CN1707871A - 信号传输电路 - Google Patents

Abstract

一种具有特征阻抗的信号传输电路，包括：共模滤波器、第一容性组件、第一连接线、第二容性组件和第二连接线。第一容性组件具有第一端子。第一连接线将共模滤波器的输出与第一容性组件相连。第二连接线将共模滤波器的另一输出与第二容性组件相连。第一连接线具有第一长度。第二连接线具有第二长度。第一长度和第二长度中的每一个处于预定范围之内，以便改变特征阻抗。

Description

信号传输电路

技术领域

本发明涉及一种信号传输电路，具体地，涉及一种包括共模滤波器和容性组件的信号传输电路。

背景技术

传统地，已经使用了差分传输方法来传送电子设备之间的数字信号。差分传输是一种将数字信号输入到一对相位相反的信号线路径以便能够抵消从信号线产生的辐射噪声和外部噪声的方法。由于抵消了外部噪声，也减小了总噪声。由于信号不会受到噪声的影响，能够以较小的幅度传输信号。因此，能够缩短信号的上升和下降时间，能够进行高速信号传输。

能够执行差分传输方法的电缆类型包括：USB、DVI和最近能够传输更多数字信号的更多HDMI类型。HDMI电缆使用高速串行接口，用于将例如DVD播放器或机顶盒的数字发射机与数字电视等相连，以便传输未压缩的数字信号。一种HDMI电缆能够以较高的速度传输音频信号和语音信号。

当增大信号传输速度时，信号线之间的差分信号的些许偏移会产生噪声。日本专利申请公开No.2001-85118中提出的一种传输电路通过在电缆或其它接口中插入共模扼流圈来减小噪声。

然而，当传输高频或高速脉冲信号时，必须匹配传输路径上的阻抗。如果阻抗不匹配，不匹配的阻抗部分会反射信号的高频分量，导致了极大衰减信号的较大回波损耗。此外，该反射产生了不必要的辐射噪声。

通常利用接口将例如变阻器、电容器或齐纳二极管等容性组件插入到数字电视的连接部分，作为抗静电元件。图1的曲线图示出了当将容性组件(1.1pF)插入到传输路径上以及没有将容性组件插入到传输路径上时，相对于传输路径上的位置的特征阻抗。通常，随着电容分量增大，阻抗减小。可以看出，电容分量减小了图1中抗静电元件的位置处的特征阻抗。结果，在抗静电元件的位置处反射信号的高频分量，产生了噪声。

发明内容

考虑到上述缺点，本发明的目的是提供一种信号传输电路，能够减轻由抗静电容性组件引起的特征阻抗的下降。

为了获得上述和其它目的，本发明提供了一种具有特征阻抗的信号传输电路，包括：共模滤波器、第一容性组件、第一连接线、第二容性组件和第二连接线。共模滤波器包括磁心(core)，第一和第二信号线螺旋盘绕在磁心周围。第一信号线具有第一输入和第一输出。第二信号线具有第二输入和第二输出。将相位相反的信号输入到第一输入和第二输入。第一容性组件具有第一端子。第一连接线具有第一端和第二端。第一连接线只在第一端处与第一输出相连。第一连接线只在第二端处与第一端子相连。第一连接线具有第一长度。第二容性组件具有第二端子。第二连接线具有初级端和次级端。第二连接线只在初级端处与第二输出相连。第二连接线只在次级端处与第二端子相连。第二连接线具有第二长度。第一长度和第二长度中的每一个处于预定范围之内，以便改变特征阻抗。

优选地，第一长度和第二长度中的每一个在3mm之内。

优选地，第一连接器和第二连接器中的每一个是形成在印刷电路板上的图案。

优选地，第一容性组件和第二容性组件中的每一个是变阻器。

本发明的另一方面提供了一种具有信号传输电路的电子设备。所述信号传输电路具有特征阻抗，并且包括：共模滤波器、第一容性组件、第一连接线、第二容性组件和第二连接线。共模滤波器包括磁心，第一和第二信号线螺旋盘绕在磁心周围。第一信号线具有第一输入和第一输出。第二信号线具有第二输入和第二输出。将相位相反的信号输入到第一输入和第二输入。第一容性组件具有第一端子。第一连接线具有第一端和第二端。第一连接线只在第一端处与第一输出相连。第一连接线只在第二端处与第一端子相连。第一连接线具有第一长度。第二容性组件具有第二端子。第二连接线具有初级端和次级端。第二连接线只在初级端处与第二输出相连。第二连接线只在次级端处与第二端子相连。第二连接线具有第二长度。第一长度和第二长度中的每一个处于预定范围之内，以便改变特征阻抗。

优选地，第一长度和第二长度中的每一个在3mm之内。

本发明的另一方面提供了一种具有信号传输电路的电缆。所述信号传输电路具有特征阻抗，并且包括：共模滤波器、第一容性组件、第一连接线、第二容性组件和第二连接线。共模滤波器包括磁心，第一和第二信号线螺旋盘绕在磁心周围。第一信号线具有第一输入和第一输出。第二信号线具有第二输入和第二输出。将相位相反的信号输入到第一输入和第二输入。第一容性组件具有第一端子。第一连接线具有第一端和第二端。第一连接线只在第一端处与第一输出相连。第一连接线只在第二端处与第一端子相连。第一连接线具有第一长度。第二容性组件具有第二端子。第二连接线具有初级端和次级端。第二连接线只在初级端处与第二输出相连。第二连接线只在次级端处与第二端子相连。第二连接线具有第二长度。第一长度和第二长度中的每一个处于预定范围之内，以便改变特征阻抗。

优选地，第一长度和第二长度中的每一个在3mm之内。

附图说明

结合附图，根据阅读优选实施例的以下说明，本发明的以上和其它目的、特点和优点将更加显而易见，其中：

图1是示出了传输电路中不同位置处的特征阻抗的曲线图；

图2是示出了根据第一实施例的信号传输电路的说明图；

图3(a)是示出了处于差分模式的共模滤波器的操作的说明图；

图3(b)是示出了处于共模的共模滤波器的操作的说明图；

图4是示出了根据优选实施例用于利用TDR方法来测量特征阻抗的经验配置的说明图；

图5(a)是示出了当传输路径上没有断续点时示波器的显示的说明图；

图5(b)是示出了当传输路径上存在断续点时示波器的显示的说明图；

图6(a)是示出了当信号传输电路没有配置共模滤波器时的特征阻抗的曲线图；

图6(b)是示出了当信号传输电路配置了共模滤波器时的特征阻抗的曲线图；

图7是示出了传输路径上的特征阻抗变化的曲线图；

图8(a)是示出了安装在印刷电路板上的芯片型(chip-type)共模滤波器和变阻器的平面图；

图8(b)是示出了安装在印刷电路板上的芯片型共模滤波器和变阻器的侧视图；

图9(a)是示出了安装在印刷电路板上的引线型(lead-type)共模滤波器和变阻器的平面图；

图9(b)是示出了安装在印刷电路板上的引线型共模滤波器和变阻器的侧视图；

图10包括示出了长度d和最小特征阻抗之间的关系的曲线图；

图11是示出了在HDMI电缆中设置的信号传输电路的说明图；以及

图12是示出了在DVD播放器中设置的信号传输电路的说明图。

具体实施方式

在参考附图的同时，将说明根据本发明优选实施例的信号传输电路，其中相同部分和组件由相同的参考数字表示，以避免重复说明。

下面将参考图2到10，说明根据本发明第一实施例的信号传输电路。

图2示出了利用HDMI电缆3连接到DVD播放器2的数字电视4。在数字电视4的输入部分上设置了根据本实施例的信号传输电路1。HDMI电缆3是包括连接器31和32的差分传输类型电缆。连接器32连接到信号传输电路1，而连接器31连接到DVD播放器2。通过HDMI电缆3和信号传输电路1，以较高的速率将数字信号从DVD播放器2发送到数字电视4。

信号传输电路1是安装在印刷电路板上的差分传输电路，并且包括信号线D+和D-、共模滤波器12、变阻器13和14以及连接器15。每一个信号线D+的一端和信号线D-的一端连接到HDMI电缆3的连接器32，而每一个信号线D+的另一端和信号线D-的另一端连接到共模滤波器12的输入。共模滤波器12的输出通过导体连接器15连接到数字电视4。

此外，每一个变阻器13的一个端子和设置为抗静电测量的变阻器14的一个端子连接到共模滤波器12的输出。每一个变阻器13的另一端和变阻器14的另一端接地。在优选的实施例中，用作共模滤波器12的滤波器是由TDK Corporation制造的ACM系列滤波器，在高频分量具有较低延迟。也由TDK Corporation制造的AVR系列变阻器用作变阻器13和14。

接下来，将参考图3(a)和3(b)来说明共模滤波器12的结构和操作。共模滤波器12包括环形铁氧体磁心和彼此绝缘、紧绑在一起并且多次盘绕铁氧体磁心的两个信号线22和23。信号线22和23的输入端与HDMI电缆3的连接器32相连，而输出端与数字电视4相连。

在优选的实施例中，对于信号，以差模方式使用共模滤波器12。图3(a)示出了处于差模的共模滤波器12的操作。在该模式中，以相反的相位将信号24输入到信号线22和23。因此，由信号线22和23在铁氧体磁心21中产生的磁通量按照相反的方向运行，并且因此彼此抵消。结果，由信号线22和23产生的磁场27几乎不产生阻抗(电感)，使得以很小的延迟输出信号24。

另一方面，对于共模噪声28，以共模方式使用共模滤波器12。图3(b)示出了处于共模的共模滤波器12的操作。在该模式中，在信号线22和23中以相同的方向产生共模噪声28。因此，由信号线22和23在铁氧体磁心21中产生的磁通量按照相同的方向运行，并且因此强度增大。结果，由信号线22和23产生的磁场27产生了较高阻抗，因此几乎不输出共模噪声28。

按照这种方式，共模滤波器12能够用于只衰减没有延迟信号的噪声。因此，将从DVD播放器12输出的信号没有改变地发送到数字电视4。

尽管共模滤波器12能够减小外部噪声，还有必要减小由传输路径上的特征阻抗中的断续点处反射的信号所产生的噪声。因此，使用了TDR方法，用于通过测量传输路径上的特征阻抗中的断续点处反射的脉冲，来测量传输路径的每一点的特征阻抗。

图4示出了利用TDR方法来测量传输路径10的特征阻抗的配置。高速示波器10通过传输路径10连接到接收机IC 6。示波器5具有TDR模块51。传输路径10包括同轴电缆7和信号传输电路1。示波器5通过TDR模块51连接到同轴电缆7的一端。同轴电缆7的另一端连接到信号传输电路1的一端。信号传输电路1的另一端连接到接收机IC 6。

在优选的实施例中，将Agilent 86100示波器用作示波器5，并且将TDR模块54754用作TDR模块51。当关闭电源时，接收机IC 6具有无限大的输入阻抗，反射了100％从示波器5接收的信号。同轴电缆7配置了两个差分信号线，每一个具有50Ω的特征阻抗。因此，同轴电缆7的整个特征阻抗是100Ω。

接下来，将参考图4和5来说明根据优选实施例的利用TDR方法来测量特征阻抗的方法。首先，高速示波器5产生阶跃电压Ei并将阶跃电压Ei输出到传输路径10。当不存在传输路径10上的特征阻抗的断续点时，接收机IC 6无改变地反射节约电压Ei。因此，如图5(a)所示，只在高速示波器5上显示了阶跃电压Ei。

然而，如果在传输路径10上存在特征阻抗的断续点，在该断续点会反射部分阶跃电压Ei。在这种情况下，如图5(b)所示，在高速示波器5上显示了将反射波Er代数方式地添加到阶跃电压Ei上的波形。注意，图5(b)中的反射波Er是负的。根据该显示，可以发现特征阻抗中的断续点的位置和特征阻抗的数值。具体地，从添加反射波Er之前的时间T，能够得到特征阻抗中的断续点的位置，并且根据反射波Er的数值，能够得到该位置处的特征阻抗的数值。

图6(a)是示出了对于没有配置共模滤波器12的传输路径，根据上述方法测量的特征阻抗的曲线图。图6(b)是示出了配置有共模滤波器12的传输路径的特征阻抗的曲线图。在该实例中，将TDKCorporation制造的ACM 2012D-900滤波器用作共模滤波器12，将具有五个不同电容的变阻器用于变阻器13和14。通过比较图6(b)的结果和图6(a)的结果，可以看出，当利用任意电容的变阻器13和14时，共模滤波器12的使用减小了特征阻抗的下降。

对于设置和不设置共模滤波器12的情况，图7的曲线图示出了变阻器13和14处特征阻抗的最小值的变化。当利用共模滤波器12时，最小特征阻抗增加大约20Ω，而与变阻器13和14的电容无关。

通过向信号传输电路1提供如上所述的共模滤波器12，能够在某种程度上改进特征阻抗。然而，优选地，在传输上的任何点处的特征阻抗应当尽可能地恒定，以便提供更高质量的图像等。因此，在本实施例中，设置共模滤波器12和变阻器13、14之间的距离，即连接器5的长度d，使其不超过3mm。这里，长度d是共模滤波器12的输出123和变阻器13的输入端子131之间的长度，以及共模滤波器12的输出124和变阻器14的输入端子141之间的长度。

图8(a)和8(b)示出了当将芯片型共模滤波器12和变阻器13设置在印刷电路板时的长度d。图9(a)和9(b)示出了当将引线型共模滤波器12和变阻器13设置在印刷电路板时的长度d。如图8(a)、8(b)、9(a)和9(b)所示，当将共模滤波器12和变阻器13、14设置在印刷电路板上时，共模滤波器12的输出123和变阻器13的输入端子131之间的长度表示了连接输出123的边缘A到输入端子131的边缘B的图案的长度d。

注意，尽管在本实施例中使用了输出123和输入端子131，按照相同方式，由共模滤波器12的输出124和变阻器14的输入端子141之间的电气(electric)长度表示长度d。此外，尽管如图8(a)、8(b)、9(a)和9(b)中直线所述，长度d还包括曲线的长度。在这种情况下，长度d指曲线的总长度。

图10是示出了长度d和利用TDR方法在实验中测量的最小特征阻抗之间的关系的曲线图。随着长度d缩短，最小特征阻抗变大，而与变阻器13和14的电容无关。尤其注意，当长度d超过3mm时，最小特征阻抗急剧减小。换句话说，通过将长度d保持在3mm之内，能够抑制最小特征阻抗的较大下降。

因此，可以通过将长度d设置在3mm之内来避免最小特征阻抗的较大下降，减小由比匹配特征阻抗引起的反射。假设每一个均在3mm之内，即使当用于信号线22和23的长度d不相等时，仍能够获得该效果。同时，在抑制共模噪声中能够保持共模滤波器的固有效果。

在利用高速差分接口中，用于噪声的标准需要特征阻抗是100±15Ω。在某些情况下，由于通常根据使设备有效操作的数值来确定共模滤波器和变阻器，不能保持特征阻抗与标准额定一致。在这种情况下，通过将长度d设置在3mm之内，仍然能够得到标准额定之内的特征阻抗。

通过尽可能短地设置长度d，能够改进特征阻抗。然而，由于电路板图案的限制，可能存在不能将共模滤波器12设置在变阻器13和14的附近的情况。在这种情况下，通过至少将长度d设置在3mm之内，能够减小特征阻抗的不一致。

接下来，将参考图11说明根据本发明第二实施例的信号传输电路。图11示出了在HDMI电缆3中设置信号传输电路1的实例。在该实例中，可以将信号传输电路1设置在电缆本身中或设置在连接器中。第二实施例的信号传输电路获得了与上述第一实施例中相同的效果。

接下来，将参考图12说明根据本发明第三实施例的信号传输电路。图12示出了在DVD播放器2中设置信号传输电路1的实例。在该实例中，可以将信号传输电路1设置在DVD播放器2的输出部分。第三实施例的信号传输电路能够实现与上述第一实施例中相同的效果。

尽管已经参考具体实施例详细说明了本发明，本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神的前提下，可以进行多种修改和变体，由所附的权利要求限定本发明的范围。

例如，不必将信号传输电路1的位置局限于上述位置。可以将信号传输电路1设置在DVD播放器2的输出之后和数字电视4的第一电路之前的任意位置。此外，可以利用个人计算机、机顶盒或其它数字传输设备来代替DVD播放器2。可以利用使用例如DVI、USB或IEEE的差分系统的电缆来代替HDMI电缆3。可以利用监视器或其它数字视频设备来代替数字电视4。此外，可以使用电容器、调谐二极管或其它容性组件来代替变阻器13。

Claims (8)

1.一种具有特征阻抗的信号传输电路，其特征在于包括：

共模滤波器，其包括磁心以及螺旋盘绕在磁心周围的第一和第二信号线，第一信号线具有第一输入和第一输出，第二信号线具有第二输入和第二输出，其中将相位相反的信号输入到第一输入和第二输入；

具有第一端子的第一容性组件；

具有第一端和第二端的第一连接线，第一连接线只在第一端处与第一输出相连，第一连接线只在第二端处与第一端子相连，其中第一连接线具有第一长度；

具有第二端子的第二容性组件；以及

具有初级端和次级端的第二连接线，第二连接线只在初级端处与第二输出相连，第二连接线只在次级端处与第二端子相连，其中第二连接线具有第二长度，

其中第一长度和第二长度中的每一个处于预定范围之内，以便改变特征阻抗。

2.根据权利要求1所述的信号传输电路，其特征在于第一长度和第二长度中的每一个在3mm之内。

3.根据权利要求1所述的信号传输电路，其特征在于第一连接器和第二连接器中的每一个是形成在印刷电路板上的图案。

4.根据权利要求1所述的信号传输电路，其特征在于第一容性组件和第二容性组件中的每一个是变阻器。

5.一种包括信号传输电路的电子设备，其特征在于所述信号传输电路具有特征阻抗，并且包括：

共模滤波器，包括磁心以及螺旋盘绕在磁心周围的第一和第二信号线，第一信号线具有第一输入和第一输出，第二信号线具有第二输入和第二输出，其中将相位相反的信号输入到第一输入和第二输入；

具有第一端子的第一容性组件；

具有第一端和第二端的第一连接线，第一连接线只在第一端处与第一输出相连，第一连接线只在第二端处与第一端子相连，其中第一连接线具有第一长度；

具有第二端子的第二容性组件；

具有初级端和次级端的第二连接线，第二连接线只在初级端处与第二输出相连，第二连接线只在次级端处与第二端子相连，其中第二连接线具有第二长度，

其中第一长度和第二长度中的每一个处于预定范围之内，以便改变特征阻抗。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于第一长度和第二长度中的每一个在3mm之内。

7.一种包括信号传输电路的电缆，其特征在于信号传输电路具有特征阻抗，并且包括：

共模滤波器，包括磁心以及螺旋盘绕在磁心周围的第一和第二信号线，第一信号线具有第一输入和第一输出，第二信号线具有第二输入和第二输出，其中将相位相反的信号输入到第一输入和第二输入；

具有第一端子的第一容性组件；

具有第一端和第二端的第一连接线，第一连接线只在第一端处与第一输出相连，第一连接线只在第二端处与第一端子相连，其中第一连接线具有第一长度；

具有第二端子的第二容性组件；

具有初级端和次级端的第二连接线，第二连接线只在初级端处与第二输出相连，第二连接线只在次级端处与第二端子相连，其中第二连接线具有第二长度，

其中第一长度和第二长度中的每一个处于预定范围之内，以便改变特征阻抗。

8.根据权利要求7所述的电缆，其特征在于第一长度和第二长度中的每一个在3mm之内。

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