CN111370830A - 差分共面波导传输线 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种差分共面波导传输线，涉及电子设备领域。这种差分共面波导传输线包括：介质基片，具有相对设置的第一表面和第二表面，第一表面包括第一区域和包围第一区域的第二区域；差分信号传输线，设置于第一表面的第一区域；第一导电层，设置于第一表面的第二区域；其中，第一导电层包括相对设置的第一地电极和第二地电极，以及连接第一地电极和第二地电极的第三地电极；第一地电极和第二地电极间隔设置于差分信号传输线的两侧，第三地电极间隔设置于差分信号传输线的一端。这种差分共面波导传输线可以降低信号对于差分信号传输线由于不匹配而造成的共模噪声的敏感度，从而提升信号质量。

Description

差分共面波导传输线

技术领域

本申请涉及电子设备领域，尤其涉及一种差分共面波导传输线。

背景技术

随着社会的发展，通信系统的传输容量越来越大，光器件封装中对差分结构的应用也越来越多，特别是在高频信号线路中，差分共面波导使用广泛。共面波导属于一种传输线结构，用于与其他微波有源或无源器件连接，构成电路。共面波导包括中心导带和两侧与地连接的地极，中心导带用于设置信号线供信号传输，如果信号线为差分信号线(驱动端发送两个等值反相的信号，接收端通过比较两个电压的差值确定逻辑状态是0还是1，而承载差分信号的两条信号线即差分信号线)，那么对应的共面波导结构为差分波导结构。

在差分共面波导结构中，由于差分信号线中的承载正信号的线和承载负信号的线由于设计和工艺等原因不能良好匹配，生成较大的共模噪声(共模噪声又称线路对地的噪声，即两条信号线对地的噪声)，继而影响差分共面波导传输线传输的信号质量。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种差分共面波导传输线，以解决差分共面波导传输线传输的信号共模噪声大的问题。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种差分共面波导传输线，包括：介质基片，具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面包括第一区域和包围所述第一区域的第二区域；差分信号传输线，设置于所述第一表面的所述第一区域；第一导电层，设置于所述第一表面的所述第二区域；其中，所述第一导电层包括相对设置的第一地电极和第二地电极，以及连接所述第一地电极和所述第二地电极的第三地电极；所述第一地电极和所述第二地电极间隔设置于所述差分信号传输线的两侧，所述第三地电极间隔设置于所述差分信号传输线的一端。

进一步地，还包括第二导电层，所述第二导电层设置于所述第二表面，并电连接于所述第一导电层。

进一步地，所述差分信号传输线包括间隔设置的第一信号传输线和第二信号传输线，所述第一地电极靠近所述第一信号传输线设置，所述第二地电极靠近所述第二信号传输线设置，所述第三地电极与所述第一传输线和所述第二传输线均间隔设置，所述第一传输线的端部与所述第三地电极的间距、所述第二传输线的端部与所述第三地电极的间距、所述第一地电极与所述第一信号传输线的间距、所述第二地电极与所述第二信号传输线的间距均相等。

进一步地，所述介质基片上具有过孔，所述过孔位穿过所述第一表面的第二区域以及所述第二表面，所述过孔内具有第一导电结构，所述第一导电层和所述第二导电层通过所述第一导电结构电连接。

进一步地，所述介质基片具有分别连接于所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述侧面具有第二导电结构，所述第一导电层和所述第二导电层通过所述第二导电结构电连接。

进一步地，所述第一导电层和所述第二导电层均为片状。

进一步地，所述第一导电层和所述第二导电层均为镀金层。

进一步地，还包括第一导线，所述第一导线的一端连接于所述差分信号传输线靠近所述第一导电层的一端，所述第一导线的另一端用于连接目标电子设备的目标信号线。

进一步地，所述目标信号线包括第一信号线和第二信号线，所述第一导线设置为多个，所述第一信号线通过多个所述第一导线中的部分连接于所述第一信号传输线，所述第二信号线通过多个所述第一导线中的另外部分连接于所述第二信号传输线。

进一步地，还包括第二导线，所述第二导线的一端连接于所述第一导电层，所述第二导线的另一端用于连接于所述目标电子设备的目标地线。

本申请实施例提供的差分共面波导传输线，第一导电层上的第一地电极、第二地电极以及第三地电极形成U形，以在第一表面从三个方向包围差分信号传输线，形成了连接地线的地包围结构，利用地包围结构可以降低信号对于差分信号传输线由于不匹配而造成的共模噪声的敏感度，从而提升信号质量。

附图说明

图1为本申请实施例提供的差分共面波导结构在工作状态下的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的具有第四地电极的差分共面波导结构的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的差分共面波导结构中第二导电层的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的第一导电结构和过孔间隙配合的差分共面波导结构的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的第一导电结构和过孔过渡配合或过盈配合的差分共面波导结构的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的第二导电结构设置于介质基片侧面的差分共面波导结构的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的差分共面波导结构在差分信号传输线匹配和不匹配情况下回波损耗仿真测试曲线图。

附图标记说明

100-差分共面波导结构；110-介质基片；111-过孔；120-差分信号传输线；121-第一信号传输线；122-第二信号传输线；130-第一导电层；131-第一地电极；132-第二地电极；133-第三地电极；134-第四地电极；141-第一导线；142-第二导线；150-第二导电层；161-第一导电结构；162-第二导电结构；200-电子设备；210-目标信号线；211-第一信号线；212-第二信号线；220-目标地线。

具体实施方式

在具体实施方式中所描述的各个实施例中的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以进行各种组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本申请中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

在本申请实施例记载中，需要说明的是，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例可以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1所示，本申请提供了一种差分共面波导结构100，包括介质基片110、差分信号传输线120以及第一导电层130。

介质基片110具有相对设置的第一表面和第二表面。具体的，在本申请的实施例中第一表面可以指的是图1中介质基片110的顶面，相应的，第二表面即为图1中介质基片110的底面。当然，在本申请的其他实施例中，第一表面和第二表面也可以为介质基片110上其他的相对的两个面。第一表面包括第一区域和包围第一区域的第二区域。这里，第二区域包围第一区域可以为第二区域从四个方向包围第一区域，也可以为第二区域从三个方向包围第一区域，具体的，在本申请的实施例中，第二区域形成U形，从三个方向包围第一区域。差分信号传输线120设置于第一表面的第一区域。具体的，差分信号传输线120贴合于第一表面，介质基片110为差分信号传输线120的信号传递提供载体。

第一导电层130设置于第一表面的第二区域，第一导电层130用于连接地线。其中，第一导电层130包括相对设置的第一地电极131和第二地电极132，第一地电极131和第二地电极132分别间隔设置在差分信号传输线120的两侧。具体的，第一地电极131和第二地电极132分布在差分信号传输线120的左右两侧并与差分信号传输线120之间具有间隙。第一导电体还包括第三地电极133，第三地电极133的两端分别连接于第一地电极131和第二地电极132，第三地电极133间隔设置于差分信号传输线120的一端。具体的，第三地电极133设置在靠近差分信号传输线120上用于连接导线的一端并与该端之间设置有间隙。

第一导电层130上的第一地电极131、第二地电极132以及第三地电极133形成U形，以在第一表面从三个方向包围差分信号传输线120，形成了连接地线的地包围结构，利用地包围结构可以降低信号对于差分信号传输线120由于不匹配而造成的共模噪声的敏感度，从而提升信号质量。

具体的，在本申请中，第一导电层130采用金或银等导电材料制成，并且由于第一导电层130铺设于第二区域，可以将第一区域内的差分信号传输线120产生的热量传递至外界，并且由于平铺于第二区域，散热面积大，可以有效降低差分信号传输线120在工作状态下的温度，为差分信号传输线120的工作提供稳定的温度环境。

如图2所示，在本申请的其他实施例中，第一导电层130也可以包括第四地电极134，第四地电极134间隔设置于差分信号传输线120和第三地电极133相对的一侧，第一地电极131、第二地电极132、第三地电极133以及第四地电极134分别从四个方向包围差分信号传输线120。第四地电极134电连接于第一地电极131。当然，第四地电极134也可以电连接于第二地电极132或者第四地电极134同时电连接于第一地电极131和第二地电极132，只需要第四地电极134可以连接地线即可。

如图3所示，介质基片110的第二表面设置有第二导电层150,第二导电层150铺设于第二表面,并且第二导电层150电连接于第一导电层130。第二导电层150从介质基片110的下层并经过介质基片110的侧面包裹差分信号传输线120，并且电连接于第一导电层130，可以和第一导电层130配合进一步地降低信号对于差分信号线不匹配造成的共模噪声的敏感度。

具体的，在本申请中，第二导电层150采用金或银等导电材料制成，并且由于第二导电层150铺设于第二表面，可以将第一表面上的差分信号传输线120产生的热量传递至外界，并且由于第二表面的面积和第一表面的面积大致相同，相较于设置于第二区域内的第一导电层130，第二导电层150具有更大的散热面积，可以进一步降低差分信号传输线120在工作状态下的温度，为差分信号传输线120的工作提供稳定的温度环境。

如图1所示，差分信号传输线120包括第一信号传输线121和第二信号传输线122，利用第一信号传输线121和第二信号传输线122实现差分信号的输出。第一地电极131靠近第一信号传输线121设置，第一地电极131和第一信号传输线121之间具有间隔，本领域技术人员可以根据实际情况确定第一地电极131和第一信号传输线121之间的间隔距离，例如第一地电极131和第一信号传输线121之间的间隔距离可以为0.02mm～0.05mm之间。第二地电极132靠近第二信号传输线122设置，第二地电极132和第二信号传输线122之间具有间隔，本领域技术人员根据实际情况确定第二地电极132和第二信号传输线122之间的间隔距离，例如第二地电极132和第二信号传输线122之间的间隔距离可以为0.02mm～0.05mm之间。第三地电极133靠近于第一传输线和第二传输线的一端，第三地电极133和第一传输线以及第二传输线均间隔设置，本领域技术人员可以根据实际情况确定第三地电极133和第一信号传输线121之间的距离以及第三地电极133和第二信号传输线122之间的距离，例如第三地电极133和第一信号传输线121的距离以及第三地电极133和第二信号传输线122的距离均可以为0.02mm～0.05mm之间。具体的，在本申请的实施例中，第一传输线的端部与第三地电极133的间距、第二传输线的端部与第三地电极133的间距、第一地电极131与第一信号传输线121的间距、第二地电极132与第二信号传输线122的间距均相等。在上述间距均相等的状态下，第一导电层130可以进一步降低信号对于第一信号传输线121和第二信号传输线122不匹配造成的共模造成的敏感度，进而提升信号质量。

如图4所示，介质基片110上具有过孔111，过孔111穿过第一表面的第二区域以及第二表面，过孔111内具有第一导电结构161，过孔111为第一导电结构161提供保护作用，防止第一导电结构161在外力的作用下破损，第一导电结构161分别连接于第一导电层130和第二导电层150，以使第二导电层150和第一导电层130均连接地线。具体的，在本申请的实施例中，过孔111设置为四个，四个过孔111内均设置有第一导电结构161，每个第一导电结构161均电连接于第一导电层130和第二导电层150；其中两个过孔111设置于穿过第一地电极131的位置，上述其中两个过孔111的开口在第一地电极131表面间隔设置；另外两个过孔111设置于穿过第二电极的位置，上述另外两个过孔111的开口在第二地电极132表面间隔设置。通过多个对称分布的过孔111进一步降低信号对于第一信号传输线121和第二信号传输线122不匹配造成的共模造成的敏感度，进而提升信号质量。当然，在本申请的其他实施例中，过孔111也可以设置为其他个数，只需要过孔111可以容纳第一导电结构161并且保持第一导电结构161可以电连接于第一导电层130和第二导电层150即可。

在本申请的实施例中,过孔111和第一导电结构161可以间隙配合(参见图4),过孔111和第一导电结构161也可以过渡配合或过盈配合(参见图5),在过孔111和第一导电结构161过渡配合或过盈配合的状态下,第一导电结构161的位置可以被介质基片110固定,从而提高第一导电结构161的稳定性。

如图6所示，在本申请的其他实施例中，为了降低加工难度，可以不在介质基片110上开设过孔111，而是在介质基片110的侧面设置第二导电结构162，其中介质基片110的侧片为介质基片110上分别连接于第一表面和第二表面的侧面，第一导电层130和第二导电层150通过第二导电结构162电连接。第二导电结构162贴合于介质基片110设置，利用介质基片110可以为第二导电结构162提供固定作用，并且第二导电结构162贴合于介质基片110侧面便于加工，同时无需在第一导电层130上开设过孔111，可以保持第一导电层130的完整性，以提高降低信号对于第一信号传输线121和第二信号传输线122不匹配造成的共模造成的敏感度的效果。

具体的，在本申请的实施例中，第一导电结构161和第二导电结构162均可以采用金或者银等导电材料制成。

如图1和图3所示，第一导电层130和第二导电层150均为片状，在加工制作的时候，只需要采用电镀等工艺即可将第一导电层130或者第二导电层150铺设于介质基片110上，加工方便。当然，在本申请的其他实施例中，为了节约原材料，第一导电层130和第二导电层150也可以设置为中间具有镂空的网状等其他形状，只需要第一导电层130和第二导电层150可以降低信号对于第一信号传输线121和第二信号传输线122不匹配造成的共模造成的敏感度即可。

具体的，在本申请的实施例中，第一导电层130和第二导电层150均为镀金层，金制成的第一导电层130和第二导电层150不仅具有优秀的导电能力，还具有优秀的散热能力，可以在有效降低信号对于第一信号传输线121和第二信号传输线122不匹配造成的共模造成的敏感度的情况下，还可以有效降低第一信号传输线121和第二信号传输线122在工作状态下的温度。具体的，在本申请的实施例中，第一导电层130和第二导电层150的厚度均为3-5μm，在此范围内，第一导电层130和第二导电层150足以满足降信号对于低差分信号传输线120共模噪声敏感度的要求，也同样可以满足散热的要求。

在本申请的实施例中，介质基片110采用氮化铝、三氧化二铝等材料制成，上述材料适合高频信号传输，并且具有良好的散热性能，可以快速将差分信号传输线120产生的热量传递至第一导电层130和第二导电层150。为了满足介质基片110结构强度和散热的要求，本领域技术人员可以根据实际情况确定介质基片110的厚度，例如介质基片110的厚度可以为0.1～0.25mm之间。

如图1所示，为了将差分信号传输线120的信号传递至目标电子设备200中，需要在差分信号传输线120和目标电子设备200之间设置第一导线141，第一导线141的一端连接于差分信号传输线120靠近第一导电层130的一端，第一导线141的另一端用于连接目标电子设备200内的目标信号线210。利用第一导线141实现将差分信号传输线120和目标电子设备200的目标信号线210连接，以使信号可以由差分信号传输线120传递至目标信号线210。需要说明的是，在本申请中，由于第一导电层130的存在，导致了第一导线141的长度增加。一般来说，第一导线141的长度增加会增加信号对于差分信号传输线120不匹配造成的共模噪声的敏感度，降低信号质量。但是由于本申请中第一导电层130改变了第一导线141的电磁场分布，因此通过实验证实，第一导线141的长度虽然增加，但是并不会增加信号对于差分信号传输线120不匹配造成的共模噪声的敏感度，并不会影响到信号质量。

在本申请的实施例中，目标信号线210包括第一信号线211和第二信号线212，第一信号线211用于和第一信号传输线121连接，第二信号线212用于和第二信号传输线122连接。第一导线141设置为四个，其中两个第一导线141的一端和第一信号传输线121连接，另一端和第一信号线211连接；另外两个第一导线141的一端和第二信号传输线122连接，另一端和第二信号线212连接。当然，在其他的实施例中，连接第一信号传输线121和第一信号线211的第一导线141也可以设置为其他个数，只需要可以将第一信号传输线121和第一信号线211连接以将第一信号传输线121的信号传递至第一信号线211即可。同样，连接第二信号传输线122和第二信号线212的第一导线141也可以设置为其他个数，只需要可以将第二信号传输线122和第二信号线212连接以将第二信号传输线122的信号传递至第二信号线212即可。由于本申请中连接第一信号传输线121和第一信号线211的第一导线141为两个，连接第二信号传输线122和第二信号线212的第一导线141也为两个，由于每个导线都会产生电磁场，多个第一导线141并排设置可以有效降低第一导线141产生的磁场对信号传递造成的干扰，有利于进一步提升信号质量。

在本申请的实施例中，为了将第一导电层130和目标电子设备200内的目标地线220连接，需要在第一导电层130和目标地线220之间设置第二导线142，第二导线142的一端连接于第一导电层130，第二导线142的另一端用于连接目标电子设备200内的目标地线220。利用第二导线142将第二导电层150和目标地线220电连接，可以使目标地线220接地以满足电子设备200的工作需要。

具体的，在本申请的实施例中，第一导线141和第二导线142均采用金丝键合线，利用金丝键合线作为第一导线141和第二导线142可以保证信号传递的质量。

如图7所示，经过实验验证，在介质基片110采用氮化铝制成、介质基片110的介电常数为8.8、介质基片110的厚度为0.1mm、差分信号传输线120阻抗为50Ω、且差分信号传输线120的宽度为0.28mm时，对差分信号传输线120在匹配和不匹配两种情况下进行实验验证，得到的结果可以明显看出，在1GHz-20GHz的范围内，匹配和不匹配情况下的反射系数较为一致，因此本申请提供的差分共面波导结构100可以降低信号对于差分信号传输线120由于不匹配而造成的共模噪声的敏感度，从而提升信号质量。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种差分共面波导传输线，其特征在于，包括：

介质基片，具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面包括第一区域和包围所述第一区域的第二区域；

差分信号传输线，设置于所述第一表面的所述第一区域；

第一导电层，设置于所述第一表面的所述第二区域；

其中，所述第一导电层包括相对设置的第一地电极和第二地电极，以及连接所述第一地电极和所述第二地电极的第三地电极；所述第一地电极和所述第二地电极间隔设置于所述差分信号传输线的两侧，所述第三地电极间隔设置于所述差分信号传输线的一端。

2.如权利要求1所述的差分共面波导传输线，其特征在于，还包括第二导电层，所述第二导电层设置于所述第二表面，并电连接于所述第一导电层。

3.如权利要求1或2所述的差分共面波导传输线，其特征在于，所述差分信号传输线包括间隔设置的第一信号传输线和第二信号传输线，所述第一地电极靠近所述第一信号传输线设置，所述第二地电极靠近所述第二信号传输线设置，所述第三地电极与所述第一传输线和所述第二传输线均间隔设置，所述第一传输线的端部与所述第三地电极的间距、所述第二传输线的端部与所述第三地电极的间距、所述第一地电极与所述第一信号传输线的间距、所述第二地电极与所述第二信号传输线的间距均相等。

4.如权利要求2所述的差分共面波导传输线，其特征在于，所述介质基片上具有过孔，所述过孔位穿过所述第一表面的第二区域以及所述第二表面，所述过孔内具有第一导电结构，所述第一导电层和所述第二导电层通过所述第一导电结构电连接。

5.如权利要求2所述的差分共面波导传输线，其特征在于，所述介质基片具有分别连接于所述第一表面和所述第二表面的侧面，所述侧面具有第二导电结构，所述第一导电层和所述第二导电层通过所述第二导电结构电连接。

6.如权利要求1所述的差分共面波导传输线，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层均为片状。

7.如权利要求6所述的差分共面波导传输线，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层均为镀金层。

8.如权利要求3所述的差分共面波导传输线，其特征在于，还包括第一导线，所述第一导线的一端连接于所述差分信号传输线靠近所述第一导电层的一端，所述第一导线的另一端用于连接目标电子设备的目标信号线。

9.如权利要求8所述的差分共面波导传输线，其特征在于，所述目标信号线包括第一信号线和第二信号线，所述第一导线设置为多个，所述第一信号线通过多个所述第一导线中的部分连接于所述第一信号传输线，所述第二信号线通过多个所述第一导线中的另外部分连接于所述第二信号传输线。

10.如权利要求8或9所述的差分共面波导传输线，其特征在于，还包括第二导线，所述第二导线的一端连接于所述第一导电层，所述第二导线的另一端用于连接于所述目标电子设备的目标地线。

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