TWI395519B - 具跳線結構之電路板 - Google Patents

Description

具跳線結構之電路板

本發明係指一種具跳線結構之電路板，尤指一種可利用微帶線轉換共平面波導再轉換成微帶線的結構來實現訊號跳線之電路板。

隨著科技的發展，電子產品不斷地朝向輕薄短小方面研發，因此，印刷電路板上的電路設計也愈趨複雜，相對地，各訊號線交會的機會也大幅地增加。一般來說，當有訊號線交會的地方，通常會利用跳線的方式，來避免兩訊號線之間的訊號互相產生干擾。請參考第1圖，第1圖為習知使用空橋的方式來實現跳線之示意圖。如第1圖所示，第一訊號S1係經由輸入埠P1傳輸至傳輸線L1，再經由一金屬架A傳送至傳輸線L2，最後由輸出埠P2輸出。第二訊號S2係經由輸入埠P3傳輸至傳輸線L3，再經由輸出埠P4輸出。習知技術利用金屬架讓第一訊號S1可藉由空橋的方式穿過用來傳送第二訊號S2之傳輸線L3，使第一訊號S1與第二訊號S2互相不受到干擾，以達到訊號跳線的目的。然而，使用第1圖之空橋跳線的方式，雖然具有不錯的隔離度，但是介入損耗(Insertion Loss)卻非常高，而反射損耗(Return Loss)則是太小。而且，若金屬架A與傳輸線L3的距離愈大，則介入損耗及反射損耗也會隨之變差。一旦反射損耗過小，則很容易會在元件相連結時，發生不匹配的狀況。在此情況下，若是於製造過程中，若有些許的打件偏移發生，即需再重新做調整。

此外，請參考第2(A)圖及第2(B)圖，第2(A)圖及第2(B)圖分別為習知使用金屬導線來實現跳線之一上視示意圖與一下視示意圖。如第2(A)圖及第2(B)圖所示，習知技術係透過於基板之背面使用一金屬導線ML來作為訊號跳線，相較於空橋跳線方式，使用金屬導線作為跳線的特性幾乎是等同無跳線的理想情況，而可獲得較佳的特性。但是缺點是無法使用打件方式來實現，必須仰賴以人工作業方式進行手焊，如此一來，將會增加生產工時，因此會耗費較高的製造成本與生產時間。

因此，本發明主要在於提供一種具跳線結構之電路板。

本發明揭露一種具跳線結構之電路板，包含有：一基板，包含有一第一面及一第二面；一接地層，佈於該基板之該第二面上；一第一訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來接收一第一訊號；一第二訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來輸出該第一訊號；一第三訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來接收一第二訊號；一第四訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來輸出該第二訊號；一第一訊號傳輸線，形成於該基板之該第一面上，包含有：一第一轉接訊號端；一第二轉接訊號端；一前段傳輸線，耦接於該第一訊號端與該第一轉接訊號端；一第一中間傳輸帶，耦接於該第一轉接訊號端與該第二轉接訊號端；一後段傳輸線，耦接於該第二轉接訊號端與該第二訊號端；以及複數個接地墊，分別設置於該第一中間傳輸帶之兩側，且每一接地墊皆耦接於該接地層；以及一第二訊號傳輸線，形成於該基板之該第二面上，包含有：一第一訊號傳輸端，耦接於該第三訊號端；一第二訊號傳輸端，耦接於該第四訊號端；以及一第二中間傳輸帶，耦接於該第一訊號傳輸端與該第二訊號傳輸端；其中，於該第一訊號端與該第一轉接訊號端之間以及該第二轉接訊號端與該第二訊號端之間，該第一訊號係以微帶線傳輸方式傳輸，而於該第一轉接訊號端與該第二轉接訊號端之間，該第一訊號係以共平面波導傳輸方式傳輸，以及於該第一訊號傳輸端與該第二訊號傳輸端之間，該第二訊號係以共平面波導傳輸方式傳輸。

請參考第3圖及第4圖，第3圖為本發明實施例之一電路板30之上視示意圖，第4圖為電路板30之下視示意圖。電路板30包含有一基板302、一接地層304、一第一訊號傳輸線306、一第二訊號傳輸線308及訊號端P1、P2、P3、P4。如第3圖與第4圖所示，基板302包含有上、下兩平面。第一訊號傳輸線306以及訊號端P1、P2、P3、P4係形成於基板302之上平面。接地層304係形成於基板302之下平面，用來提供接地。訊號端P1用來接收一第一訊號S1，訊號端P2用來輸出第一訊號S1。訊號端P3用來接收一第二訊號S2，訊號端P4用來輸出第二訊號S2。

第一訊號傳輸線306包含有轉接訊號端TP1與TP2、前段傳輸線PTL、後段傳輸線BTL、中間傳輸帶CTS1及接地墊GP1與GP2。前段傳輸線PTL耦接於訊號端P1與轉接訊號端TP1。後段傳輸線BTL耦接於轉接訊號端TP2與訊號端P2。中間傳輸帶CTS1耦接於轉接訊號端TP1與TP2之間。接地墊GP1與GP2分別設置於中間傳輸帶CTS1之兩側，且接地墊GP1與GP2皆耦接於接地層304。此外，接地墊GP1、GP2會分別與中間傳輸帶CTS1之間存在有一第一間隙GAP1。當第一訊號S1被輸入訊號端P1後，第一訊號S1係以微帶線傳輸方式，經由前段傳輸線PTL自訊號端P1傳輸至轉接訊號端TP1。由於中間傳輸帶CTS1、接地墊GP1與接地墊GP2之間會形成一共平面饋入區域CPW1(未繪於第3圖)，因此，接下來，第一訊號S1係以共平面波導傳輸方式自轉接訊號端TP1傳輸至轉接訊號端TP2。最後，第一訊號S1再以微帶線傳輸方式，經由後段傳輸線BTL自轉接訊號端TP2傳輸至訊號端P2，而順利於訊號端P2輸出。簡言之，第一訊號S1傳輸至轉接訊號端TP1端時，會由微帶線傳輸轉共平面波導傳輸(microstrip line to co-planar waveguide transition)，並於傳輸至轉接訊號端TP2端時，再由共平面波導傳輸轉微帶線傳輸(co-planar waveguide to microstrip line transition)。

第二訊號傳輸線308包含有訊號傳輸端SP1、訊號傳輸端SP2及中間傳輸帶CTS2。訊號傳輸端SP1耦接於訊號端P3。訊號傳輸端SP2耦接於訊號端P4。中間傳輸帶CTS2耦接於訊號傳輸端SP1與訊號傳輸端SP2之間。當第二訊號S2被輸入訊號端P3後，第二訊號S2會先被傳遞至訊號傳輸端SP1。由於中間傳輸帶CTS2與接地層304之間會形成一共平面饋入區域CPW2(未繪於第4圖)，因此，接下來，第二訊號S2係以共平面波導傳輸方式自訊號傳輸端SP1傳輸至訊號傳輸端SP2。最後，第二訊號S2經由訊號傳輸端SP2傳遞至訊號端P4，並順利於訊號端P4輸出。簡言之，第二訊號S2可於基板302下平面進行共平面波導傳輸。

因此本發明透過將原本微帶線傳播時垂直於基板302方向的電場轉換成與基板302互為平行之共平面波導的電場，如此一來，將可避免於訊號傳輸時垂直方向之電場會跨越至另一訊號線而產生不連續的電場分佈，因此，可以防範介入損耗、反射損耗與隔離度變差。

進一步說明，請參考第5圖及第6圖，第5圖及第6圖分別為第3圖與第4圖中之電路板30之共平面饋入區域CPW1與CPW2中電場方向之示意圖。其中箭頭方向表示電場方向由第5圖可知，在共平面饋入區域CPW1中，電場的分布皆在基板302之上平面。由第6圖可知，在共平面饋入區域CPW2中，電場的分布皆在基板302之下平面。換言之，於第一訊號傳輸線306與第二訊號傳輸線308之交會處，第一訊號S1與第二訊號S2會各自於基板302之上、下平面，傳輸於其獨立之路徑，而不會互相干擾，因此，具有相當佳之隔離度。

詳細來說，第二訊號傳輸線308需形成於基板302之下平面中對應於共平面饋入區域CPW1之位置，也就是說，第二訊號傳輸線308必須通過對應於共平面饋入區域CPW1之位置，如此一來，當第一訊號傳輸線306跨越第二訊號傳輸線308時，可以透過由微帶線傳輸轉共平面波導傳輸來達到跳線的目的。

除此之外，請繼續參考第4圖，接地層304包含有一淨空區域CZ，淨空區域CZ並無設置任何元件，且為一非導電區域。也就是說，在基板302之下平面保留有一淨空區域CZ。較佳地，第二訊號傳輸線之訊號傳輸端SP1、訊號傳輸端SP2及中間傳輸帶CTS皆形成於淨空區域CZ，且皆未連接於接地層304。因此，訊號傳輸端SP1、訊號傳輸端SP2及中間傳輸帶CTS與接地層之間存在一第二間隙GAP2。要注意的是，不可將接地墊GP1與GP2耦接於淨空區域CZ中，以避免失去接地的效果。

需注意的是，電路板30僅為本發明之一實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾。舉例來說，較佳地，前段傳輸線PTL、後段傳輸線BTL、中間傳輸帶CTS1、CTS2分別為一微帶線結構。第一訊號S1與第二訊號S2可以是一直流電源訊號、一L-band訊號、一Ka-band訊號或一Ku-band訊號，但不以此為限。此外，如第3圖所示，接地墊GP1與GP2皆以4個貫通孔耦接於接地層304。當然，接地墊GP1與GP2可以2個貫通孔或多個貫通孔耦接於接地層。或者，訊號端P3可以貫通孔方式耦接至訊號傳輸端SP1，訊號端P4可以貫通孔方式耦接至訊號傳輸端SP2。

舉例來說，若以第一訊號S1為一Ku-band訊號(10.7GHz～12.75GHz)，第二訊號S2為一直流電源訊號為例，電路板30使用不同第一間隙GAP1長度時之頻率響應示意圖即如第7圖及第8圖所示。如第7圖所示，使用本發明之跳線結構之電路板30，反射係數皆處在-10dB以下，具有相當好的特性表現。如第8圖所示，使用本發明之跳線結構之電路板30，具有相當優異的隔離度。

綜上所述，本發明使用微帶線轉換共平面波導再轉換成微帶線的結構來實現訊號跳線，只要略修改電路佈局的設計即可輕易跨越另一條訊號線，而不需額外的元件，也不需打件及人工手焊的作業，因此，可大幅節省成本。更重要的是，本發明於基板之上下面皆可佈置訊號線且隔離度佳，具有優異的電路特性與穩定性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

30．．．電路板

302．．．基板

304．．．接地層

306．．．第一訊號傳輸線

308．．．第二訊號傳輸線

A．．．金屬架

BTL．．．後段傳輸線

CPW1、CPW2．．．共平面饋入區域

CTS1、CTS2．．．中間傳輸帶

CZ．．．淨空區域

GP1、GP2．．．接地墊

GAP1．．．第一間隙

GAP2．．．第二間隙

L1、L2、L3．．．傳輸線

ML．．．金屬導線

P1、P2、P3、P4．．．訊號端

PTL．．．前段傳輸線

S1．．．第一訊號

S2．．．第二訊號

SP1、SP2．．．訊號傳輸端

TP1、TP2．．．轉接訊號端

第1圖為習知使用空橋的方式來實現跳線之示意圖。

第2(A)圖及第2(B)圖分別為習知使用金屬導線來實現跳線之一上視示意圖與一下視示意圖。

第3圖及第4圖分別為本發明實施例之一電路板之上視示意圖與一下視示意圖。

第5圖及第6圖分別為第3圖中之電路板之第一共平面饋入區域與第二共平面饋入區域之電場方向之示意圖。

第7圖及第8圖分別為第3圖之電路板使用不同第一間隙長度時之頻率響應示意圖。

30．．．電路板

302．．．基板

304．．．接地層

306．．．第一訊號傳輸線

308．．．第二訊號傳輸線

BTL．．．後段傳輸線

CTS1、CTS2．．．中間傳輸帶

GP1、GP2．．．接地墊

GAP1．．．第一間隙

P1、P2、P3、P4．．．訊號端

PTL．．．前段傳輸線

S1．．．第一訊號

S2．．．第二訊號

TP1、TP2．．．轉接訊號端

Claims (12)

1. 一種具跳線結構之電路板，包含有：一基板，包含有一第一面及一第二面；一接地層，佈於該基板之該第二面上；一第一訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來接收一第一訊號；一第二訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來輸出該第一訊號；一第三訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來接收一第二訊號；一第四訊號端，形成於該基板之該第一面上，用來輸出該第二訊號；一第一訊號傳輸線，形成於該基板之該第一面上，包含有：一第一轉接訊號端；一第二轉接訊號端；一前段傳輸線，耦接於該第一訊號端與該第一轉接訊號端；一第一中間傳輸帶，耦接於該第一轉接訊號端與該第二轉接訊號端；一後段傳輸線，耦接於該第二轉接訊號端與該第二訊號端；以及複數個接地墊，分別設置於該第一中間傳輸帶之兩側，且每一接地墊皆耦接於該接地層；以及 一第二訊號傳輸線，形成於該基板之該第二面上，包含有：一第一訊號傳輸端，耦接於該第三訊號端；一第二訊號傳輸端，耦接於該第四訊號端；以及一第二中間傳輸帶，耦接於該第一訊號傳輸端與該第二訊號傳輸端；其中，於該第一訊號端與該第一轉接訊號端之間以及該第二轉接訊號端與該第二訊號端之間，該第一訊號係以微帶線傳輸方式傳輸，而於該第一轉接訊號端與該第二轉接訊號端之間，該第一訊號係以共平面波導傳輸方式傳輸，以及於該第一訊號傳輸端與該第二訊號傳輸端之間，該第二訊號係以共平面波導傳輸方式傳輸，該第一中間傳輸帶與該複數個接地墊之間形成一第一共平面饋入區域，且該第二訊號傳輸線係形成於基板之該第二面中對應於該第一共平面饋入區域之位置。
2. 如請求項1所述之電路板，其中該第一訊號經由該第一中間傳輸帶與複數個接地墊，以一共平面波導方式傳輸於該第一轉接訊號端與該第二轉接訊號端之間。
3. 如請求項1所述之電路板，其中，該複數個接地墊與該第一中間傳輸帶之間存在一間隙。
4. 如請求項1所述之電路板，其中，該接地層包含有一淨空區域。
5. 如請求項4所述之電路板，其中該第二訊號傳輸線之該第一訊號傳輸端、該第二訊號傳輸端及該第二中間傳輸帶係形成於該基板之該第二面上，並位於該淨空區域內。
6. 如請求項5所述之電路板，其中該第二訊號傳輸線之該第一訊號傳輸端、該第二訊號傳輸端及該第二中間傳輸帶係未連接於該接地層。
7. 如請求項6所述之電路板，其中該第一訊號傳輸端、該第二訊號傳輸端及該第二中間傳輸帶與該接地層之間存在一第二間隙。
8. 如請求項1所述之電路板，其中該第二中間傳輸帶與該接地層之間形成一第二共平面饋入區域。
9. 如請求項8所述之電路板，其中該第二訊號經由該第二中間傳輸帶與該接地層，以一共平面波導方式傳輸於該第一訊號傳輸端與該第二訊號傳輸端之間。
10. 如請求項1所述之電路板，其中該前段傳輸線、該第一中間傳輸帶與該後段傳輸線係沿一第一方向設置，且該第二中間傳輸帶沿相異於該第一方向之一第二方向設置。
11. 如請求項1所述之電路板，其中該前段傳輸線、該後段傳輸線、 該第一中間傳輸帶、該第二中間傳輸帶分別為一微帶線結構。
12. 如請求項1所述之電路板，每一接地墊係以貫通孔方式耦接於該接地層。