CN110224208B - 可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构,包含第一相移器、第二相移器与共模信号抑制元件,第一相移器包含两个馈入单元,第二相移器与第一相移器相对设置且包含两个输出单元,共模信号抑制元件包含四个线段与一中间区段,中间区段位于两馈入单元及两输出单元的分布区域的中央,第一线段连接在一馈入单元与中间区段之间,第二线段连接在另一馈入单元与中间区段之间,第三线段连接在一输出单元与中间区段之间,第四线段连接在另一输出单元与中间区段之间;本发明通过共模信号抑制元件进行共模信号的抑制。

Description

可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构
技术领域
本发明有关一种滤波器的微带线结构,特别是指可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构。
背景技术
因为差分传输(differential transmission)对环境噪声具有高抗干扰特性,例如低电磁干扰(EMI)和低串扰(crosstalk)的优点,故差分传输技术已成为高速数字信号系统的一组成部分。
在理想的平衡结构情况下,数字信号系统应只存在差模信号。但基于电路布局考量、设计规则限制或制造误差等因素,导致不可避免的不平衡结构,从而引起共模信号(common-mode noise),共模信号为一种噪声而会引起电磁干扰或射频干扰等问题,故有抑制共模信号的需求。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的是提供一种可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构,可应用于数字信号系统或无线通讯系统以提供抑制共模信号的功效。
本发明可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构形成于一基板且包含:
一第一相移器,包含沿着一第一轴向并列设置的两个馈入单元;
一第二相移器,与该第一相移器分离设置且包含沿着该第一轴向并列设置的两个输出单元,其中该两输出单元沿着一第二轴向分别相对于该两馈入单元,该第一轴向垂直该第二轴向;以及
一共模信号抑制元件,包含:
一中间区段,位于该两馈入单元及该两输出单元的分布区域的中央;
一第一线段,连接在其中之一馈入单元与该中间区段之间;
一第二线段,连接在另一馈入单元与该中间区段之间;
一第三线段,连接在其中之一输出单元与该中间区段之间;及
一第四线段,连接在另一输出单元与该中间区段之间。
根据本发明微带线结构,对该共模信号抑制元件进行奇模激励分析及偶模激励分析,被建模为偶模激励的同相信号可通过该共模信号抑制元件而前进到该第二相移器,并在该第二相移器被转换回差模信号后输出;惟被建模为奇模激励的异相信号在进入该第二相移器之前就被阻挡,故无法通过该第二相移器,藉此达到抑制共模信号的功效。
附图说明
图1:本发明微带线结构的实施例的平面示意图。
图2:本发明对共模信号抑制元件进行偶模激励分析的示意图。
图3:本发明对共模信号抑制元件进行奇模激励分析的示意图。
图4:本发明在0°和非0°馈入技术的波形示意图。
图5:本发明在差模模态的传输系数特性曲线示意图。
图6:本发明在共模模态的传输系数特性曲线示意图。
图7:本发明微带线结构的实施例的平面示意图。
图8:本发明在差模模态的传输系数特性曲线示意图。
图9:本发明在共模模态的传输系数特性曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
参考图1,本发明差分滤波器微带线结构的实施例可形成于一基板(图中未示)的表面,所述微带线结构为具导电性的多个金属层(例如铜层)所形成的结构,以实施差分滤波及抑制共模信号的功能。本发明的实施例包含一第一相移器10、一第二相移器20以及一共模信号抑制元件30。
该第一相移器10包含沿着一第一轴向并列设置的两个馈入单元11,该第二相移器20与该第一相移器10分离设置且包含沿着该第一轴向并列设置的两个输出单元21,其中该两输出单元21沿着一第二轴向分别相对于该两馈入单元11,以分别位在该两馈入单元11的一侧,该第一轴向垂直该第二轴向,如图1所示,该第一轴向可为Y轴向,该第二轴向可为X轴向。该共模信号抑制元件30可略为“X”的形状构造包含一第一线段31、一第二线段32、一第三线段33、一第四线段34与一中间区段35,该中间区段35位于该两馈入单元11及该两输出单元21的分布区域的中央,该第一线段31连接在其中之一馈入单元11与该中间区段35之间,该第二线段32连接在另一馈入单元11与该中间区段35之间,该第三线段33连接在其中之一输出单元21与该中间区段35之间,该第四线段34连接在另一输出单元21与该中间区段35之间。
本发明实施例中,该第一相移器10可为180°相移器,如图1所示,该第一相移器10的该两馈入单元11可具有相同的结构,各该馈入单元11包含一第一微带线段111、一第二微带线段112与一开路环型共振器(Open-Loop Ring Resonator,OLRR)113。该第一微带线段111可为一均匀的直线段,其沿着该第一轴向延伸并于端部设有一输入接点114;该第二微带线段112可为另一均匀的直线段,其沿着该第二轴向与该第一微带线段111相对设置且沿着该第一轴向延伸;该开路环型共振器113位在该第一微带线段111与该第二微带线段112之间,包含沿着第二轴向相对设置的一C型部115与一反C型部116,且该C型部115的开口117位置相邻于该反C型部116的开口118位置。该共模信号抑制元件30的该第一线段31连接在所述其中之一馈入单元11的第二微带线段112与该中间区段35之间,而该第二线段32连接在所述另一馈入单元11的第二微带线段112与该中间区段35之间。
本发明实施例中,该第二相移器20亦可为180°相移器,如图1所示,该第二相移器20的该两输出单元21可具有相同的结构,各该输出单元21包含一第一微带线段211、一第二微带线段212与一开路环型共振器213。该第一微带线段211可为一均匀的直线段,其沿着该第一轴向延伸;该第二微带线段212可为另一均匀的直线段,其沿着该第二轴向与该第一微带线段211相对设置且沿着该第一轴向延伸,并于端部设有一输出接点214;该开路环型共振器213位在该第一微带线段211与该第二微带线段212之间,包含沿着第二轴向相对设置的一C型部215与一反C型部216,且该C型部215的开口217位置相邻于该反C型部216的开口218位置。该共模信号抑制元件30的该第三线段33连接在所述其中之一输出单元21的第一微带线段211与该中间区段35之间,而该第四线段34连接在所述另一输出单元21的第一微带线段211与该中间区段35之间。
通过调整各C型部115、215的长度、各反C型部116、216的长度及该共模信号抑制元件30的各线段31~34的长度,可用以调整谐振频率。
当从该第一相移器10以0°馈入技术(即:信号传输方向是馈入单元11传送到斜向相对的输出单元21)和非0°馈入技术(即:信号传输方向是馈入单元11传送到沿着第二轴向水平相对的输出单元21,而为180°馈入技术)馈入信号时,对该共模信号抑制元件30进行偶模激励(even-mode excitation)分析及奇模激励(odd-mode excitation)分析,参考图2,被建模为偶模激励的同相信号40可通过该共模信号抑制元件30而前进到该第二相移器20,并在该第二相移器20的输出接点214被转换回差模信号。参考图3,然而,被建模为奇模激励的异相信号50中止于该共模信号抑制元件30的中间区段35(相当于被接地),故所述异相信号50在进入该第二相移器20之前被阻挡。参考图4,揭示0°馈入技术的相位波形A和非0°馈入技术的相位波形B,从该第一相移器10的两个第二微带线112所输出两笔信号来说,在1.5GHz至3.5GHz的频率范围内,其相位不平衡的情况在180°±1.5°,换言之,相位差可有效保持在180°。
参考图5所示的差模模态的传输系数(transmission coefficient,S21)特性曲线示意图,虚线波形是没有本发明的共模信号抑制元件30的曲线,实线波形是本发明的曲线,可见差模信号在1GHz、1.5GHz及2.15GHz皆能有效传输,换言之,差模信号的传输不会因设置该共模信号抑制元件30而受到影响。参考图6所示的共模模态的传输系数(S21)特性曲线示意图,虚线波形是没有本发明的共模信号抑制元件30的曲线,实线波形是本发明的曲线,显然的,本发明通过该共模信号抑制元件30的设置,在1GHz、1.5GHz及2.15GHz可有效抑制共模信号。
本发明实施例中,本发明微带线结构可形成在Rogers RT/duroid 5880基板,基板厚度可为0.8毫米,相对介电常数(εr)可为2.2,损耗正切(loss tangent)可为0.0009。以所述馈入单元11尺寸可与所述输出单元21的尺寸相同,参考图7并对照图1,以该馈入单元11为例,该第一微带线段111的一末端至该输入接点114的1/2处的长度θ1可为10毫米(mm),该第一微带线段111的另一末端至该输入接点114的1/2处的长度θ2可为90毫米,该C型部115或该反C型部116的长度θ3可为180毫米,该共模信号抑制元件30的各线段31~34长度θ4可为45毫米。该第一微带线段111至该C型部115的间隙g1或该第二微带线段112至该反C型部116的间隙可为0.2毫米,该C型部115及该反C型部116之间的间隙g2可为0.43毫米,该C型部115或该反C型部116的开口117、118宽度g3可为2毫米。该第一相移器10与该第二相移器20之间的间距d可为250毫米。以该输出单元21为例,该第一微带线段211的阻抗Z1可为140欧姆,该C型部215于开口217处的阻抗Z2可为73.8欧姆,该C型部215于平行第二轴向的区段的阻抗Z3可为68欧姆,该C型部215于平行第一轴向且相邻第一微带线段211的区段的阻抗Z4可为68欧姆,该共模信号抑制元件30的各线段31~34阻抗Z5可为70.8欧姆。本发明元件尺寸为0.61λg×0.58λg,其中λg为导波长。
基于上述规格进行实际测量及电脑模拟,请配合参考图8的差模模态的传输系数(S21)特性曲线示意图,实线波形为实际测量的信号曲线,虚线波形为电脑模拟曲线,关于在2.15GHz的中心频率处的性能,可见实际测量结果与电脑模拟结果大致相符,其最小插入损耗约为1.85dB,带宽为7.53%,并在1.68GHz及2.7GHz具有传输零点。参考图9的共模模态的传输系数(S21)特性曲线示意图,实线波形为实际测量的信号曲线,虚线波形为电脑模拟曲线,同样的,实际测量结果与电脑模拟结果大致相符,且共模信号在0~5GHz范围至少被抑制30dB,而在2.15GHz附近被抑制达44.8dB,验证本发明可有效抑制共模信号,且差模信号得以维持。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构,其特征在于,形成于一基板且包含:
一第一相移器,包含沿着一第一轴向并列设置的两个馈入单元;
一第二相移器,与该第一相移器分离设置且包含沿着该第一轴向并列设置的两个输出单元,其中该两输出单元沿着一第二轴向分别相对于该两馈入单元,该第一轴向垂直该第二轴向;以及
一共模信号抑制元件,包含:
一中间区段,位于该两馈入单元及该两输出单元的分布区域的中央;
一第一线段,连接在其中之一馈入单元与该中间区段之间;
一第二线段,连接在另一馈入单元与该中间区段之间;
一第三线段,连接在其中之一输出单元与该中间区段之间;及
一第四线段,连接在另一输出单元与该中间区段之间;
各该馈入单元包含:
一第一微带线段,沿着该第一轴向延伸并于端部设有一输入接点;
一第二微带线段,沿着该第二轴向与该馈入单元的该第一微带线段相对设置且沿着该第一轴向延伸;及
一开路环型共振器,位在该馈入单元的该第一微带线段与该第二微带线段之间;
该共模信号抑制元件的该第一线段连接在所述其中之一馈入单元的第二微带线段与该中间区段之间,而该第二线段连接在所述另一馈入单元的第二微带线段与该中间区段之间。
2.如权利要求1所述的可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构,其特征在于,各该输出单元包含:
一第一微带线段,沿着该第一轴向延伸;
一第二微带线段,沿着该第二轴向与该输出单元的该第一微带线段相对设置且沿着该第一轴向延伸,并于端部设有一输出接点;及
一开路环型共振器,位在该输出单元的该第一微带线段与该第二微带线段之间;
该共模信号抑制元件的该第三线段连接在所述其中之一输出单元的第一微带线段与该中间区段之间,而该第四线段连接在所述另一输出单元的第一微带线段与该中间区段之间。
3.如权利要求1所述的可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构,其特征在于,各该馈入单元的该开路环型共振器包含沿着该第二轴向相对设置的一C型部与一反C型部,该C型部的一开口位置相邻于该反C型部的一开口位置。
4.如权利要求2所述的可抑制共模信号的差分滤波器微带线结构,其特征在于,各该输出单元的该开路环型共振器包含沿着该第二轴向相对设置的一C型部与一反C型部,该C型部的一开口位置相邻于该反C型部的一开口位置。
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