TWI288510B - Signal transmission circuit - Google Patents

Description

1288510 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種信號傳送電路，且特別地有關一種包 含共同模式濾波器及電容性元件之信號傳送電路。 【先前技術】 傳統地，已利用差動傳送法以轉移數位信號於電子裝 • 置之間，差動傳送係一種輸入反向相位之數位信號於配對 之信號線路徑內使得產生自信號線之輻射雜訊以及外部雜 訊可消除；因爲可消除外部雜訊，故亦可降低總雜訊；因 爲信號不受雜訊影響，故信號可以以更小的振幅傳送；因 此，可縮短信號之上升及下降時間而致能高速度之信號傳 送。 能執行差動傳送法之電纜型式包含USB，D VI以及能 傳送更多數位信號之更先進的HDMI電纜。該HDMI電纜 # 利用高速串聯界面以連接諸如DVD播放器或視訊轉換器 之數位傳送器至數位電視或類似物供傳送未壓縮之數位信 號用，一 HDMI電纜能高速地轉移視頻信號及聲頻信號。 當增加信號傳送速度時，雜訊會由信號線間之差動信 號中的輕微偏移而產生，日本專利申請公告第 200 1 - 〆，一. 85 118號中所提出之一種傳送電路藉插置共同模式抗流圈 於/電纜或其他界面之內而降低雜訊。 然而，當傳送高頻或高速脈波信號時，傳送路徑上之 阻抗必須匹配’若該阻抗並未匹配時，該信號之高頻成分 -4 - (2) 1288510 會由阻抗之未匹配部分所反射而產生會大大地衰減該 之大的回波損耗；進一步地，不必要的輻射雜訊會由 射所產生。 一般地，諸如變阻器，電容器，或然納二極體之 性元件係藉當作防靜電組件之界面而插置於數位電視 接部件之內。第1圖中之圖形顯示當插置電容性 (1.1 PF)於傳送路徑上或當未插置電容性元件於傳送 # 上之時，該傳送路徑上之位置的特性阻抗。大致地， 容成分增加時，阻抗會降低。將瞭解的是，該電容成 降一第1圖中之防靜電組件之位置處的特性阻抗，結 信號之高頻成分會反射於該防靜電組件之位置處而產 訊。 【發明內容】 鑑於上述缺點，本發明之目的在於提供一種信號 ® 電路，能減輕防靜電之電容性元件所造成之特性阻抗 陷落。 爲達成上述及其他目的，本發明提供一種信號傳 路，具有一特性阻抗及包含一共同模式濾波器，一第 容性元件，一第一連接線，一第二電容性元件及一第 接線。該共同模式濾波器包含一芯；以及第一及第二 線，以螺旋狀纏繞該芯。該第一信號線具有一第一輸 一第一輸出，該第二信號線具有一第二輸入及一第二 ’反向相位信號輸入至該第一輸入及該第二輸入。第 信號 該反 電容 之連 元件 路徑 當電 分會 果， 生雜 傳送 中之 送電 一*電 二連 信號 入及 輸出 一電 (3) 1288510 容性元件具有一第一端子。第一連接線具有一第一末端及 一第二末端，該第一連接線只在該第一末端處連接於該第 一輸出’該第一連接線只在該第二末端處連接於該第一端 子，該第一連接線具有一第一長度。第二電容性元件具有 一第二端子。第二連接線具有一主要末端及一次要末端， 該第二連接線只在該主要末端處連接於該第二輸出，該第 二連接線只在該次要末端處連接於該第二端子，該第二連 ^ 接線具有一第二長度。該第一長度及該第二長度各在一預 定之範圍內而改變該特性阻抗。 較佳地，該第一長度及該第二長度各在3毫米（mm) 之內。 較佳地，該第一連接線及該第二連接線各係一形成於 一印刷電路板上之圖案。 較佳地，該第一電容性元件及該第二電容性元件各爲 一變阻器。 Φ 本發明之另一觀點提供一種具有信號傳送電路之電子 裝置，該信號傳送電路具有一特性阻抗及包含一共同模式 濾波器。第一電容性元件’一第一連接線’ 一第二電容性 元件及一第二連接線。該共同模式濾波器包含一芯；以及 第一及第二信號線，以螺旋狀纏繞該芯。該第一信號線具 有一第一輸入及一第一輸出，該第二信號線具有一第二輸 入及一第二輸出，反向相位信號輸入至該第一輸入及該第 二輸入。第一電容性元件具有一第一端子。第一連接線具 有一第一末端及一第二末端，該第一連接線只在該第一末 -6- (4) 1288510 端處連接於該第一輸出，該第一連接線只在該第 連接於該第一端子，該第一連接線具有一第一長 電容性元件具有一第二端子。第二連接線具有一 及一次要末端，該第二連接線只在該主要末端處 第二輸出，該第二連接線只在該次要末端處連接 端子，該第二連接線具有一第二長度。該第一長 二長度各在一預定之範圍內而改變該特性阻抗。 # 較佳地，該第一長度及該第二長度各在3 之內。 本發明之又一觀點提供一種具有信號傳送電 ，該信號傳送電路具有一特性阻抗及包含一共同 器，一第一電容性元件，一第一連接線，一第二 件及一第二連接線。該共同模式濾波器包含一芯 一及第二信號線，以螺旋狀纏繞該芯。該第一信 一第一輸入及一第一輸出，該第二信號線具有一 • 及一第二輸出，反相相位信號輸入至該第一輸入 輸入。第一電容性元件具有一第一端子。第一連 一第一末端及一第二末端，該第一連接線只在該 處連接於該第一輸出，該第一連接線只在該第二 接於該第一端子，該第一連接線具有一第一長度 容性元件具有一第二端子。第二連接線具有一主 一次要末端，該第二連接線只在該主要末端處連 二輸出，該第二連接線只在該次要末端處連接於 子，該第二連接線具有一第二長度。該第一長度 二末端處 αίρ ^ 一 度。弟一 主要末端 連接於該 於該第二 度及該第 毫米（mm) 路之電纜 模式濾波 電容性元 ;以及第 號線具有 第二輸入 及該第二 接線具有 第一末端 末端處連 。第二電 要末端及 接於該第 該第二端 及該第二 -7- (5) 1288510 長度各在一預定之範圍內而改變該特性阻抗。 較佳地，該第一長度及該第二長度各在3毫米（mm) 之內。 【實施方式】 將參照附圖描述根據本發明較佳實施例之信號傳送電 路，其中相同的部件及組件藉相同的參考符號予以指示以 # 避免重複說明。 根據本發明第一實施例之信號傳送電路將參照第2至 1 0圖加以說明。 第2圖顯示藉HDMI電纜3連接於DVD播放器2之 數位電視4，根據本實施例之信號傳送電路丨係配置於數 位電視4之輸入部件上，該HDMI電纜3爲一包含連接器 31及32之差動傳送型電纜，連接器32連接於信號傳送 電路1，而連接器31則連接於DVD播放器2，數位信號 ® 經由HDMI電纜3及信號傳送電路1而高速率速度地從 DVD播放器2傳送至數位電視4。 信號傳送電路1爲一安裝在印刷電路板上的差動傳送 電路，且包含信號線D +及D-，共同模式濾波器12，變阻 器1 3及1 4，以及連接器1 5 ;信號線D +之一末端及信號 線D-之一末端各連接於HDMI電纜3之連接器32，而另 一末端則各連接於共同模式濾波器1 2之輸入，共同模式 濾波器1 2之輸出經由導電性連接器1 5而連接於數位電視 4 〇 -8- (6) 1288510 進一步地，配置爲防靜電措施之變阻器13之一端子 及變阻器1 4之一端子各連接於共同模式濾波器1 2之輸出 ，該變阻器1 3之另一端子及變阻器1 4之另一端子則接地 。在該較佳實施例中，使用作該共同模式濾波器1 2之濾 波器係TDK公司所製造之ACM系列濾波器，具有低衰變 於高頻組件中；亦由TDK公司所製造之AVR系列變阻器 係使用作該等變阻器1 3及1 4。 • 接著，將參照第3(a)及3(b)圖描述共同模式濾波器 1 2之結構及操作，該共同模式濾波器1 2包含一環形鐵酸 鹽磁體芯2 1及兩條信號線2 2及2 3，該等信號線2 2及2 3 彼此絕緣但緊緊束縛在一起且纏繞複數次於該鐵酸鹽磁體 芯21周圍，該等信號線22及23之輸入末端連接於 HDMI電纜3之連接器32而輸出末端則連接於數位電視4 〇 在該較佳實施例中，共同模式濾波器1 2係使用於信 ® 號之差動模式中，第3(a)圖描繪差動模式中之共同模式濾、 波器1 2之操作，在此模式中，反向相位信號24輸入於信 號線22及23之內，因此，由信號線22及23產生於該鐵 酸鹽磁體芯21中之磁通量25及26會以相對方向運行且 因而彼此抵消，結果，由信號線2 2及2 3所產生之磁場 27幾乎不產生阻抗（電感）而使信號以很少的衰變輸出。 另一方面，共同模式濾波器1 2使用於共同模式中以 用於共同模式雜訊28，第3(b)圖描繪共同模式中之共同 模式濾波器1 2之操作。在此模式中，共同模式雜訊2 8在 -9- (7) 1288510 信號線22及23中係以相同方向產生，因此，由信號線 22及23產生於該鐵酸鹽磁體芯21中之磁通量25及26 會以相同方向運行且因此在強度上會增加，結果，由信號 線22及2 3所產生之磁場產生高阻抗，使得幾乎無共同模 式雜訊28輸出。 在此方式中，共同模式濾波器1 2可作用僅衰減雜訊 而不衰變信號；因此，從D V D播放器2所輸出之信號將 • 不改變地傳送至數位電視4。 雖然外部雜訊可藉共同模式濾波器1 2加以降低，但 亦必須降低傳送路徑上之特性阻抗中的不連續點所反射之 信號產生的雜訊，因此使用藉測量傳送路徑上之特性阻抗 中的不連續點所反射之脈波來測量傳送路徑的各點上之特 性阻抗的TDR法。 第4圖顯示利用TDR法來測量傳送路徑1 0之特性阻 抗的架構，高速示波器5經由傳送路徑10而連接至接收 H 器IC6，該示波器5具有TDR模組51，傳送路徑10包含 同軸電纜7及信號傳送電路1，示波器5藉TDR模組51 而連接至同軸電纜7之一末端，該同軸電纜7之相反末端 連接至信號傳送電路1之一末端，該信號傳送電路1之相 反末端連接至接收器IC6。 在該較佳實施例中，使用Agilent 86100示波器爲示 波器5，以及使用TDR模組54754爲TDR模組51，當電 源關閉時該接收器IC6具有無限大的輸入阻抗而100%反 射接收自示波器5之信號，該同軸電纜7係由各具有50 -10- 1288510

Ω特性及阻抗之兩條差動信號線所建構，因此，該同軸電 纜7之總特性阻抗爲100 Ω。 接著，將參考第4及5圖未說明根據較佳實施例之藉 T D R法來測量特性阻抗之方法。首先，高速示波器5產生 階梯電壓Ε1及輸出該階梯電壓Ε1至傳送電路10，當沒 有特性阻抗之不連續點在傳送路徑1 0上時，接收器IC 6 會不改變地反射該階梯電壓Ei，因此，僅只該階梯電壓 # Ei顯示於高速示波器5之上，如第5(a)圖中所示。 然而，若特性阻抗中之不連續點存在於傳送路徑10 之上時，部分之階梯電壓Ei會反射於此不連續點之處； 在此例子中，代數地添加反射波Er於階梯電壓Ei之波係 顯示於高速示波器5之上，如第5(b)圖中所示；應注意的 是，在第5(b)圖之中，反射波Er爲負的。藉此顯示，可 獲得特性阻抗中之不連續點的位置以及該特性阻抗之値， 特定地，特性阻抗中之不連續點的位置可在添加反射波 Φ Er之前獲得自時間T，且在此位置處之特性阻抗之値可根 據反射波Er之値而獲得。 第6(a)圖係圖形，顯示根據上述方法所測量之特性阻 抗，用於未配置有共同模式濾波器12之傳送路徑；第 6(b)圖係圖形，顯示裝備有共同模式濾波器12之傳送路 徑1 0的特性阻抗。在此實例中，使用TDK公司所製造之 ACM 2012D-900濾波器爲共同模式濾波器12，以及使用 具有5個不同電容之變阻器於該等變阻器13及14，藉比 較第6(b)圖中之結果於第6(a)圖中之該等結果，可發現到 -11 - (9) 1288510 當使用任一電容之變阻器13及14時，共同模式濾波器 1 2之使用可降低特性阻抗中之陷落。 弟7圖中之圖形顯示針對其中配置及未配置共同模式 濾波器1 2之例子，在變阻器1 3及1 4處之特性阻抗最小 値中的改變。當使用共同模式濾波器12時，不論該等變 阻器13及14之電容爲何，最小的特性阻抗增加約20 Ω 〇 Φ 如上述地，藉提供信號傳送電路1有共同模式濾波器 1 2，可改善特性阻抗至若干程度；然而，較佳的是，特性 阻抗將盡可能地恆常於傳送上之任一點處，用以提供更高 品質之影像及類似者。因此，在此實施例中，共同模式濾 波器1 2與變阻器1 3及1 4間之距離，亦即，連接器1 5之 長度d係設定不大於3 mm。此處，長度d爲共同模式濾 波器12之輸出123與變阻器13之輸入端子131間之長度 ，以及共同模式濾波器12之輸出124與變阻器14之輸入 _ 端子1 4 1間之長度。 第8(a)及8(b)圖顯示當配置晶片型共同模式濾波器 1 2及變阻器1 3於印刷電路板上時之長度d ;第9 (a)及 9(b)圖顯示當配置引線型共同模式濾波器1 2及變阻器1 3 於印刷電路板上時之長度d。如第8(a)，8(b)，9(a)，9(b) 圖中所示，當共同模式濾波器12以及變阻器13及14配 置於印刷電路板上之時，該共同模式濾波器1 2之輸出 123與變阻器13之輸入端子131間的電性長度表示連接 輸出123之邊緣A至輸入端子131之邊緣B之圖案中的 -12- (10) 1288510 長度d。 應注意的是，雖然在此實施例中利用輸出1 2 3及輸入 端子131來加以描述，但長度d可相同方式地藉共同模式 濾波器12之輸出124與變阻器14之輸入端子141間的電 性長度而表示；進一步地，雖然在第8(a)，8(b)，9(a)， 9(b)圖中描爲直線，但長度d可包含曲線之長度，就此一 例子而言，長度d意指曲線之總長。 # 第1〇圖顯示圖形，該圖形描繪長度d與利用TDR法 之實驗中所測量之最小特性阻抗間之關係。當長度d縮短 時，該最小特性阻抗呈現高而不論變阻器1 3及1 4之電容 爲何；應特別注意的是，當長度d超過3 m m時，最小特 性阻抗將大大地減少，換言之，最小特性阻抗中之大的陷 落可藉維持長度d於3mm之內而加以抑制。 因此，可藉設定長度d於3mm之內來避免最小特性 阻抗中之大的陷落而降低未匹配之特性阻抗所造成之反射 # ，即使信號線22及23之長度d並不相等，但假定各在 3 mm之內，仍可獲得此效應；同時，可維持共同模式濾 波器在抑制共同模式雜訊中之固有效應。 在使用高速差動界面中之用於雜訊的標準需特性阻抗 爲100±15 Ω，在若干例子中，特性阻抗無法維持符合於 該標準額定値，因爲共同模式濾波器及變阻器一般係決定 於可使裝置有效率地操作之此一値之上；在該等例子中， 特性阻抗仍可藉設定長度d於3mm之內而在標準額定値 之內。 -13- (11) 1288510 特性阻抗可藉設定長度d盡可能地短而改變，然而， 由於電路板圖案中之限制，可能存在有其中共同模式濾波 器1 2無法設置毗鄰於變阻器1 3及1 4之例子；在此一例 子中，特性阻抗中之不一致可藉設定長度d至少在3mm 之內而予以降低。 接著，將參照第1 1圖說明根據本發明第二實施例之 信號傳送電路，第11圖顯示其中信號傳送電路1配置於 # HDMI電纜3之中的實例。在此實例中，信號傳送電路1 可配置於電纜本身中或在連接器中，該第二實施例之信號 傳送電路可取得相同於上述第一實施例中之效應。 接著，將參照第12圖說明根據本發明第三實施例之 信號傳送電路，第12圖顯示其中信號傳送電路1配置於 DVD播放器2中之實例。在此實例中，信號傳送電路！ 可配置於DVD播放器之輸出部之中，該第三實施例之信 號傳送電路可達成相同於上述第一實施例中之效應。 • 雖然本發明已參照其特定之實施例予以詳細地說明， 但將呈明顯於該等熟習於本項技藝之人士的是，許多修正 及變化可完成於其中而不會背離其範疇係由附錄申請專利 範圍所界定之本發明的精神。 例如該信號傳送電路1之位置並未受限於上述位置， 信號傳送電路1可配置於DVD播放器2的輸出之後及數 位電視4中的第一電路之前的任一位置處。進一步地，個 人電腦，視訊轉換器，或其他數位傳送裝置可取代該 DVD播放器2 ;採用諸如DVI，USB，或IEEE之不同系 -14- (12) 1288510 統的電纜可取代HDMI電纜3 ; LCD監看器或其他數位視 頻裝置可取代數位電視4 ;而且，可使用電容器，調諧器 二極體，或其他電容性元件來取代變阻器1 3。 【圖式簡單說明】 本發明之上述及其他目的，特性及優點從閱讀上文結 合附圖之較佳實施例的說明而呈更爲明顯，其中： 第1圖係圖形，顯示傳送電路中不同位置處之特性阻 抗； 第2圖係說明圖式，顯示根據第一實施例之信號傳送 電路； 第3 (a)圖係說明圖式，描繪共同模式濾波器在差動模 式中之操作； 第3(b)圖係說明圖式，描繪共同模式濾波器在共同模 式中之操作； 第4圖係說明圖式，顯示根據較佳實施例之用以藉 TDR法來測量特性阻抗之實驗架構； 第5 (a)圖係說明圖式，顯示當沒有不連續之點於傳送 路徑上之時，在示波器上的顯示； 第5(b)圖係說明圖式，顯示當存在有不連續之點於傳 送路徑上之時，在示波器上的顯示； 第6(a)圖係圖形，顯示當信號傳送電路並未配置有共 同模式濾波器時之特性阻抗； 第6 (b)圖係圖形，顯示當信號傳送電路配置有共同模 -15- (13) 1288510 式濾波器時之特性阻抗； 第7圖係圖形，顯示傳送路徑上之特性阻抗中的改變 第8 (a)圖係平面視圖，顯示安裝於印刷電路板上之晶 片型共同模式濾波器及變阻器； 第8(b)圖係側視圖，顯示安裝於印刷電路板上之晶片 型共同模式濾波器及變阻器； # 第9(a)圖係平面視圖，顯示安裝於印刷電路板上之引 線型共同模式濾波器及變阻器； 第9(b)圖係側視圖，顯示安裝於印刷電路板上之引線 型共同模式濾波器及變阻器； 第10圖包含顯示長度d與最小特性阻抗之關係的圖 形； 第11圖係說明圖式，顯示配置於HDMI電纜中之信 號傳送電路；以及 Φ 第1 2圖係說明圖式，顯示配置於D V D播放器中之信 號傳送電路。 【主要元件符號說明】 1 :信號傳送電路 2 : DVD播放器 3 : HDMI電纜 4 :數位電視 3 1，3 2 :連接器 -16- 1288510 (14) 5 :示波器 6 :接收器1C 22，23 :信號線 2 1 :鐵酸鹽磁體芯 2 4 :信號 2 5，2 6 :磁通量 2 7 :磁場 @ 2 8 :共同模式雜訊 7 :同軸電纜 1 〇 :傳送路徑 1 2 :共同模式濾波器 13，14 :變阻器 1 5 :導電性連接器 5 1 : TDR模組 123，124 :輸出 籲 131，141:輸入端子

Claims (1)

1288510 (1) 十、申請專利範圍 1 · 一種信號傳送電路，具有一特性阻抗及包含： 一共同模式濾波器，包含一芯；以及第一及第二 線’以螺旋狀纏繞該芯，該第一信號線具有一第一輸 一第一輸出，該第二信號線具有一第二輸入及一第二 ’其中反向相位信號輸入至該第一輸入及該第二輸入 一第一電容性元件，具有一第一端子； ® —第一連接線，具有一第一末端及一第二末端， 一連接線只在該第一末端處連接於該第一輸出，該第 接線只在該第二末端處連接於該第一端子，其中該第 接線具有一第一長度； 一第二電容性元件，具有一第二端子；以及 一第二連接線，具有一主要末端及一次要末端， 二連接線只在該主要末端處連接於該第二輸出，該第 接線只在該次要末端處連接於該第二端子，其中該第 接線具有一第—《長度； 其中該第一長度及該第二長度各在一預定之範圍 改變該特性阻抗。 2·如申請專利範圍第1項之信號傳送電路，其中 一長度及該第二長度各在3毫米（mm)之內。 3 ·如申請專利範圍第1項之信號傳送電路，其中 一連接線及該第二連接線各係一形成於一印刷電路板 圖案。 4.如申請專利範圍第1項之信號傳送電路，其中 信號 入及 輸出 9 該第 一連 一連 該第 二連 二連 內而 該第 該第 上之 該第 -18- (2) 1288510 一電容性元件及該第二電容性元件各係一變阻器。 5·—種電子裝置，包含一信號傳送電路，其中該信號 傳送電路具有一特性阻抗且包含： 一共同模式濾波器，包含一芯；以及第一及第二信號 線’以螺旋狀纏繞該芯，該第一信號線具有一第一輸入及 弟一輸出’該第一信號線具有一第二輸入及一*第二輸出 ’其中反向相位信號輸入至該第一輸入及該第二輸入； # 一第一電容性元件，具有一第一端子； 一第一連接線，具有一第一末端及一第二末端，該第 ~連接線只在該第一末端處連接於該第一輸出，該第一連 接線只在該第二末端處連接於該第一端子，其中該第一連 接線具有一第一長度； 一第二電容性元件，具有一第二端子；以及 一第二連接線，具有一主要末端及一次要末端，該第 —連接線只在該主要末端處連接於該第二輸出，該第二連 ® 接線只在該次要末端處連接於該第二端子，其中該第二連 接線具有一第二長度； 其中該第一長度及該第二長度各在一預定之範圍內而 改變該特性阻抗。 6·如申請專利範圍第5項之電子裝置，其中該第一長 度及該第二長度各在3毫米（mm)之內。 7·—種電纜，包含一信號傳送電路，其中該信號傳送 電路具有一特性阻抗且包含： 一共同模式濾波器，包含一芯；以及第一及第二信號 -19- (3) 1288510 線，以螺旋狀纏繞該芯，該第一信號線具有一第一輸 一第一輸出，該第二信號線具有一第二輸入及一第二 ’其中反向相位信號輸入至該第一輸入及該第二輸入 一第一電容性元件，具有一第一端子； 一第一連接線，具有一第一末端及一第二末端， 一連接線只在該第一末端處連接於該第一輸出，該第 接線只在該第二末端處連接於該第一端子，其中該第 • 接線具有一第一長度； 一第二電容性元件，具有一第二端子；以及 一第二連接線，具有一主要末端及一次要末端， 二連接線只在該主要末端處連接於該第二輸出，該第 接線只在該次要末端處連接於該第二端子，其中該第 接線具有一第二長度； 其中該第一長度及該第二長度各在一預定之範圍 改變該特性阻抗。 ^ 8 ·如申請專利範圍第7項之電纜，其中該第一長 該第二長度各在3毫米（mm)之內。 入及 輸出 該第 一連 一連 該第 二連 二連 內而 度及 -20-