CN106849896A - 一种滤波器件和电子设备 - Google Patents

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魏伟
唐洪刚
于慧洋
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Abstract

本发明提供了一种滤波器件和电子器件，其中，所述滤波器件至少包括设置在电路板上的一对差分信号输入端和一对差分信号输出端；以及连接在所述差分信号输入端和差分信号输出端之间的用于传输差分信号对的回旋线路结构；所述回旋线路结构构造为能够根据右手定则定律使所传输的差分信号对所产生的磁场强度相互抵消。本发明具有低成本且抗共模干扰效果好的特点。

Description

一种滤波器件和电子设备
技术领域
本发明涉及抗共模干扰器件领域，特别涉及一种滤波器件和电子设备。
背景技术
计算机等电子设备内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰，即EMI干扰。EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发射，造成电磁辐射污染，干扰通信信道与其他电气设备运行，并使设备无法满足各国的EMC法规指令要求。
而电磁干扰在产生原理上又可分为差模干扰和共模干扰，相比于差模干扰，共模干扰更容易造成空间辐射，如果电路中产生的共模电流不经过衰减过滤，那么共模干扰电流就很容易通过接口数据线在线缆中产生共模辐射。为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰，研发人员必须合理安排滤波电路来过滤共模干扰，共模电感就是滤除共模干扰较常用的一种滤波电路设计。
但是目前的共模电感或者蛇形走线设计存在以下几个方面的缺点难以克服：
(1)成本高:如果每个端口或者每个线路都采用共模电感设计，成本过高；
(2)可靠度低：因为共模电感结构和工艺复杂，又串联在电路中，会造成整个系统可靠度下降；
(3)插损大：因为插损较大，影响信号质量，导致EMI和S I之间难以平衡；
(4)效费比低：因为增加成本且引入诸多风险只为抑制EMI，效费比较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种低成本且抗共模干扰效果好的滤波器件和电子设备。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了如下的技术方案：
一种滤波器件，其至少包括设置在电路板上的一对差分信号输入端和一对差分信号输出端；以及连接在所述差分信号输入端和差分信号输出端之间的用于传输差分信号对的回旋线路结构；
所述回旋线路结构构造为能够根据右手定则定律使所传输的差分信号对所产生的磁场强度相互抵消。
其中，在所述差分信号输入端和差分信号输出端位于相同层的电路板上时，所述回旋线路结构构造为从所述差分信号输入端开始由内向外回旋至所述差分信号输出端，或者从所述差分信号输入端开始由外向内的回旋至形成为所述回旋线路结构的回旋中心的差分信号输出端。
其中，在所述差分信号输入端和差分信号输出端位于不同层的电路板上时，所述回旋线路结构包括位于所述差分信号输入端所在的电路板上的第一回旋线路和位于所述差分信号输出端所在的电路板上的第二回旋线路；
其中第一回旋线路构造为从所述差分信号输入端开始由外向内的回旋至回旋中心，第二回旋线路构造为从对应于所述回旋中心的位置由内向外的回旋至所述差分信号输出端。
其中，还包括在所述回旋中心连接至所述差分信号输出端所在的电路板上对应的位置处的连接器件；所述连接器件包括铜线或铜片。
其中，所述回旋线路结构构造为环形回旋结构。
其中，所述回旋线路结构构造为按照预定角度形成回旋线路，所述预定角度包括135度。
其中，在同层电路板上设置有多个所述回旋线路结构。
本发明实施例还提供了一种电子设备，其包括如上所述的滤波器件。
其中，所述电子设备包括手机或计算机。
与现有技术相比，本发明实施例具备的有益效果在于：
1、本发明实施例不需要采用绕线等工艺，也不需要将元件插入线路中，只需要直接布设在电路板上，其成本显著下降，效费比较高，可以大量使用；
2、本发明实施例的抗干扰效果好，尤其适合医疗、航空航天、军事、生命支持等高可靠度需求设备的共模干扰抑制；
3、具有低插损的特点，因为不需要插入线路中，插损对信号的影响可以降低到最低；
4、相比与蛇形线的互耦方式具备的电感值较大，作用频段较宽。
附图说明
图1为本发明实施例中的滤波器件的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中的滤波器件的结构示意图；
图3为本发明实施例中的环形线路回旋结构的示意图；
图4为本发明另一实施例中的滤波器件的结构示意图。
附图标记说明
100-电路板 101a、101b-差分信号输入端
102a、102b-差分信号输出端 103-回旋线路结构
103a-第一回旋线路 103b-第二回旋线路
具体实施方式
本发明实施例提供了一种低成本、抗共模干扰效率高的滤波器件。该滤波器件可以直接构造在电路板上，无需附加其他电子器件，而实现滤除共模信号的作用，因此具备成本低，无插损的特点。
具体的，图1为本发明实施例中的滤波器件的结构示意图，图2为本发明另一实施例中的滤波器件的结构示意图。
其中，如图1和2所示，本发明实施例中的滤波器件可以包括设置在电路板100上的一对差分信号输入端101a和101b，差分信号输出端102a和102b，以及连接在差分信号输入端101a、101b和差分信号输出端102a、102b之间的用于传输差分信号对的回旋线路结构103。并且，该回旋线路结构103可以构造为能够根据右手定则定律抵消所传输的差分信号对中的两路差模信号所产生的磁场强度。另外，本实施例中的回旋线路结构103可以是形成在电路板100上的印制线。
本发明实施例中的滤波器件用于滤除传输的差分信号中的共模干扰。即在差分信号输入端101a和101b输入的是一对差分信号。差分信号为两个振幅相等，相位相反的信号。本发明实施例旨在利用回旋线路结构消除该对传输的差分信号中的共模干扰。
具体的，回旋线路结构可以构造为环形结构或者按照预定角度回旋的线路结构。如图1和2所示，分别为按照预定角度为135度回旋的线路结构，其可以方便工程人员布置该回旋线路结构。其中，回旋线路结构可以是从内向外回旋(如图1所示)，也可以是从外向内回旋(如图2所示)，具体可以根据电路板上的差分信号输入端101a、101b和差分信号输出端102a和102b的位置以及其他电子器件的位置决定。
另外，如图3所示，为本发明实施例中的环形线路回旋结构的示意图。同样的，该回旋线路结构可以是从内到外回旋，也可以是从外到内回旋，具体也可以根据需求进行设置。
上述实施例中的线路回旋结构可以应用于同层电路板上，即在差分信号输入端101a和101b以及差分信号输出端102a和102b布设在相同层的电路板100上时，回旋线路结构103可以构造为从差分信号输入端101a和101b开始由内向外回旋至差分信号输出端102a和102b，或者从所述差分信号输入端101a和101b开始由外向内的回旋至形成为所述回旋线路结构的回旋中心的差分信号输出端102a和102b。由于差分信号输入端的两组回旋线路为同向的线路。根据右手定则，差分信号对中的差模信号的电流磁通量大小相等、方向相反，磁通量可以相互抵消，所以磁通量为0。对于差模信号来说，其感抗为0，即对于差模信号没有阻碍作用。而对于共模信号，共模电流磁通量大小相等，方向相同，磁通量会相互叠加，所以磁通量会加倍。即此设计对于共模干扰的抑制会明显降低共模电流大小，从而抑制由共模电流导致的EMI辐射问题。
具体的，通过毕奥萨伐尔定律等电磁场理论，本设计的线圈感抗XL、自感系数Lcm和线圈中交流信号的频率F之间的关系为：XL＝2ЛFLcm。而根据自感系数的定义Lcm＝Ψ/i＝NΦ/i。
其中，N为各层回旋线路结构103的回旋圈数的总和，i为电流值，Ψ为磁通量总和，Φ表示每匝回旋线路结构的磁通量的值，该磁通量的值与磁场强度正相关。
同时，从差分信号输入端101a回旋到差分信号输出端102a的回旋线路，与从差分信号输入端101a回旋到差分信号输出端102b的回旋线路应当构成同心的螺旋回旋结构，以满足根据右手定律抵消两组电流中的差分信号所产生的磁场强度，从而对差模信号没有任何影响，只产生对于共模信号的干扰抑制。
而对于本申请，虽然每匝回旋线路的磁通量不是固定值，但是由于传输差分信号对的回旋线路结构相同，根据右手定则，其中差模信号产生的磁场必然会被相互抵消，即对差模信号的感抗为0，而对于共模信号的感抗相当于加倍，从而抑制共模信号。而对于本申请中的回旋线路结构所形成的自感系数Lcm计算比较复杂，其可以通过直流电桥法直接进行测定。
另外，虽然本发明实施两种的差分信号输入端和差分信号输出端的数量均为一对，但是在其他实施例中，在同层电路板上可以具有多对差分信号输入端和差分信号输出端，各对应的输入端和输出端之间可以布设上述回旋线路结构，以抑制传输的信号中的共模干扰。
另外，本实施例中，上述回旋线路结构可以布设在不同层的电路板上，如图4所示，本发明实施例中的差分信号输入端101a、101b和差分信号输出端102a、102b可以设置在不同层的电路板上100时，回旋线路结构103可以包括位于差分信号输入端101a、101b所在的电路板100a上的第一回旋线路103a和位于差分信号输出端102a、102b所在的电路板100b上的第二回旋线路103b；
其中第一回旋线路103a可以构造为从差分信号输入端101a、101b开始由外向内的回旋至回旋中心，第二回旋线路103b构造为从对应于回旋中心的位置由内向外的回旋至所述差分信号输出端102a、102b。在各层上的回旋线路103a和103b可以独立的构造成回旋线路结构，并可以通过连接器件连接到其他层的电路板上。
如图4所示，两根差分信号线分别从多层电路板100的其中一层接入101a、101b两个端口，在该层电路板上以135度角折线的方式向内形成同心圆螺旋走线，或者形成同心环形走线，当该回旋线路到达同心圆圆心(回旋中心)时，通过该层电路板100a上的端口A1、A2穿层到设置有差分信号输出端102a、102b的另一层电路板100b上，并接入B1、B2端口，再从B1、B2端口开始以135度角折线的方式或环形螺旋的方式回旋到差分信号输出端102a、102b，形成不同层电路板上的回旋线路结构。
另外，本发明实施例中是以两层电路板为例进行说明，但是本发明实施例中可以包括多层电路板，各层电路板上均可以对应的设置有回旋线路，以消除共模干扰。
同样的，根据右手定则，因为同层电路板上的回旋线路所传输的差模电流磁通量大小相等，方向相反，磁通量相互抵消，所以磁通量为0。
虽然本实施例中的差分信号输入端和差分信号输出端不在同一层的电路板上，但是由于在各层电路板上的回旋线路结构中的差分信号中的共模信号都由于回旋线路结构中的磁场的叠加而被抑制，因此可以达到对共模信号的抑制。
在本发明实施例中，不同层的电路板可以通过连接器件进行信号的电连接，即在如图4所示的结构示意图中，一层电路板上的端口A1、A2可以通过连接器件连接至另一电路板上的端口B1、B2处，该连接器件可以包括铜线或铜片的金属器件。
通过上述实施例可以获知，本发明实施例中的滤波器件可以构造为共模电感，其以回旋线路结构的形式形成在电路板上，具有制作简单的效果。另外，由于本申请中的回旋线路结构是可以直接形成在电路板上的，通过该回旋线路结构可以抑制所传输的差分信号的共模干扰。而且，由于直接形成在电路板上，而无需使用额外的滤波器件，可以减少成本，并避免插损率。
另外，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备内可以包括如上实施例中所述的滤波器件。本实施例中电子设备可以是任意的手持终端设备，或者是需要抑制共模干扰的电子器件，例如，电子设备可以包括手机或任意的计算机设备。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种滤波器件，其至少包括设置在电路板上的一对差分信号输入端和一对差分信号输出端；以及连接在所述差分信号输入端和差分信号输出端之间的用于传输差分信号对的回旋线路结构；
所述回旋线路结构构造为能够根据右手定则定律使所传输的差分信号对所产生的磁场强度相互抵消。
2.根据权利要求1所述的滤波器件，其中，在所述差分信号输入端和差分信号输出端位于相同层的电路板上时，所述回旋线路结构构造为从所述差分信号输入端开始由内向外回旋至所述差分信号输出端，或者从所述差分信号输入端开始由外向内的回旋至形成为所述回旋线路结构的回旋中心的差分信号输出端。
3.根据权利要求1所述的滤波器件，其中，在所述差分信号输入端和差分信号输出端位于不同层的电路板上时，所述回旋线路结构包括位于所述差分信号输入端所在的电路板上的第一回旋线路和位于所述差分信号输出端所在的电路板上的第二回旋线路；
其中第一回旋线路构造为从所述差分信号输入端开始由外向内的回旋至回旋中心，第二回旋线路构造为从对应于所述回旋中心的位置由内向外的回旋至所述差分信号输出端。
4.根据权利要求3所述的滤波器件，其中，还包括在所述回旋中心连接至所述差分信号输出端所在的电路板上对应的位置处的连接器件；所述连接器件包括铜线或铜片。
5.根据权利要求1所述的滤波器件，其中，所述回旋线路结构构造为环形回旋结构。
6.根据权利要求1所述的滤波器件，其中，所述回旋线路结构构造为按照预定角度形成回旋线路，所述预定角度包括135度。
7.根据权利要求1所述的滤波器件，其中，在同层电路板上设置有多个所述回旋线路结构。
8.一种电子设备，其包括如权利要求1-7中任意一项所述的滤波器件。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中，所述电子设备包括手机或计算机。
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