CN117713747A - 一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，包括：顺次级联的第一吸收电路、相延电路和第二吸收电路；第一吸收电路中第一双线传输线和第二双线传输线沿第一对称面AA1对称设置，且均接入所述第一差分端口对；第一双线传输线和第二双线传输线均与第三双线传输线串联；第三双线传输线与四双线传输线级联，且置于第一对称面AA1上；电阻R1置于第三和第四双线传输线的中间，且跨接在第三双线传输线上；第四双线传输线末端短接；第二吸收电路与所述第一吸收电路结构相同，且沿第二对称面BB1对称设置；本发明电路设计简单，实现双向共模吸收性能，且共模吸收带宽大适用性更强，可保护差模信号的完整传输，具有差模截止频率高的优势。

Description

一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构

技术领域

本发明属于电磁兼容领域，具体涉及一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构。

背景技术

随着科技的快速进步，现代高速数字电子电路正朝着小型化及高集成度等方向快速发展，时钟频率也日益提高，最高可达几GHz，信号的上升、下降沿时间已极大缩短，其对应的最高频谱分量可达至毫米波频段。在此情况下，电路设计所遇到的电磁兼容及信号完整性问题也愈加严重。

差分走线由于其优良的抗环境噪声、抗串扰及抗电磁干扰的能力而被广泛应用于高速数字电子电路、射频电路及集成电路中。然而，由于实际电路布局的限制，实际差分走线并非理想对称的，存在诸如拐角、长度不一致及临近信号线的串扰等诸多不平衡因素。这些不平衡因素均会导致有用的差模信号向破坏性的共模噪声转化，从而引起严重的电磁干扰及信号完整性问题。

共模滤波器作为一种重要的微波器件，被分为反射式和吸收式两大类。常见的反射式共模滤波器通常在差分走线路径上引入多种谐振器，包括缺陷地结构、传输线谐振器及蘑菇型多模谐振器等，以实现电磁波传播路径上共模阻抗大的失配，在特定频段内将破坏性的共模噪声反射回入射端，从而实现宽带共模抑制性能。然而，反射回前级电路的共模噪声依旧存在于电路系统中，由其引起的电磁干扰问题并未得到彻底解决。与反射式的设计不同，吸收式共模滤波器是将破坏性的共模噪声电磁能量转化为热量而被电阻所耗散掉；目前，现有的吸收式共模滤波器是在共模电流回路得路径上加载集总电阻，其电路设计方法与反射式共模滤波器相同，且其电路结构较为复杂，不利于重复设计。部分现有的吸收式共模滤波器仅支持单向吸收，应用相对受限，此外，其共模吸收带宽较窄，适用性较低。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，电路设计简单，实现双向共模吸收性能，且共模吸收带宽大适用性更强，可在极宽频带内保护差模信号的完整传输，具有差模截止频率高的优势。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，包括：顺次级联的第一吸收电路、相延电路和第二吸收电路；

所述第一吸收电路包括第一差分端口对、第一双线传输线、第二双线传输线、第三双线传输线、第四双线传输线和电阻R1；

所述第一双线传输线和第二双线传输线沿第一对称面AA1对称设置，且均接入所述第一差分端口对；所述第一双线传输线和第二双线传输线均与所述第三双线传输线串联；所述第三双线传输线与所述第四双线传输线级联，且置于第一对称面AA1上；所述电阻R1置于所述第三双线传输线和第四双线传输线的中间，且跨接在第三双线传输线上；所述第三双线传输线与第四双线传输线均接入地线；所述第四双线传输线末端短接；

所述相延电路包括第五双线传输线和第六双线传输线；所述第五双线传输线与第六双线传输线分别与所述第一双线传输线和第二双线传输线连接；

所述第二吸收电路与所述第一吸收电路结构相同，且沿第二对称面BB1对称设置；所述第二对称面BB1垂直于第一对称面AA1，且置于所述相延电路的中间位置。

可选的，所述的第一对称面AA1为电磁波传输方向。

可选的，所述的第一差分端口对包括端口port1+和端口port1-；所述第一双线传输线包括第一信号线和第一导线；所述第二双线传输线包括第二信号线和第二导线；所述第一信号线与所述端口port1+连接，所述第二信号线与所述端口port1-连接；所述第一导线与第二导线并联。

可选的，所述的第一双线传输线和第二双线传输线均与所述第三双线传输线串联，所述第三双线传输线包括第三信号线和第三导线；所述第三信号线分别与所述第一导线和第二导线并联；所述第三导线位于地线上。

可选的，所述的第四双线传输线包括第四信号线和第四导线；所述第四信号线与所述第三信号线串联，且所述第四信号线远离第三信号线的一端接入地线；所述第四导线位于地线上。

可选的，所述的第三信号线和第四信号线中间接入电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接入所述第三导线和第四导线的中间。

可选的，所述的第五双线传输线包括第五信号线和第五导线，所述第六双线传输线包括第六信号线和第六导线；所述第五导线和第六导线均在地线上；所述第五信号线与所述第一信号线连接，所述第六信号线与所述第二信号线连接。

可选的，所述的第二吸收电路与所述第一吸收电路结构相同，其包括第一双线传输线、第二双线传输线、第三双线传输线、第四双线传输线、电阻R1和与所述第一差分端口对相对应的第二差分端口对；所述第一差分端口对和第二差分端口对均用于差分电路的输入或输出。

可选的，所述的第二差分端口对包括端口port2+和端口port2-；所述端口port2+与所述第二吸收电路中的第一双线传输线连接，所述端口port2-与所述第二吸收电路中的第二双线传输线连接。

可选的，所述的第五双线传输线和第六双线传输线的电长度对应中心频点的四分之一波长。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提出一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其中第一吸收电路、相延电路、和第二吸收电路级联，电路设计简单新颖，指导性强，且可在极宽频带内保护差模信号的完整传输，具有差模截止频率高的优势；该电路拓扑支持双向共模吸收性能，且共模吸收带宽大，相较于单向吸收式共模滤波器，适用性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1所示为本发明一种实施例中双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构示意图；

图2所示为本发明一种实施例中超宽带共模滤波器电路拓扑的奇模等效电路图；

图3所示为本发明一种实施例中超宽带共模滤波器电路拓扑的偶模等效电路图；

图4所示为本发明共模滤波器电路拓扑的混合模态S参数仿真结果；

图中：1、第一双线传输线；2、第二双线传输线；3、第三双线传输线；4、第四双线传输线；5、第五双线传输线；6、第六双线传输线；1-1、第一信号线；1-2、第一导线；2-1、第二信号线；2-2、第二导线；3-1、第三信号线；3-2、第三导线；4-1、第四信号线；4-2、第四导线；5-1、第五信号线；5-2、第五导线；S1、第一吸收电路；S2、相延电路；S3、第二吸收电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明中提供了一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，包括：顺次级联的第一吸收电路S1、相延电路S2和第二吸收电路S3；

所述第一吸收电路S1包括第一差分端口对、第一双线传输线1、第二双线传输线2、第三双线传输线3、第四双线传输线4和电阻R1；

所述第一双线传输线1和第二双线传输线2沿第一对称面AA1对称设置，且均接入所述第一差分端口对；所述第一双线传输线1和第二双线传输线2均与所述第三双线传输线3串联；所述第三双线传输线3与所述第四双线传输线4级联，且置于第一对称面AA1上；所述电阻R1置于所述第三双线传输线3和第四双线传输线4的中间，且跨接在第三双线传输线上3；所述第三双线传输线3与第四双线传输线4均接入地线Ground；所述第四双线传输线4末端短接；

所述相延电路S2包括第五双线传输线5和第六双线传输线6；所述第五双线传输线5与第六双线传输线6分别与所述第一双线传输线1和第二双线传输线连接2；

所述第二吸收电路S3与所述第一吸收电路S3结构相同，且沿第二对称面BB1对称设置；所述第二对称面BB1垂直于第一对称面AA1，且置于所述相延电路S2的中间位置。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，双线传输线均包括一根信号线和一根导线；具体的，第一双线传输线1包括第一信号线1-1和第一导线1-2，第二双线传输线2包括第二信号线2-1和第二导线2-2，第三双线传输线3包括第三信号线3-1和第三导线3-2，第四双线传输线4包括第四信号线4-1和第四导线4-2，第五双线传输线5包括第五信号线5-1和第五导线5-2，第六双线传输线6包括第六信号线6-1和第六导线6-2。

在本实施例中，第一双线传输线1(Z_odd1,Z_even1,θ₁)和第二双线传输线2(Z_odd1,Z_even1,θ₁)的奇模阻抗、偶模阻抗以及电长度都相同；第五双线传输线5(Z_odd2,Z_even2,θ₂)和第六双线传输线6(Z_odd2,Z_even2,θ₂)的奇模阻抗、偶模阻抗以及电长度都相同；奇模阻抗Z_odd1与Z_odd2为50Ω±10％，保证差模信号不在端口处产生反射，保护了差模信号的信号完整性；具体的，Z_odd1＝50Ω，Z_even1＝63Ω，Z_odd2＝51Ω，Z_even2＝50Ω。以共模抑制阻带的中心频率5GHz作为参考，电长度为：θ₁＝θ₂＝90°。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图1所示，双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构示意图，沿第一差分端口对至第二差分端口对的电磁波方向关于第一对称面AA1成轴对称，以保护差模信号的完整传输，避免有用的差模信号向破坏性的共模噪声转化；本实施例中共模滤波器电路拓扑结构还沿垂直于电磁波方向关于第二对称面BB1成镜像对称，以实现双向共模吸收性能；具体的，第一差分端口对包括端口port1+和端口port1-，第二差分端口对包括端口port2+和端口port2-；第一差分端口对和第二差分端口对用于电路的输入或输出；地线Ground在第一对称面AA1上。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图1所示，第一吸收电路S1和第二吸收电路S2结构相同，均由差分端口对(第一差分端口对或第二差分端口对)、第一双线传输线1、第二双线传输线2、第三双线传输线3、第四双线传输线4和电阻R1构成，且沿第二对称面BB1对称设置；

具体的，在第一吸收电路S1，第一双线传输线1和第二双线传输线2沿第一对称面AA1对称平行设置，第一双线传输线1中第一信号线1-1的一端接入端口port1+，第二双线传输线1中第二信号线2-1的一端接入端口port1-；第一双线传输线1中第一导线1-2与第二双线传输线2的第二导线并联。

第一双线传输线1(Z_odd1,Z_even1,θ₁)所表征的二端口网络与第三双线传输线3(Z₃,θ₃)所表征的二端口网络相串联；具体的，第三双线传输线3的第三导线3-2在地线Ground上，第三双线传输线3的第三信号线3-1与第一双线传输线1的第一信号线1-1并联。

第四双线传输线4(Z₄,θ₄)与第三双线传输线3(Z₃,θ₃)相级联，且第四双线传输线4(Z₄,θ₄)左侧末端短接，第四双线传输线4(Z₄,θ₄)用作调谐匹配，改善偶模等效电路的阻抗匹配，进而增加共模吸收性能；具体的，第四双线传输线4的第四信号线4-1与第三双线传输线3的第三信号线3-1串联，且第四信号线4-1远离第三信号线3-1的一端接入地线Ground；第四双线传输线4的第四导线4-1与第三双线传输线3的第三地线3-2串联。

电阻R1位于第三双线传输线3(Z₃,θ₃)与第四双线传输线4(Z₄,θ₄)的中间位置，且跨接在第三双线传输线3(Z₃,θ₃)的第三信号线3-1与第三导线3-2之间；具体的，电阻R1一端接入第三信号线3-1和第四信号线4-1中间，另一端接入第三导线3-2和第四导线4-2的中间。

在本实施例中，第四双线传输线4(Z₄,θ₄)和第三双线传输线3(Z₃,θ₃)的特征阻抗：Z₃＝55Ω，Z₄＝16Ω；电阻R₁的阻值为：R₁＝16Ω；以中心频率5GHz作为参考，电长度：θ₃＝θ₄＝90°。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，相延电路S2包括第五双线传输线(Z_odd2,Z_even2,θ₂)和第六双线传输线(Z_odd2,Z_even2,θ₂)构成，且第五双线传输线5中的第五导线5-1和电第六双线传输线6中的第六导线6-1均在地线Ground上；长度θ₂对应中心频点的四分之一波长，使得多级电路中的入射信号与反射信号产生反相对消，从而改善共模吸收性能。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，采用奇偶分析法对双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构进行分析，如图2所示为在差模激励下双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑的奇模等效电路。由于完整电路拓扑为平衡结构，故在差模激励下其中间第一对称面AA1可以等效为理想电壁，对称面上各节点均短路，因而差模激励下完整电路拓扑可简化为三段双线传输线级联(第一吸收电路S1的第一双线传输线1(Z_odd1,Z_even1,θ₁)、相延电路S2的第五双线传输线5(Z_odd2,Z_even2,θ₂)和第二吸收电路S2的第一双线传输线1(Z_odd1,Z_even1,θ₁)顺次级联)的奇模等效电路。将双线传输线奇模阻抗Z_odd1与Z_odd2设计在50Ω附近，可保证差模信号的完整传输。如图3所示为在共模激励下双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑的偶模等效电路。由于完整电路拓扑为平衡结构，故在共模激励下其第一对称面AA1可以等效为理想磁壁，对称面上各节点均开路，因而共模激励下完整电路拓扑可简化为二端口的偶模等效电路。第一对称面上AA1的第三双线传输线3(Z₃,θ₃)和第四双线传输线4(Z₄,θ₄)的阻抗值，以及电阻R1阻值均应变为完整拓扑的两倍。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图4所示为本发明共模滤波器电路拓扑的混合模态S参数仿真结果，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为S参数值，单位为：dB。可以看到，差模传输系数Sdd21在10GHz内保持在0dB附近，同时差模反射系数Sdd11保持在-30dB之下，表明所提出的电路拓扑可以很好地保证差模信号的完整传输。此外，端口一Port1至端口二Port2(图3中)的共模传输系数Scc21与端口二Port2至端口一Port1的共模传输系数Scc12相重合，端口一Port1的共模反射系数Scc11与端口二Port2的共模反射系数Scc22相重合，结果表明，共模传输系数Scc21与共模反射系数Scc11可在2.7GHz至7.3GHz频段内同时保持在-10dB之下，验证了所提电路拓扑优良的双向共模吸收性能，共模吸收带宽达92％。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于，包括：顺次级联的第一吸收电路、相延电路和第二吸收电路；

所述第一吸收电路包括第一差分端口对、第一双线传输线、第二双线传输线、第三双线传输线、第四双线传输线和电阻R1；

所述第一双线传输线和第二双线传输线沿第一对称面AA1对称设置，且均接入所述第一差分端口对；所述第一双线传输线和第二双线传输线均与所述第三双线传输线串联；所述第三双线传输线与所述第四双线传输线级联，且置于第一对称面AA1上；所述电阻R1置于所述第三双线传输线和第四双线传输线的中间，且跨接在第三双线传输线上；所述第三双线传输线与第四双线传输线均接入地线；所述第四双线传输线末端短接；

所述相延电路包括第五双线传输线和第六双线传输线；所述第五双线传输线与第六双线传输线分别与所述第一双线传输线和第二双线传输线连接；

所述第二吸收电路与所述第一吸收电路结构相同，且沿第二对称面BB1对称设置；所述第二对称面BB1垂直于第一对称面AA1，且置于所述相延电路的中间位置。

2.根据权利要求1所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第一对称面AA1为电磁波传输方向。

3.根据权利要求1所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第一差分端口对包括端口port1+和端口port1-；所述第一双线传输线包括第一信号线和第一导线；所述第二双线传输线包括第二信号线和第二导线；所述第一信号线与所述端口port1+连接，所述第二信号线与所述端口port1-连接；所述第一导线与第二导线并联。

4.根据权利要求3所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第一双线传输线和第二双线传输线均与所述第三双线传输线串联，所述第三双线传输线包括第三信号线和第三导线；所述第三信号线分别与所述第一导线和第二导线并联；所述第三导线位于地线上。

5.根据权利要求4所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第四双线传输线包括第四信号线和第四导线；所述第四信号线与所述第三信号线串联，且所述第四信号线远离第三信号线的一端接入地线；所述第四导线位于地线上。

6.根据权利要求5所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第三信号线和第四信号线中间接入电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接入所述第三导线和第四导线的中间。

7.根据权利要求3所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第五双线传输线包括第五信号线和第五导线，所述第六双线传输线包括第六信号线和第六导线；所述第五导线和第六导线均在地线上；所述第五信号线与所述第一信号线连接，所述第六信号线与所述第二信号线连接。

8.根据权利要求1所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第二吸收电路与所述第一吸收电路结构相同，其包括第一双线传输线、第二双线传输线、第三双线传输线、第四双线传输线、电阻R1和与所述第一差分端口对相对应的第二差分端口对；所述第一差分端口对和第二差分端口对均用于差分电路的输入或输出。

9.根据权利要求8所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第二差分端口对包括端口port2+和端口port2-；所述端口port2+与所述第二吸收电路中的第一双线传输线连接，所述端口port2-与所述第二吸收电路中的第二双线传输线连接。

10.根据权利要求1所述的双向吸收式超宽带共模滤波器电路拓扑结构，其特征在于：所述第五双线传输线和第六双线传输线的电长度对应中心频点的四分之一波长。