CN101489347A - 电子设备及其阻抗控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子设备及其阻抗控制方法，该电子设备能够通过阻抗控制防止信号波形的失真，来稳定地传输高频带的信号(高速信号)。该电子设备包括：壳体，具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线；电介质，沉积在壳体和所述一条或多条信号线上；接地部分，布置在电介质上。

Description

电子设备及其阻抗控制方法
本申请要求于2008年1月14日提交到韩国知识产权局的第2008-0004153号韩国专利申请的权益，其公开通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种电子设备其阻抗控制方法，更具体地讲，涉及这样一种电子设备，该电子设备能够通过阻抗控制防止信号波形的失真，来稳定地传输高频带的信号(高速信号)，还涉及该电子设备的阻抗控制方法。
背景技术
通常，电子元件(诸如各种芯片)安装在印刷电路板(PCB)上，具有电路的印刷电路板安装在产品中。
近来，将被安装在印刷电路板上的电路的一部分被安装在一般由诸如塑料的非导体制成的产品壳体上，以实现轻、薄、短、小的产品。
使用当前的技术，按照如图1A和图1B所示的普通信号电路或差分信号电路的形式在安装在壳体上的电路中实现了高速IC(诸如数字信号处理器(DSP)和存储器)。
图1A的左图表示普通信号电路的俯视图，图1A的右图表示沿着左图的虚线截取的纵向截面图。
电源3、信号线2、负载5和地线4布置在壳体1上。来自电源3的信号沿着信号线2传输到负载5。通过负载5的信号通过地线4返回到电源3。在图1A的右图中，W表示信号线2或地线4的线宽，S表示信号线2和地线4之间的距离。
图1B的左图表示差分信号电路的俯视图，图1B的右图表示沿着左图的虚线截取的纵向截面图。
电源3、第一信号线2a、负载5和第二信号线2b布置在壳体1上。在连接电源3和负载5的线(图中的双点划线)上产生虚地。在这种情况下，沿着第一信号线2a传输D+信号(例如，+1V)，沿着第二信号线2b传输D-信号(例如，-1V)。来自电源3的D+信号沿着第一信号线2a传输到负载5。通过负载5的信号通过虚地线6返回到电源3。另外，来自电源3的D-信号沿着第二信号线2b传输到负载5。通过负载5的信号通过虚地线6返回到电源3。
在图1B中示出的差分信号电路的情况下，通过第一信号线2a和第二信号线2b来传输具有不同方向(正负号)的信号，以消除信号之间的噪声，由此获得比普通信号电路更稳定的信号。
在下文中简要解释根据频率的阻抗和特性的概念。
通常，阻抗表示在电路的特定位置处电流与电压的比率，并且可通过等式1获得。
[等式1]
Z 0 = R + jωL + 1 jωC
其中，Z0表示阻抗，R表示电阻分量，L表示电感分量，C表示电容分量，ω表示频率。
如等式1所示，在低速信号中，阻抗值由于低频率值(小值的ω)而由电阻分量决定，而在高速信号中，阻抗值由于高频率值(大值的ω)而由电感分量决定。具体地讲，在高频带，由于返回路径的电感分量是决定阻抗值的主要因素，所以可通过下面的等式2来获得阻抗。
[等式2]
Figure A200810189324D00052
图2A和图2B分别是显示安装在传统壳体上的普通信号电路和差分信号电路的阻抗的测量结果的曲线图。
从图2A和图2B中所示的阻抗的测量结果可看出，按照当前在电路中使用的线宽W和线距S获得了最小阻抗133欧姆(Ω)。该值不能满足USB所需的100Ω阻抗和普通电路所需的50Ω阻抗。
在这种情况下，可通过减小线距S或增大线宽W来降低阻抗。但是，工艺上的限制妨碍线距S的持续减小。此外，增大的线宽W不能实现轻、薄、短、小的产品的生产，而将电路安装在壳体上的原因是为了轻、薄、短、小的产品的生产。因此，阻抗控制仍然很困难，并且在将高速信号电路安装在壳体上的过程中存在限制。
在与低速信号(低频带)不同的高速信号(高频带)中，当不同的电路线被互连时，可在输入端和输出端之间产生阻抗差。在这种情况下，如图3A所示，由于输入波形和输出波形中的信号反射(实线表示输入波形，虚线表示输出波形)，导致产生信号失真。因此，信号完整性(SI)和电磁干扰(EMI)特性恶化，由此导致电路故障和电路装置失灵。相反，如图3B所示，如果在输入端和输出端之间不存在阻抗差，则输入波形和输出波形保持几乎均匀。因此，在高频(高速信号)电路中，需要电路线之间的阻抗控制(阻抗匹配)来防止电路故障并获得稳定的波形。
发明内容
作出本发明以解决上述问题。本发明的一方面在于提供一种电子设备，该电子设备能够通过阻抗控制防止信号波形的失真，来稳定地传输高频带的信号(高速信号)。
本发明的另外方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中部分是清楚的，或者通过本发明的实施可以被理解。
根据本发明的一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括：壳体，具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线；电介质，沉积在壳体和所述一条或多条信号线上；接地部分，布置在电介质上。
根据本发明的一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括：壳体，具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线；电介质，沉积在壳体和所述一条或多条信号线上；接地部分，布置在电介质上并具有多个孔。
优选的是，所述多个孔具有矩形形状，并且按照条形图案被布置。
优选的是，所述孔具有宽度，并且所述孔的宽度大于所述一条或多条信号线的宽度。
优选的是，所述孔的纵向方向与所述一条或多条信号线的布置方向不平行。
优选的是，所述孔的纵向宽度被调整，以改变相应信号线和接地部分之间的距离，从而控制阻抗。
根据本发明的另一方面，提供一种控制电子设备的阻抗的方法，所述电子设备包括壳体、电介质和接地部分，壳体具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线，电介质沉积在壳体和所述一条或多条信号线上，接地部分布置在电介质上，所述方法包括：调整沉积在壳体和所述一条或多条信号线上的电介质的厚度，以改变相应信号线和接地部分之间的距离，从而控制阻抗。
根据本发明的另一方面，提供一种控制电子设备的阻抗的方法，所述电子设备包括壳体、电介质和接地部分，壳体具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线，电介质沉积在壳体和所述一条或多条信号线上，接地部分布置在电介质上并具有按照条形图案布置的多个矩形孔，所述方法包括：调整所述孔的纵向宽度，以改变相应信号线和接地部分之间的距离，从而控制阻抗。
优选的是，所述孔的纵向方向与所述一条或多条信号线的布置方向不平行。
根据本发明的另一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括：壳体，具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线；电介质，沉积在壳体和所述一条或多条信号线上；接地部分，布置在电介质上，其中，接地部分与所述一条或多条信号线隔开预定距离。
优选的是，电介质具有表面，接地部分布置在电介质的整个表面上。
优选的是，所述预定距离提供大约50欧姆的阻抗。
优选的是，所述预定距离提供大约100欧姆的阻抗。
根据本发明，具有通过阻抗控制防止信号波形的失真来稳定地传输高频带的信号(高速信号)的效果。
此外，根据本发明，具有通过在产品的壳体上实现高速电路来提供轻、薄、短、小的产品的效果。
附图说明
通过结合附图，从下面对本发明示例性实施例的描述中，本发明示例性实施例的这些和/或其它方面及优点将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1A和图1B分别示出了安装在传统壳体上的普通信号电路和差分信号电路；
图2A和图2B分别是显示安装在传统壳体上的普通信号电路和差分信号电路的阻抗的测量结果的曲线图；
图3A是显示当在输入端和输出端之间存在阻抗差时输入波形和输出波形的曲线图，图3B是显示当在输入端和输出端之间不存在阻抗差时输入波形和输出波形的曲线图；
图4A和图4B分别示出了根据本发明第一实施例的电子设备的俯视图和纵向截面图；
图5A示出了根据本发明第二实施例的电子设备的俯视图，图5B示出了沿着图5A中所示的虚线A截取的纵向截面图，图5C示出了沿着图5A中所示的虚线B截取的纵向截面图；
图6示出了根据本发明第三实施例的电子设备的俯视图；
图7A和图7B分别示出了根据本发明第四实施例的电子设备的俯视图和纵向截面图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述这些实施例以解释本发明。
以下将参照附图来详细描述本发明的实施例。
图4A和图4B分别示出了根据本发明第一实施例的电子设备的俯视图和纵向截面图。
为了在安装在壳体上的电路中实现高速IC(诸如数字信号处理器(DSP)和存储器)，各种信号必须接地。
因此，如图4B所示(图4B是沿着图4A中的虚线截取的纵向截面图)，在形成了用于在壳体10上的电子元件之间传输信号的信号线20之后，特定量的电介质30沉积在壳体10和信号线20上，并且接地部分40均匀地堆叠在沉积的电介质30的整个表面上。
在这种情况下，当从顶部观看根据本发明第一实施例的电子设备时，如图4A所示，仅看见具有宽板形状的接地部分40。
可通过下面的等式3获得根据本发明第一实施例的电子设备的阻抗。
[等式3]
Z 0 = 87 ϵ r + 1.41 ln 5.98 h 0.8 w + t
其中，h表示信号线20和接地部分40之间的距离，εr表示电介质30的介电常数，w表示信号线20的线宽，t表示信号线20的高度(厚度)。
通常，由于信号线20的线宽w和信号线20的高度t是固定值，所以根据上面的阻抗等式，h和εr是可调整的变量。阻抗与介电常数εr成反比，与信号线20和接地部分40之间的距离h成正比。因此，在根据本发明第一实施例的电子设备的情况下，可通过调整信号线20和接地部分40之间的距离h(即，沉积在壳体10和信号线20上的电介质30的高度(厚度))，或者通过改变沉积的电介质的类型(电介质材料)，来控制阻抗。
以下将参照图5A至图5C来描述根据本发明第二实施例的电子设备。
本发明的第一实施例和第二实施例的差别在于布置在电介质30上的接地部分40的形状。
即，如图4A和图4B所示，根据本发明第一实施例的电子设备包括宽板形状的接地部分40，该接地部分40均匀地堆叠在沉积的电介质30的整个表面上。另一方面，如图5A所示，根据本发明第二实施例的电子设备包括接地部分40，该接地部分40具有按照条纹图案排列的多个矩形孔45，这些矩形孔45的水平长度大于垂直长度。在接地部分40之下沉积的电介质30的一部分通过形成在接地部分40上的孔45暴露在外。
当沿着图5A所示的虚线A剖开时，如图5B所示，由于在信号线20上沉积薄的电介质30，并且接地部分40直接形成在电介质30上，所以信号线20和接地部分40之间的距离h稍微小一些。另一方面，当沿着图5A所示的虚线B剖开时，如图5C所示，由于在信号线20之上没有形成接地部分40，所以信号线20和接地部分40之间的距离h稍微大一些。
如上所述，根据等式3，阻抗与信号线20和接地部分40之间的距离h成正比。如果如图5B所示，信号线20和接地部分40之间的距离h小(小值的h)，则阻抗被控制为具有小于普通电路的阻抗50Ω的值(大约20-30Ω)。另一方面，如果如图5C所示，由于孔45形成在接地部分40上，使得信号线20和接地部分40之间的距离h大(大值的h)，则阻抗被控制为具有大于普通电路的阻抗50Ω的值(大约70-80Ω)。
因此，当如图5A所示信号线20穿过条纹形状的接地部分40下方时，信号线20交替地穿过在信号线20之上形成接地部分40的那部分(阻抗被控制为大约20-30Ω)以及在信号线20之上没有形成接地部分40的那部分(阻抗被控制为大约70-80Ω)。因此，阻抗被控制为平均大约50Ω，50Ω是普通电路的阻抗。
如上所述，可通过调整信号线20和接地部分40之间的距离h来控制阻抗。通常，由于沉积在壳体10和信号线20上的电介质30具有非常小的厚度，所以实际上距离h几乎等于图5C中的距离
Figure A200810189324D0010102900QIETU
。因此，在该实施例中，通过调整距离h′来控制阻抗。即，调整形成在接地部分40上的孔的纵向宽度来改变距离h′，由此控制阻抗。
在该实施例(第二实施例)中，如图5A所示，位于在接地部分40之下的信号线20被布置为垂直于(以90度的角度)形成在接地部分40上的矩形孔45(或接地部分40的条形图案)。但是，如图6所示，信号线20可被布置为不垂直于形成在接地部分40上的矩形孔45(或接地部分40的条形图案)。
此外，在该实施例(第二实施例)中，只有一条线(信号线20)布置在壳体10上。但是，如图7A和图7B所示(图7B是沿着图7A中的虚线截取的纵向截面图)，多条信号线20可布置在壳体10上。
虽然已经显示和描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对实施例作出各种改变。

Claims (14)

1、一种电子设备，包括：
壳体，具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线；
电介质，沉积在壳体和所述一条或多条信号线上；
接地部分，布置在电介质上。
2、一种电子设备，包括：
壳体，具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线；
电介质，沉积在壳体和所述一条或多条信号线上；
接地部分，布置在电介质上并具有多个孔。
3、根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述多个孔具有矩形形状，并且按照条形图案被布置。
4、根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述孔具有宽度，并且所述孔的宽度大于所述一条或多条信号线的宽度。
5、根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述孔的纵向方向与所述一条或多条信号线的布置方向不平行。
6、根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述孔的纵向宽度被调整，以改变相应信号线和接地部分之间的距离，从而控制阻抗。
7、根据权利要求6所述的电子设备，其中，所述孔的纵向方向与所述一条或多条信号线的布置方向不平行。
8、一种控制电子设备的阻抗的方法，所述电子设备包括壳体、电介质和接地部分，壳体具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线，电介质沉积在壳体和所述一条或多条信号线上，接地部分布置在电介质上，所述方法包括：
调整沉积在壳体和所述一条或多条信号线上的电介质的厚度，以改变相应信号线和接地部分之间的距离，从而控制阻抗。
9、一种控制电子设备的阻抗的方法，所述电子设备包括壳体、电介质和接地部分，壳体具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线，电介质沉积在壳体和所述一条或多条信号线上，接地部分布置在电介质上并具有按照条形图案布置的多个矩形孔，所述方法包括：
调整所述孔的纵向宽度，以改变相应信号线和接地部分之间的距离，从而控制阻抗。
10、根据权利要求9所述的方法，其中，所述孔的纵向方向与所述一条或多条信号线的布置方向不平行。
11、一种电子设备，包括：
壳体，具有用于在电子元件之间传输信号的一条或多条信号线；
电介质，沉积在壳体和所述一条或多条信号线上；
接地部分，布置在电介质上，其中，接地部分与所述一条或多条信号线隔开预定距离。
12、根据权利要求11所述的电子设备，其中，电介质具有表面，接地部分布置在电介质的整个表面上。
13、根据权利要求11所述的电子设备，其中，所述预定距离提供大约50欧姆的阻抗。
14、根据权利要求11所述的电子设备，其中，所述预定距离提供大约100欧姆的阻抗。
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