CN1355582A - 可消除高速传输中串音干扰的差分对排布 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种差分对排布,包括两个由导体组成并相互交叉设置的差分对,且每一差分对均可作为主动或被动组件。差分对中主动组件作用于被动组件上的串音干扰在任何时刻、任何位置上均为零。因此,在导体设置的纵长方向上并不存在累积的串音干扰,故串音干扰在该导体的远程及近端可保持为零。

Description

可消除高速传输中串音干扰的差分对排布

本发明涉及一种高速传输中导体的排布方式，尤其是一种差分对排布方式。

串音干扰一般存在于高速传输的电连接器间。事实上，利用设置导体差分对的手段来减少两邻近导体间的串音干扰在工业上的应用十分普遍。应用这种差分对设置来减少串音干扰的理论基础是：如果作为被动组件的差分对的两个受影响的导体与主动组件间的距离相等，则其所受到的该主动组件的串音干扰也相同。在这种情况下，由同一主动组件所引起的串音干扰的减少量在理论上应以可事先计算出来。这种现象一般发生在作为被动组件的两个导体间的距离较小而该作为被动组件的差分对与主动组件间的距离较大的情况下。可以想象，如果将印刷电路板上的电路、电连接器内的导电端子或者线缆内的导线间的距离忽略不计的话，从而被动导体差分对与主动组件间的距离减小，因此同一主动组件对被动差分对的两个导体的串音干扰将会明显不同。这就是该排布方式固有的一个缺点。

美国专利第5,647,770、5,971,813、6,017,247及6,120,329均揭示了在电连接器差分对间减少串音干扰的方法。明显地，以上的现有方法一般是使模块连接器的导电端子的一部分弯曲以与另一对应导电端子的相接合，则在该模块连接器焊接在另一电路板的导电端子的尾部处测出的串音干扰将会减少。然而，这种方法需要复杂的计算及/或多次的错误测试。另外，这种大量的导电端子的构形将会使模块连接器的制造及安装变得十分困难。而且，因为这种部分导电端子的弯曲设置，会使各导电端子间的导电路径的长度会变得不相同，这种偏差的结果将使其不能符合电路设计的需要。

美国专利第3,761,842、6,057,512号，及由同一申请人在2000年3月27日申请的第09/535,426号申请案均揭示了另外一种类似的处理方法。例如在线缆领域，组成差分对的线缆相互扭结以减少相邻线缆间的串音干扰。可以理解，相邻差分对的线缆的相互扭结使得整个线缆的制造变得困难，且会增加导电路径的长度，即增加其间的电阻，这仍会造成其间串音干扰的不均衡。

另外，图1揭示一种应用在其它领域的相似的处理方法，它揭示一种设置在印刷电路板上的由导体或线路组成的差分对，其中每两个相邻的用以传输信号的导体差分对间设置有一接地线路，以减少其间的串音干扰。可以理解，大量处在不同差分对间的用以传递信号的导体的设置将占用大量空间，这不符合电气产品的小型化设计趋势。

总而言之，除了上述不同领域的现有技术中的缺点，其它影响高速连接器间串音干扰的重要因素是与其内部电感应及电容相关的电阻的数值。在导电路径上电阻的不匹配将会产生对信号的影响，并因为影响信号的眼形构造而影响信号传输的品质。也就是说，处在最小区域的眼形信号的形状失真将会影响其间信号传输的稳定性及可靠性。可以理解，上述模块电连接器中导电端子的扭曲及线缆中导线的扭结将使得其电阻值因为差分对中的被动导体与主动导体间距离的不一致而与导电路径的长度不相匹配。因此，其所传递的信号的质量将不能满足更优化的眼形构形。另外，在差分对的设置中，作为被动组件的差分对的两上导体理论上应该尽量靠近设置，以使其间的串音干扰在数量上相接近。因为每一差分对的两个导体间的内部距离也是控制其间电阻的重要方面，将其靠近设置将会得到其沿传输路径的不相匹配电阻值。换句话说，在大部分时间内，因为固有的结构限制及电气性能，减小串音干扰要求将会与电阻的兼容性产生矛盾。也就是说，需要至少改变以上两个因素中的一个或两个的某些部分来完成。

在上述所有的应用领域中，串间干扰都不能有效的消除，因此对于远程干扰来说，因为信号传播因延迟而偏差，每一个被动导体均不能达到最佳的应用。换句话说，因为传播而延迟而产生的偏差，任一差分对减少的串音干扰不会与其它的差分对相对应。在这种情况下，差分对实际上的远程的串音干扰可能比预计的最高值还高。

本发明目的之一在于提供导体的差分对排布方式，其中导体可控制及可预期地平面、系统、科学地排布。

本发明目的之二在于提供一种串音干扰可被有效削弱甚至在某些情况下消失的差分对排布，以至于近端或远程的串音干扰如预期地变为零。

本发明目的之三在于提供可在不损害内部电阻兼容性的前提下将串音干扰减为零的导体排布方式。

上述目的是这样实现的，本发明的差分对排布包括一对垂直交叉设置的第一导体差分对及第二导体差分对，其中各导体差分对中的被动组件  另一邻近的主动组件间的距离与其与另一邻近的主动组件间的距离相等。

根据上述目的之二，本发明的另一特征在于被动组件可以设置成单端形，而非差分对形，其中被动组件可动地设置在与差分对中的两主动组件距离相等的任何位置。

根据上述目的之三，本发明的另一特征在于其可将沿整个被动组件的长度方向上的串音干扰降低为零，且其电阻与该被动组件两端的另一连接部分的电阻相同，并且不影响其串音干扰。

由于采用上述设置，本发明差分对排布可使各导体差分对的主动组件与邻近的差分对间的导体的串音干扰降低至零，以保证在被动组件的远程及近端均无串音干扰。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

图1是现有印刷电路板上的导电线路差分对与接地线路相联系的示意图。

图2是本发明较佳实施例的线缆的导体差分对间相互交叉排布的示意图。

图3是本发明对应说明第二较佳实施例的具有两个在所有方向上均对称设置的导体差分对的示意图。

图4是本发明对应说明第三较佳实施例的具有两个沿双坐标对称设置的导体差分对的示意图。

图5是本发明对应说明第四较佳实施例的具有两个沿单坐标对称设置的导体差分对的示意图。

图6是本发明对应说明第五较佳实施例的具有一个导体差分对及若干单端导体沿单坐标对称设置方式的示意图。

图7是本发明对应说明第六较佳实施例的具有两个导体差分对的变形方式示意图。

图8是本发明对应说明用在线缆的第七较佳实施例的示意图，其中每两个相互交叉设置的差分对具有圆形遮蔽以防止其串音干扰。

图9是本发明对应说明用在线缆的第八较佳实施例的示意图，其中线缆的导线沿其纵长方向扭结。

参阅图2可知，第一导体差分对11a、11b及第二导体差分对21a、21b相互交叉设置成菱形形状。可以理解，上述第一及第二差分对互为主、被动组件。而且，不管其中的任何一对起作用，两差分对间的串音干扰即可为零。

例如，在将第一导体差分对11a、11b作为主动组件而将第二导体差分对21a、21b作为被动组件。因为被动组件21a与主动组件11a的距离与同一被动组件21a与另一被动组件11b间的距离相等，其中主动组件11a处在相加/正的相位，而主动组件11b处在相减/负的相位且其与主动组件11a的大小相等，所以主动组件21a将会受到被动组件11a、11b的大小相等、方向相反的串音干扰。由于主动组件11a、11b对被动组件21a的串音干扰可相互平衡，被动组件21a所最终受到的串音干扰为零。

同样的原理，主动差分对11a、11b对被动组件21b的串音干扰也为零。类似地，如果将导体差分对21a、21b作为主动组件而将导体差分对11a、11b作为被动组件，因为主动组件21a、21b的对称排布，其对在被动组件11a的串间干扰为零，且对在被动组件11b具有相同的结果。

因此，差分对11a、11b及21a、21b间沿其纵长方向不会产生任何串音干扰。例如，两个差分对的此种排布可用在线缆组合，其中11a、11b、21a及21b被设置成两对中心具有导体的差分对，其沿穿过图2所示的方向为纵长方向延伸。

可以理解，对在被动组件来说，任何时刻的串音干扰无为零，因此在导体的远程积聚的串音干扰最终也是零。在此实施例中，这两对差分对可以设置为一个基础单元，为适应不同的需要而与其它导体共同使用。

图3是第二实施例的示意图，其中两个相连接的差分对的导体可被视作线路或类似的组件。与第一实施例中每一导体具有圆形截面不同的是，图3中的导体具有面向对称中心(并非几何的对称中心，而是功能的对称中心)的较大的面。而与第一实施例相类似的是，各导体与对称中心的距离是相等的。

图4是揭示一种与第二实施例相似但其两个差分对设置方向不同的第三实施例，其中以较短的面朝向对称中心的横向差分对比另一差分对更加靠近对称中心，因为电阻会与对应的距离呈反比变化。可以理解，在第一实施例中，第一导体差分对11a、11b的截面面积要小于另一差分对，因此其与对称中心的距离也要相应地比另一差分对短。无论如何，在第三实施例中，因为两差分对呈中心对称设置，不管横向设置的差分对与对称中心的距离是否变短，每一导体间的串音干扰都会如第一、第二实施例般为零。

参阅图5，每一被动差分对51a、51b均是可移动地设置在沿垂线，也就是，沿主动组件差分对52a、52b间的垂直平分线的任何位置。可以理解，在这种情况下，这两种差分对间的串音干扰将不再为零。与此相反，在图5中差分对51a、51b具有零串音干扰，然而差分对52a、52b并不具有。

类似地，图6揭示若干沿主动差分对61a、61b的垂线设置的单端导体，其中每一单端导体的间的串音干扰为零。

图7是揭示一种图4所示实施例的变换形式。可以理解，上述提到的实施例可以用在导电线路。在图4中，所述两个差分对需要在垂直方向上以三层设置，而在图7中所述两个差分对仅需在垂直方向上设置为两层。

图8仅是在第一实施例的基础上在每两个相互垂直交叉的差分对上设置遮蔽层以防止附近设备的干扰。在这种情况下，整个线缆的串音干扰也可控制为零。

图9是第一实施例的另一种表现形式，其中每两个相互垂直交叉的差分对沿其纵长方向扭结。在这种情况下，通过选择两相邻设备间的不同位相可将其间的串音干扰减少至与前述美国专利申请第09/535,426的接续案相同的水平。

本发明的特征及优点如下述：

(1)这种排布可应用在印刷电路板、线缆及包括导体差分对的连接器及其它线路上。

(2)这种排布易于完成和制造。线缆和导线均不需要复杂的扭结形状。

(3)不论被动差分对的长度如何，其近端及远程的串音干扰均为零。

(4)只要主动组件为差分对形式，被动组件是单端还是差分对均可。

(5)因为串音干扰在任何时间且/或在导体纵长方向上的任何位置均为零，差分对的歪斜并不会产生远程的串音干扰。

(6)两个差分对的菱形或十字形设置与传统的平面形设置相比仅需较小的空间。

更重要的是，只要作为被动组件的差分对沿作为主动组件的差分对的垂直平分线上移动，每一上述被动组件上的串音干扰始终保持为零。因此，这种被动组件间的距离可自由设置，沿着上述垂直平分线，可在不影响串音干扰为零的前提下调整得到所需要的电阻。

Claims (9)

1.一种差分对排布，包括由导体组成的第一差分对及第二差分对，其特征在于：第一差分对与第二差分对相互垂直交叉设置。

2.如权利要求1所述的差分对排布，其特征在于：导体呈圆形或矩形构造。

3.如权利要求1所述的差分对排布，其特征在于：第一及第二差分对互为主、被动组件。

4.如权利要求3所述的差分对排布，其特征在于：上述第一及第二差分对中的作为被动组件的差分对是分布在另一差分对的垂直平分线上，且在保持其所受到的串音干扰保持为零的同时通过移动调整其阻抗值。

5.如权利要求1所述的差分对排布，其特征在于：第一及第二差分对在其交叉点处形成对称中心，且该第一及第二差分对均相对于上述对称中心对称。

6.如权利要求5所述的差分对排布，其特征在于：第一及第二差分对中的任一导体与对称中心的距离相等。

7.如权利要求1所述的差分对排布，其特征在于：上述第一及第二差分对形成菱形形状。

8.如权利要求1所述的差分对排布，其特征在于：上述第一及第二差分对中的导体是线缆中的导线。

9.如权利要求1所述的差分对排布，其特征在于：上述第一及第二差分对外围设置有遮蔽构件。

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