CN115413117B - 一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置，连接在第一电路板与第二电路板之间；第一电路板和第二电路板均上设置有高速差分信号正端和高速差分信号负端；第一电路板和第二电路板的高速差分信号正端互相连接；第一电路板和第二电路板的高速差分信号负端互相连接；所述第一电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有第一频率抑制组件；第二电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有第二频率抑制组件；第一频率抑制组件和第二频率抑制组件抑制第一电路板和第二电路板之间传输的差分信号的高频信号或/和低频信号。通过上述方案，本发明具有结构简单、辐射干扰抑制可靠等优点。

Description

一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置
技术领域
本发明涉及电路板间连接技术领域，尤其是一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置。
背景技术
差分传输是一种信号传输的技术，其区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180度，极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。
现有技术中已经出现了众多含有高速差分信号端的电路板，如专利公开号为“CN111369945A”、名称为“电路板组件、显示装置、终端和信号处理系统”的中国发明专利，其包括：第一电路板、第二电路板、第三电路板和多个差分信号线；第一电路板包括：第一连接器，第一连接器包括：第一引脚组和第二引脚组；第一引脚组包括：N个第一引脚，第二引脚组包括：N个第二引脚；第二电路板包括：第二连接器，第二连接器包括：第三引脚组和第四引脚组；第三引脚组包括：N个第三引脚，第四引脚组包括：N个第四引脚；多个第i引脚与多个第i+2引脚一一对应，第i引脚与对应的第i+2引脚沿第一方向排布；第j个差分信号线的第一差分线分别与第2j-1个第i引脚和第2j-1个第i+2引脚连接，第j个差分信号线的第二差分线分别与第2j个第i引脚和第2j个第i+2引脚连接。
再如专利公开号为“CN113573472A”、名称为“印制电路板及信号传输系统”的中国发明专利，其涉及一种印制电路板，第一信号线自第一列结构单元的一个第一差分信号孔对、经由第二孔段与第四孔段之间延伸至第二列结构单元远离第一列结构单元的一侧；或，第一信号线自第一列结构单元的一个第一差分信号孔对、经由两个紧邻的第二地孔之间延伸至第二列结构单元远离第一列结构单元的一侧。
从现有技术和上述文献中可以看出，现有技术中的PCB印制板之间直接使用差分对传输高速信号，那么，当信号频率超过一定阈值时，信号传输过程中会就会产生明显的干扰信号。电路板板间互连会增加差分线对的线间距，增加高频辐射；差分线对的物理尺寸变化造成阻抗不连续，使传输驻波恶化，也会造成辐射增强。但是，现有技术方案是没有优化辐射干扰。
因此，急需要提出一种结构简单、辐射干扰抑制可靠的用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置，本发明采用的技术方案如下：
一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置，连接在第一电路板与第二电路板之间，所述第一电路板和第二电路板均上设置有高速差分信号正端和高速差分信号负端；所述第一电路板和第二电路板的高速差分信号正端互相连接；所述第一电路板和第二电路板的高速差分信号负端互相连接；所述第一电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有第一频率抑制组件；所述第二电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有第二频率抑制组件；所述第一频率抑制组件和第二频率抑制组件抑制第一电路板和第二电路板之间传输的差分信号的高频信号或/和低频信号。
进一步地，当第一电路板和第二电路板之间的差分信号为低通信号时，则所述第一频率抑制组件和第二频率抑制组件均为电容。
优选地，所述电容的参数满足以下公式：
Figure 387173DEST_PATH_IMAGE001
其中，f表示所需通带的截止频率，L表示板间互连线的等效电感。该等效电感的值可以通过电磁场仿真工具进行较为精确的确定，这里给出板间互连线长度m不超过50mm，f<1GHz时的经验值：L≈m nH（长度m以mm计）。为了能适应特定的带宽，也可以根据测定的差分阻抗优化电容参数进行优化匹配。
进一步地，当第一电路板和第二电路板之间的差分信号为宽带信号时，则所述第一频率抑制组件和第二频率抑制组件均为电阻。
优选地，所述电阻满足以下公式：
R=2Z0
其中，Z0表示所需匹配差分线的差分阻抗。为了能适应更宽的带宽，也可以根据测定的差分阻抗优化电阻参数进行优化匹配。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明巧妙地设置了第一频率抑制组件和第二频率抑制组件，在射频信号传输过程中，能有效减小辐射干扰的产生，使得电路系统的整体信噪比得到提升。
（2）本发明针对低通信号，在PCB差分对信号的正端和负端之间连接电容器，以此对差分线对的线间距增加造成的感性辐射增加进行容性补偿，解决差分线对的辐射问题。另外，此结构电容与电感（板间互连线可等效为电感。）形成低通电气性能，还可抑制高频辐射。
（3）本发明针对宽带信号，在PCB差分对信号的正端和负端之间连接电阻器。其利用电阻在线间形成回路，使辐射信号被损耗，同时可在一定程度上对差分线对进行匹配，进一步减小辐射，因为电阻具有宽带特性，该电路也可适于宽带应用。
综上所述，本发明具有结构简单、辐射干扰抑制可靠等优点，在电路板间连接技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中低通信号的互联结构示意图。
图3为本发明中未加电容的互联仿真试验图。
图4为本发明中添加电容的互联仿真试验图。
图5为本发明中宽带信号的互联结构示意图。
图6为本发明中宽带信号的互联仿真试验图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1至图6所示，本实施例提供了一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置，其连接在第一电路板与第二电路板之间。在第一电路板和第二电路板均上设置有高速差分信号正端和高速差分信号负端。其中，第一电路板和第二电路板的高速差分信号正端互相连接；另外，第一电路板和第二电路板的高速差分信号负端互相连接。本实施例在第一电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有第一频率抑制组件，另外，在第二电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有第二频率抑制组件，该第一频率抑制组件和第二频率抑制组件抑制第一电路板和第二电路板之间传输的差分信号的高频信号或/和低频信号。
在本实施例中，针对低通信号，在PCB差分对信号的正端和负端之间连接电容，如图2所示。为了验证其性能，本实施例特进行仿真试验。如图3所示，在未加电容的板间互连结构仿真结果，图中可见反射-20dB可用带宽仅为600MHz，其在2GHz-6GHz时反射系数仅为-10dB，在高速数字信号传输时极易在该频段形成辐射，对系统进行干扰。如图4所示，本实施例加装电容并进行电容值优化后的仿真曲线如下图所示：可见-20dB反射带宽拓展至2.2GHz，且在4-9GHz频段形成>5dB的传输损耗，该设计有效拓展使用带宽并对辐射进行控制。
在本实施例中，针对宽带信号，在PCB差分对信号的正端和负端之间连接电阻器，如图5所示。按此方法加装电阻并进行优化后，仿真结果如图6所示。由此可见，DC-20GHz的全频段反射系数改善到<-16dB，可以有效解决板间互连的带宽损失，并解决适配带来的辐射问题。
综上所述，本发明解决了电路板间高速差分信号传输无辐射干扰优化的技术难题，并且取得了意想不到的效果；与现有技术相比，具有突出的实质性特定和显著的进步，在电路板间连接技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置，连接在第一电路板与第二电路板之间，其特征在于，所述第一电路板和第二电路板均上设置有高速差分信号正端和高速差分信号负端；所述第一电路板和第二电路板的高速差分信号正端互相连接；所述第一电路板和第二电路板的高速差分信号负端互相连接；所述第一电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有一第一频率抑制组件；所述第二电路板的高速差分信号正端和高速差分信号负端之间连接有一第二频率抑制组件；所述第一频率抑制组件和第二频率抑制组件抑制第一电路板和第二电路板之间传输的差分信号的高频信号或/和低频信号；
当第一电路板和第二电路板之间的差分信号为低通信号时，则所述第一频率抑制组件和第二频率抑制组件均为电容；
当第一电路板和第二电路板之间的差分信号为宽带信号时，则所述第一频率抑制组件和第二频率抑制组件均为电阻。
2.根据权利要求1所述的一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置，其特征在于，所述电容的参数满足以下公式：
Figure FDA0003987137760000011
其中，f表示所需通带的截止频率，L表示板间互连线的等效电感。
3.根据权利要求1所述的一种用于电子系统设备中差分信号高速板间互联装置，其特征在于，所述电阻满足以下公式：
R＝2Z0
其中，Z0表示所需匹配差分线的差分阻抗。
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