CN114585146B - 用于提升隔离度的电路板结构 - Google Patents

Abstract

一种用于提升隔离度的电路板结构。电路板结构包括第一信号线、第一接地线、第二信号线、第一浮接金属、第二接地线、第三接地线、第四接地线、第一接地延伸部以及第二接地延伸部；第一信号线沿着第一方向设置；第一接地线和第二信号线分别设置于第一信号线的第一侧和第二侧；第一浮接金属设置在第一信号线及第二信号线之间；第二接地线设置于第一信号线的第二侧；第三接地线和第四接地线设置在第一信号线及第二信号线之间；第一接地延伸部和第二接地延伸部位于浮接区及第二金属层中。本发明的电路板架构能通过在两信号传输线中间增加一段浮接金属，并调整浮接金属与两信号传输线之间的间距，不须额外设置任何元件即可提升印刷电路板上的隔离度。

Description

用于提升隔离度的电路板结构

技术领域

本发明涉及一种电路板结构，尤其涉及一种用于提升隔离度的电路板结构。

背景技术

在现今无线通信产品中，涵盖很多无线频段，如GPS、LTE/5G、蓝牙2.4GHz、紫蜂(Zigbee)、UWB(超宽带，Ultra Wide Band)、Wi-Fi 2.4GHz、5GHz、6G。当同一产品需涵盖众多频段时，如何降低不同频率之间的干扰就成为了相当重要的课题。一般产品都通过将天线配置在不同位置，来降低天线对彼此的影响。

然而，在印刷电路板(PCB)上的隔离度虽可通过增加距离来确保隔离度。然而，由于在成本考虑上，印刷电路板的面积有限，一般增加隔离度的方式就是利用接地来隔离，降低彼此的干扰。但以接地方式进行隔离则可能导致其他噪声通过接地路径，干扰到主要信号，进而产生电磁干扰问题。而为了预防此问题则还需要外接额外的滤波器来过滤噪声，因此导致设计成本增加。

因此，如何通过结构设计的改良，来提升印刷电路板的隔离度，来克服上述的缺陷，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种用于提升隔离度的电路板结构，不须额外设置任何元件即可增加印刷电路板上的隔离度。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种用于提升隔离度的电路板结构，其包括第一信号线、第一接地线、第二信号线、第一浮接金属、第二接地线、第三接地线、第四接地线、第一接地延伸部以及第二接地延伸部。第一信号线沿着第一方向设置且跨越依序排列的第一区、浮接区及第二区。第一接地线设置于第一信号线的第一侧。第二信号线设置于第一信号线的第二侧，其中第一侧与第二侧相对。第一浮接金属设置在第一信号线及第二信号线之间，平行于第一信号线及第二信号线，且浮接设置在浮接区中。第二接地线设置于第二侧，其中，第二信号线位于第二接地线及第一信号线之间。第三接地线设置在第一信号线及第二信号线之间，且设置在第一区中。第四接地线设置在第一信号线及第二信号线之间，且设置在第二区中。其中，第一信号线、第二信号线、第一浮接金属、第一接地线、第二接地线、第三接地线及第四接地线位于第一金属层中。第一接地延伸部位于浮接区及第二金属层中，与第一接地线电性连接，且从对应第一接地线的位置沿着第一接地线朝向第一信号线的第二方向延伸，其中第二金属层不同于第一金属层。第二接地延伸部位于浮接区及第二金属层中，与第二接地线电性连接，且从对应第二接地线的位置沿着第二接地线朝向第二信号线的第三方向延伸。其中，第一浮接金属浮接设置于浮接区中。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的用于提升隔离度的电路板架构，其能通过在两信号传输线中间增加一段浮接金属，并适当调整浮接金属与两信号传输线之间的间距，以避免接地电流在局部区域流窜，以降低能量从接地端造成的干扰，而不须额外设置任何元件即可增加印刷电路板上的隔离度。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的用于提升隔离度的电路板结构的俯视图。

图2为沿着图1中的剖面线I-I绘示的剖面图。

图3为沿着图1中的剖面线II-II绘示的剖面图。

图4为根据本发明实施例的一般隔离结构的电流分布图。

图5为根据本发明实施例的浮接区的隔离结构的电流分布图。

图6为根据本发明实施例的一般隔离结构与浮接区隔离结构的隔离度对频率作图。

图7为根据本发明的一般隔离结构及在不同间距Sf下的浮接区的隔离结构的隔离度对频率作图。

图8为根据本发明实施例的采用微带线的电路板结构的浮接区的剖面图。

图9为根据本发明实施例的采用微带线的电路板结构的第一区的剖面图。

主要组件符号说明：

1、1' 电路板结构

A1 第一区

A2 第二区

AF 浮接区

D1 第一方向

D2 第二方向

D3 第三方向

ds1、ds2、dh1、dh2、dh3、dh4、Sf 间距

FL1 第一浮接金属

FL2 第二浮接金属

FL3 第三浮接金属

G1 第一接地线

G2 第二接地线

G3 第三接地线

G4 第四接地线

GEP1 第一接地延伸部

GEP2 第二接地延伸部

GEP3 第三接地延伸部

GEP4 第四接地延伸部

GEP5 第五接地延伸部

GEP6 第六接地延伸部

GEP7 第七接地延伸部

GEP8 第八接地延伸部

I-I、II-II 剖面线

La 线长

Lf 长度

M1 第一金属层

M2 第二金属层

M3 第三金属层

S1 第一信号线

S2 第二信号线

Sp 线距

V1、V2、V3、VL 导通孔

w 线宽

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“用于提升隔离度的电路板结构”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

接地共面波导(Grounded coplanar waveguide，GCPW)电路通过将接地层设置在介电材料的底部及顶部，与信号传输线放置在同一平面上，以及设置在信号传输线的两侧，藉此增加电路周围的接地量，因此可增加两信号传输线之间的隔离度。本发明基于上述架构，在两信号传输线中间增加一段浮接金属，并适当调整浮接金属与两信号传输线之间的间距，以提供了一种增加印刷电路板的隔离度的结构。

图1为根据本发明第一实施例的用于提升隔离度的电路板结构的俯视图，图2为沿着图1中的剖面线I-I绘示的剖面图，图3为沿着图1中的剖面线II-II绘示的剖面图。参阅图1至图3所示，本发明实施例提供一种用于提升隔离度的电路板结构1，其包括第一信号线S1、第一接地线G1、第二信号线S2、第一浮接金属FL1、第二接地线G2、第三接地线G3、第四接地线G4、第一接地延伸部GEP1以及第二接地延伸部GEP2。

如图1所示，电路板结构1可划分为沿着第一方向D1依序排列的第一区A1、浮接区AF及第二区A2。其中，第一信号线S1沿着第一方向D1设置且跨越第一区A1、浮接区AF及第二区A2。

第一接地线G1设置于第一信号线S1的一侧，第二信号线S2设置于第一信号线S1相对的另一侧。第二接地线G2同样设置于第一信号线S1相对的另一侧，且第二信号线S2位于第二接地线G2及第一信号线S1之间。

如图2所示，在浮接区AF中，设置有第一浮接金属FL1，其位于第一信号线S1及第二信号线S2之间，平行于第一信号线S1及第二信号线S2且浮接设置在浮接区AF中。

如图3所示，在第一区A1中，设置有第三接地线G3，其设置在第一信号线S1及第二信号线S2之间。而类似的，在第二区A2中，第四接地线G4设置在第一信号线S1及第二信号线S2之间。

综合图1至图3所示，第一信号线S1、第二信号线S2、第一浮接金属FL1、第一接地线G1、第二接地线G2、第三接地线G3及第四接地线G4位于第一金属层M1中。

在图3中，第一接地线G1通过位于第二金属层M2中的第三接地延伸部GEP3在第一区A1中与第三接地线G3电性连接，且通过第三接地延伸部GEP3在第二区A2中与第四接地线G4电性连接。需要说明的是，第二金属层M2不同于第一金属层M1，且第二金属层M2可如图所示设置在第一金属层M1下方。

类似的，第二接地线G2通过位于第二金属层M2的第四接地延伸部GEP4在第一区A1中与第三接地线G3电性连接，且通过位于第二金属层M2的第四接地延伸部GEP4在第二区A2中与第四接地线G4电性连接。需要说明的是，第一接地线G1及第三接地线G3可分别通过位于介电层中的导通孔V1及V3连接于第三接地延伸部GEP3，第二接地线G2及第三接地线G3可分别通过位于介电层中的导通孔V2及V3连接于第四接地延伸部GEP4。

在图1至图3的实施例中，主要绘示了单端信号的范例，但本发明不限于此，第一信号线S1及第二信号线S2的信号线种类可涵盖单端及差动信号。本实施例以GCPW传输线结构为范例，如图3所示，在第一信号线S1的左右跟下方都有接地线(亦即第一接地线G1、第三接地线G3及第三接地延伸部GEP3)包围，由于第一信号线S1与接地线之间的间距形成为一等效电容，通过控制第一信号线S1的阻抗，并调整第一信号线S1与第一接地线G1及第三接地线G3之间的间距ds1，以及与下方的第三接地延伸部GEP3的间距dh1，藉由传输线公式计算，就可以得到匹配的阻抗线，例如，50欧姆。

当有两条已匹配成50欧姆的第一信号线S1与第二信号线S2相邻时，如图3所示，第一信号线S1与第二信号线S2彼此各为独立的传输走线，各自具有间距ds1、ds2以及间距dh1、dh2，可称此为“一般隔离结构”。其中，第一信号线S1与第二信号线S2之间的接地隔绝两信号线之间的耦合干扰。然而，部分能量还是会通过第一信号线S1与第二信号线S2相互干扰。在此情形下，若要针对一般隔离结构来增加其隔离度，就必须增大第一信号线S1与第二信号线S2的间距。然而，这将会需要耗费更大的电路板面积来达成高的隔离度。为此，本发明进一步在具有类似架构的第一区A1及第二区A2之间设置有浮接区AF，进一步说明如下。

请再参考图1及图2，在浮接区AF中，设置有位于第二金属层M2中的第一接地延伸部GEP1及第二接地延伸部GEP2。第一接地延伸部GEP1与第一接地线G1电性连接(例如，通过导通孔V1)，且从对应第一接地线G1的位置沿着第二方向D2延伸(亦即，沿着第一接地线G1朝向第一信号线S1的方向)。

另一方面，在浮接区AF中，第二接地延伸部GEP2与第二接地线G2电性连接(例如，通过导通孔V2)，且从对应第二接地线G2的位置沿着第三方向D3延伸(亦即，沿着第二接地线G2朝向第二信号线S2的方向)。

在浮接区AF中，还设置有第二浮接金属FL2，对应第一浮接金属FL1形成于第二金属层M2中，且第二浮接金属FL2与第一浮接金属FL1电性连接，例如，第二浮接金属FL2可通过位于介电层中的导通孔VL与第一浮接金属FL1电性连接。在上述架构中，第二浮接金属FL2不与第一接地线G1及第二接地线G2电性连接。

由图1及图2可知，通过将第一信号线S1与第二信号线S2之间的接地局部断开以形成设置于浮接区AF中的浮接金属，而第一区A1及第二区A2中仍然保留接地状态(亦即，保留第三接地线G3及第四接地线G4)，可形成本发明的隔离结构。

进一步参阅图4，其为根据本发明实施例的一般隔离结构的电流分布图。如图所示，其以实际印刷电路板上的走线为例，假设为8层结构的印刷电路板，上文中描述的第一信号线S1及第二信号线S2位于最上层，第二层跟第七层为参考接地层，实际电流分布如图4所示，电流相对大的区域多数集中于第一接地线G1、第二接地线G2、第三接地线G3、第一信号线S1及第二信号线S2的边缘处，而箭头所示为电流的走向。由图4可知，愈靠近信号端(第一信号线S1或第二信号线S2)，相对能量较大，第七层虽然同为接地端，但电流分布相对较小。此外，也可看到第二层接地电流会向左右流窜，也因此，在传统仅具备一般隔离结构的电路板上，其隔离度较差。

进一步参阅图5，其为根据本发明实施例的浮接区的隔离结构的电流分布图。其中，电路板与图4类似采用了8层架构，故不在此赘述。由图5可知，在浮接区AF的隔离结构中，第二层的接地电流在局部区域不会向左右流窜，也因此可降低能量从接地端造成的干扰，进而增加第一信号线S1及第二信号线S2之间的隔离度。

进一步如图1所示，在尺寸方面，第一信号线S1与第一接地线G1之间具有间距ds1，第一信号线S1与第一接地延伸部GEP1之间具有间距dh1，第二信号线S2与第二接地线G2之间亦具有间距ds2，第二信号线S2与第二接地延伸部GEP2之间亦具有间距dh1。第一浮接金属FL1分别与第一信号线S1及第二信号线S2之间具有间距Sf，而使得第一信号线与第二信号线阻抗匹配。

如图1所示的线长La较佳可大于200mils，第一信号线S1及第二信号线S2的线宽w可例如为7mils，当阻抗匹配时，间距ds1、ds2为10mils，线距Sp若为40mils，第一信号线S1及第二信号线S2之间的隔离度可参考图6所示，图6为根据本发明实施例的一般隔离结构与浮接区隔离结构的隔离度对频率作图。如图6所示，一般隔离结构在2.4GHz时，隔离度为-51.2dB，一般隔离结构在5.5GHz时，隔离度为-51.2dB。

若采用浮接区的隔离结构，第一浮接金属FL1与第一信号线S1之间的间距Sf，以及与第二信号线S2之间的间距Sf，可例如为制程最小线宽3mils。当第一浮接金属FL1的长度Lf为200mils时，隔离度如图6所示。在2.4GHz时，隔离度为-56.1dB，在5.5GHz时，隔离度为-54.2dB。可以看到，本发明提供的隔离结构的隔离度在100KHz～7GHz都相较于一般隔离结构好。

另一方面，在浮接区AF的隔离结构中，可通过调整间距Sf来调整不同隔离程度。如图7所示，图7为根据本发明的一般隔离结构及在不同间距Sf下的浮接区的隔离结构的隔离度对频率作图。以长度Lf为200mils为例，在2.4GHz频段时，若间距Sf为3mils时，隔离度为-56.1dB，若Sf为10mils时，隔离度为-52.8dB，仍优于一般隔离结构，但若间距Sf为17mils时，信号线正下方因未形成等效电容，隔离度则变差为-44.4dB。

因此，较佳的，在本发明的实施例中，间距Sf可在3mils至10mils的范围内。而对应上述限制，第二浮接金属FL2分别与第一接地延伸部GEP1及第二接地延伸部GEP2间隔在3mils至10mils的范围内，且不小于间距Sf的距离。

而除了前述实施例中采用的GCPW传输线结构，本发明实施例还可进一步在上述基础下采用微带线(Microstrip line)的架构。请参考图1至图3所示，微带线(Microstripline)的架构基本上是将第二金属层M2所包含的所有元件(包含中间的介电层及导通孔等架构)对称形成于第一金属层M1上方的另一金属层中，且同样分为第一区A1、浮接区AF及第二区A2。

因此，类似的，可进一步参考图8及图9，图8及图9分别为根据本发明实施例的采用微带线的电路板结构的浮接区及第一区的剖面图。

如图8所示，第一金属层M1位于第二金属层M2及第三金属层M3之间，且在浮接区AF中，电路板结构1'还包括第五接地延伸部GEP5、第六接地延伸部GEP6以及第三浮接金属FL3。第五接地延伸部GEP5位于第三金属层中，与第一接地线G1电性连接，且从对应第一接地线G1的位置沿着第二方向D2延伸。

另一方面，第六接地延伸部GEP6同样位于第三金属层M3中，与第二接地线G2电性连接，且从对应第二接地线G2的位置沿着第三方向D3延伸。第三浮接金属FL3对应第一浮接金属FL1形成于第三金属层M3中，且第三浮接金属FL3与第一浮接金属FL1电性连接，例如，第三浮接金属FL3可通过位于介电层中的导通孔VL与第一浮接金属FL1电性连接。在上述架构中，第三浮接金属FL3不与第一接地线G1及第二接地线G2电性连接。需要说明的是，第一信号线S1与第五接地延伸部GEP5之间可具有与间距dh1相同的间距dh3，而第二信号线S2与第六接地延伸部GEP6之间可具有与间距dh2相同的间距dh4，以形成对称结构，同时而使得第一信号线S1与第二信号线S2阻抗匹配。

再者，如图9所示，在第一区A1中，第一接地线G1通过位于第三金属层M3中的第七接地延伸部GEP7与第三接地线G3电性连接，而第二接地线G2通过位于第三金属层M3中的第八接地延伸部GEP8与第三接地线G3电性连接。另一方面，在第二区A2中亦有类似架构，第一接地线G1通过位于第三金属层M3中的第七接地延伸部GEP7与第四接地线G4电性连接，而第二接地线G2通过位于第三金属层M3中的第八接地延伸部GEP8与第四接地线G4电性连接。

因此，类似的，电路板结构1'与图5类似，在浮接区AF的隔离结构中，在第一金属层M1及第三金属层M3中的接地电流在局部区域不会向左右(第二方向D2及第三方向D3)流窜，也因此可降低能量从接地端造成的干扰，进而增加第一信号线S1及第二信号线S2之间的隔离度。

[实施例的有益效果]

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的用于提升隔离度的电路板架构，其能通过在两信号传输线中间增加一段浮接金属，并适当调整浮接金属与两信号传输线之间的间距，以避免接地电流在局部区域流窜，以降低能量从接地端造成的干扰，而不须额外设置任何元件即可增加印刷电路板上的隔离度。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等同技术变化，均包含于本发明的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于提升隔离度的电路板结构，该电路板结构包括：

一第一信号线，该第一信号线沿着一第一方向设置且跨越依序排列的一第一区、一浮接区及一第二区；

一第一接地线，该第一接地线设置于该第一信号线的一第一侧；

一第二信号线，该第二信号线设置于该第一信号线的一第二侧，其中该第一侧与该第二侧相对；

一第一浮接金属，该第一浮接金属设置在该第一信号线及该第二信号线之间，平行于该第一信号线及该第二信号线，且浮接设置在该浮接区中；

一第二接地线，该第二接地线设置于该第二侧，其中该第二信号线位于该第二接地线及该第一信号线之间；

一第三接地线，该第三接地线设置在该第一信号线及该第二信号线之间，且设置在该第一区中；

一第四接地线，该第四接地线设置在该第一信号线及该第二信号线之间，且设置在该第二区中，其中该第一信号线、该第二信号线、该第一浮接金属、该第一接地线、该第二接地线、该第三接地线及该第四接地线位于一第一金属层中；

一第一接地延伸部，该第一接地延伸部位于该浮接区及一第二金属层中，与该第一接地线电性连接，且从对应该第一接地线的位置沿着该第一接地线朝向该第一信号线的一第二方向延伸，其中该第二金属层不同于该第一金属层；以及

一第二接地延伸部，该第二接地延伸部位于该浮接区及该第二金属层中，与该第二接地线电性连接，且从对应该第二接地线的位置沿着该第二接地线朝向该第二信号线的一第三方向延伸；

其中，该第一浮接金属不与该第一接地线、该第二接地线、该第三接地线及该第四接地线电性连接。

2.如权利要求1所述的电路板结构，其中该第一接地线通过位于该第二金属层中的一第三接地延伸部分别在该第一区及该第二区中与该第三接地线及该第四接地线电性连接，且该第二接地线通过位于该第二金属层的一第四接地延伸部分别在该第一区及该第二区中与该第三接地线及该第四接地线电性连接。

3.如权利要求2所述的电路板结构，其中该第一信号线与该第一接地线之间具有一第一间距，该第一信号线与该第一接地延伸部具有一第二间距，该第二信号线与该第二接地线之间具有一第三间距，该第二信号线与该第二接地延伸部具有一第四间距，该第一浮接金属分别与该第一信号线及该第二信号线之间具有一第五间距，而使得该第一信号线与该第二信号线阻抗匹配。

4.如权利要求3所述的电路板结构，其中该第五间距在3mils至10mils的范围内。

5.如权利要求4所述的电路板结构，该电路板结构还包括一第二浮接金属，对应该第一浮接金属形成于该浮接区及该第二金属层中，且与该第一浮接金属电性连接，其中该第二浮接金属不与该第一接地线及该第二接地线电性连接。

6.如权利要求5所述的电路板结构，其中该第二浮接金属分别与该第一接地延伸部及该第二接地延伸部间隔在3mils至10mils的范围内且不小于该第五间距的距离。

7.如权利要求1所述的电路板结构，其中该第一信号线及该第二信号线各为差动信号线。

8.如权利要求1所述的电路板结构，该电路板结构还包括：

一第五接地延伸部，该第五接地延伸部位于该浮接区中及一第三金属层中，与该第一接地线电性连接，且从对应该第一接地线的位置沿着该第二方向延伸，其中该第一金属层位于该第二金属层及该第三金属层之间；

一第六接地延伸部，该第六接地延伸部位于该浮接区中及该第三金属层中，与该第二接地线电性连接，且从对应该第二接地线的位置沿着该第三方向延伸；以及

一第三浮接金属，该第三浮接金属对应该第一浮接金属形成于该浮接区及该第三金属层中，且与该第一浮接金属电性连接，其中该第三浮接金属不与该第一接地线及该第二接地线电性连接。

9.如权利要求8所述的电路板结构，其中该第一接地线通过位于该第三金属层中的一第七接地延伸部分别在该第一区及该第二区中与该第三接地线及该第四接地线电性连接，且该第二接地线通过位于该第三金属层中的一第八接地延伸部分别在该第一区及该第二区中与该第三接地线及该第四接地线电性连接。

10.如权利要求8所述的电路板结构，其中该第一信号线与该第一接地线之间具有一第一间距，该第一信号线与该第一接地延伸部之间具有一第二间距，该第二信号线与该第二接地线之间具有一第三间距，该第二信号线与该第二接地延伸部之间具有一第四间距，该第一浮接金属分别与该第一信号线及该第二信号线之间具有一第五间距，该第一信号线与该第五接地延伸部之间具有一第六间距，该第二信号线与该第六接地延伸部之间具有一第七间距，而使得该第一信号线与该第二信号线阻抗匹配。