间。该微带线结构6形状为一圆环形，其特性如同一电容器，该微带线结构6是通过现有的蚀刻技术，在印刷电路板上蚀刻出来，也就是在印刷电路板布线时即构成该结构以代替等效电容器，达成与电容器相同的匹配效果。

图10是该微带线结构6的放大示意图，用以说明该微带线结构6达成等效电容器的一个实施例。其中，Φ表示该圆环形微带线结构6所占用扇形的顶角，r表示该微带线结构6所占用的扇形半径的长度，W表示该微带线结构6与该扇形相交处的宽度。该微带线结构6的等效电容量可用以下公式(1)来计算：

C = ϵ_{r} ϵ_{o} \frac{A}{d} - - - (1)

其中，C表示微带线结构6的等效电容量，ε_r表示印刷电路板的相对介电质常数，ε_o表示介电常数，A表示电路板上蚀刻该微带线结构6所占的面积，即图10中阴影部分的面积，面积A等于整个扇形面积A1减去扇形中除去扇形尖部小三角形面积A2，即A＝A1-A2，d为介电质层的厚度。

本实施例中，ε_r＝4.0，ε_o＝8.854，为达到与4pF电容等效的电容量，设定该微带线结构6的扇形顶角Φ＝60°，r＝4.4mm，W＝0.36mm，则根据以下公式(2)及(3)可分别计算出A1及A2的大小：

将以上数据及公式(2)和(3)代入公式(1)中，则

C = ϵ_{r} ϵ_{o} \frac{A}{d}

= ϵ_{r} ϵ_{o} \frac{A 1 - A 2}{d}

= 4.1 pF

通过以上计算可推定，当该微带线结构6达成4pF左右电容量时，其所构成的扇形面积A1至少为12mm²，其计算方式如下：

请继续参照图9，当其中的微带线结构6所具有的等效电容量为4pF时，设定该电路中其他条件与背景技术中描述的图1及图2中电路条件相同，也即是当驱动电路12发出频率为400MHZ，电压为1V的脉冲信号时，接收电路22、32，主传输线4以及传输支线14、24、34具有相同的条件。此时驱动电路12、接收电路一22、接收电路二32的信号波形示意图如图11至图13所示，其中，数字310、320、330分别代表驱动电路12以及接收电路一22、接收电路二32的信号波形。

请继续参照图13至图16，分别为驱动电路12、接收电路一22、接收电路二32在以下三种情况下的信号波形图的汇总比较图：(a)驱动电路块1与接收电路块2，3之间未连接任何匹配电路，也即是图1中所列情况；(b)驱动电路块1与接收电路块2，3之间连接有补偿电容器5作为匹配电路，也即是图2中所列情况；(c)驱动电路块1与接收电路块2，3之间连接有微带线结构6作为匹配电路，也即是图9中所列情况。从这些汇总的信号波形图可以看出，驱动电路12、接收电路一22、接收电路二32在情况(b)及情况(c)具有几乎相同的信号波形图，信号衰减程度减少，且信号的上升时间及下降时间也减少，从而降低了信号状态的切换速率。

本实施例提供了两个各具有一个接收电路的接收电路块，但是，本发明可应用于包括至少一个具有接收电路的接收电路块的信号传输电路，该微带线结构6可取代该信号传输电路中须利用外加补偿电容器的方式以降低信号切换速率的情况，如图17表示能够在多级信号传输电路中高速传输信号的一个例子，在该多级信号传输电路里，接收电路块一2、接收电路块二3进一步还和连接到传输线上的接收电路块7、8、9、10等相连接，因此，该接收电路一22以及该接收电路二32都可以为发送/接收电路，并且图9中的接收电路块一2中的电容器26及接收电路块二3中的电容器36可以分别用图17中的微带线结构26’、36’等效替代。

Claims

1.一种信号传输电路，包括：一驱动电路块、至少一接收电路块以及连接所述驱动电路块及所述接收电路块的主传输线，其特征在于：所述信号传输电路还包括一连接于所述驱动电路块及所述主传输线之间的一微带线结构，所述微带线结构在所述驱动电路块中信号状态变换过快时可降低信号切换速率。

2.如权利要求1所述的信号传输电路，其特征在于：所述驱动电路块包括一驱动电路及一第一传输支线，所述第一传输支线用以发送从所述驱动电路输出的信号至主传输线。

3.如权利要求2所述的信号传输电路，其特征在于：所述接收电路块包括一接收电路及一第二传输支线，所述第二传输支线用于接收从所述主传输线输入的信号并发送到所述接收电路。

4.如权利要求2所述的信号传输电路，其特征在于：所述接收电路块包括一接收电路、一补偿电容器及一第二传输支线，所述第二传输支线用于接收从所述主传输线输入的信号并发送到所述接收电路，所述补偿电容器连接于所述接收电路及所述第二传输支线之间以降低信号切换速率。

5.如权利要求2所述的信号传输电路，其特征在于：所述接收电路块包括一接收电路、一微带线结构及一第二传输支线，所述第二传输支线用于接收从所述主传输线输入的信号并发送到所述接收电路，所述微带线结构连接于所述接收电路及所述第二传输支线之间以降低信号切换速率。

6.如权利要求1或5所述的信号传输电路，其特征在于：所述微带线结构是利用布线技术蚀刻在印刷电路板上。

7.如权利要求6所述的信号传输电路，其特征在于：所述微带线结构为一圆环形状。

8.如权利要求7所述的信号传输电路，其特征在于：所述微带线结构的电容量与所述圆环面积成正比。

9.如权利要求8所述的信号传输电路，其特征在于：当所述微带线结构的电容量为4pF时，该圆环延伸所构成的扇形面积至少为12平方毫米。