TWI434528B - Differential signal line structure - Google Patents

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TWI434528B
TWI434528B TW099125911A TW99125911A TWI434528B TW I434528 B TWI434528 B TW I434528B TW 099125911 A TW099125911 A TW 099125911A TW 99125911 A TW99125911 A TW 99125911A TW I434528 B TWI434528 B TW I434528B
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薛光華
許哲銘
許成輔
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私立中原大學
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237—High frequency adaptations
    • H05K1/0245—Lay-out of balanced signal pairs, e.g. differential lines or twisted lines
    • H—ELECTRICITY
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    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
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    • H03H2001/0085—Multilayer, e.g. LTCC, HTCC, green sheets

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Description

差模信號線結構
本發明係關於一種信號線結構，尤指一種差模信號線結構。
隨著科技的進步，一般電子產品的信號傳遞速度也越來越快，而目前高速數位信號大多以差模信號對的方式傳送，這些高速數位信號普遍的應用在包括第三代通用序列匯流排(Universal Serial Bus；USB3.0)、序列ATA(Serial Advanced Technology Attachment；Serial ATA)、高解析多媒體介面(High-Definition Multimedia Interface；HDMI)、數位視訊介面(Digital Visual Interface；DVI)或是射頻信號的領域。
而差模信號線在實際的佈線當中，由於各種不可抗的因素限制，必定會產生共模雜訊，而共模雜訊往往會造成嚴重的電磁干擾(Electromagnetic Interference；EMI)，實不可以忽視。
要抑制差模信號線所產生之共模雜訊的方法有很多種，現代的電路還是以常見的共模扼流線圈(common mode chock)做為抑制共模雜訊，工作頻率大都為MHz等級，此外，還有一些是以多層基板、低溫共燒多層陶瓷製程(Low-Temperature,Co-fire Ceramic,LTCC)的共模濾波器來達成，盡管LTCC製程的濾波器頻寬大約1GHz，但不適合應用在高速/高頻訊號電路板裡；此外，也有些共模濾波器係朝向接地層發展研究，但在多層板的應用可能會無法使用。
此外，亦有使用多層板之電磁能隙(Electromagnetic band gap；EBG)來實現共模濾波器，請參見第一圖、第二圖與第三圖，第一圖係為利用多層板之EBG以實現共模濾波器之上視圖，第二圖係為沿AA切線之差模信號線結構剖面圖，第三圖係為沿BB切線之差模信號線結構剖面圖。該方法係於基板11之佈線層111上設置差模信號線12，並於佈線層111下方之濾波層112佈設多層板13，且多層板13係於差模信號線12正下方處以貫穿孔14電性連結至接地層113之接地電路15，如此一來，即可抑制差模信號線12所產生之共模雜訊。
然而，可以清楚的觀察到，由於多層板13之單一結構體積相當龐大，因此雖然此結構可以抑制共模雜訊，然而卻無法應用於現今多對且緊密靠近的差模傳輸線上，可以說是與實際需求有所落差。
緣此，本發明之主要目的係提供一種差模信號線結構，該差模信號線結構之目的在於抑制共模雜訊，並同時能夠應用於多對且緊密靠近的差模傳輸線上。
一種能夠抑制共模雜訊之差模信號線結構，係用以設置於基板，其中基板係由上至下具有互相呈實質平行之信號層、濾波層與接地層，差模信號線結構係包含差模信號線組、第一導線與第一接地電路；差模信號線組係設置於信號層，第一導線係設置於濾波層位於差模信號線組之正下方處，第一接地電路係設置於接地層，並利用第一貫穿孔電性連結於第一導線之端點。
於本發明之一較佳實施例中，差模信號線組係包含相互平行之第一信號線與第二信號線。
於本發明之另一較佳實施例中，差模信號線結構更可以包含第二導線，此第二導線係設置於濾波層位於差模信號線組之正下方處，並自第二導線之一端點利用第二貫穿孔電性連結於第一接地電路。
於本發明之另一較佳實施例中，差模信號線結構更可以包含第二接地電路，此第二接地電路係設置於濾波層，並以至少一第三貫穿孔電性連結於第一接地電路。
相較於習知利用多層板之電磁能隙實現共模濾波器之差模信號線結構，本發明之差模信號線結構係利用於差模信號線組正下方埋設一端接地之第一導線，以形成一個四分之一波長共振器，並藉以抑制共模雜訊，而由於第一導線之寬度並非影響抑制共模雜訊效果的主要參數，因此第一導線可以保持與差模信號線組相似寬度，並應用於多對且緊密靠近的差模傳輸線上。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
本發明係關於一種信號線結構，尤指一種差模信號線結構。以下茲列舉一較佳實施例以說明本發明，然熟習此項技藝者皆知此僅為一舉例，而並非用以限定發明本身。有關此較佳實施例之內容詳述如下。
請參閱第四圖、第五圖與第六圖，第四圖係為本發明之差模信號線結構之上視圖，第五圖係為沿CC切線之差模信號線結構剖面圖，第六圖係為沿DD切線之差模信號線結構剖面圖。本發明之差模信號線結構，係用以設置於基板200，其中基板200係由上至下具有互相呈實質平行之信號層21、濾波層22與接地層23。
差模信號線結構係包含差模信號線組31、第一導線32與第一接地電路33。差模信號線組31係設置於信號層21，其中，差模信號線組31可以包含相互平行之第一信號線31a與第二信號線31b。
第一導線32係設置於濾波層22位於差模信號線組31之正下方處，第一接地電路33係設置於接地層23，並利用第一貫穿孔34電性連結於第一導線32之一端點。
只要利用上述之結構，即可利用第一導線32形成四分之一波長共振器，並抑制該波長所對應之頻率之共模雜訊，而在設計時，只要先預設所要抑制之共模雜訊之頻率，即可決定第一導線32之長度以及第一貫穿孔34之高度，而關於四分之一波長共振器的長度換算方式以為共振器領域之通常知識，在此即不多做贅述。
而於本發明之一較佳實施例中，差模信號線結構更可以包含第二導線35，此第二導線35係設置於濾波層22位於差模信號線組31之正下方處，並自第二導線35之一端點利用第二貫穿孔36電性連結於第一接地電路33，而第二導線35之長度可以設計成與第一導線32之長度相同，亦可設計成與第一導線32之長度不同，當第二導線35與第一導線32之長度不同時，第二導線35即可針對與第一導線32所抑制之共模雜訊不同頻率之共模雜訊，如此一來即可得到頻寬較寬的共模雜訊抑制效果；同理，本發明可以在差模信號線組31下方埋設多組不同長度之導線，以達到更佳的共模雜訊抑制效果，而本實施例所對應之第四圖、第五圖與第六圖中，係以埋設了三條不同長度之導線作為舉例。
除此之外，於本發明之較佳實施例中，差模信號線結構更可以包含第二接地電路37，此第二接地電路37係設置於濾波層22，並以至少一個第三貫穿孔38電性連結於第一接地電路33，藉以加強本發明之差模信號線結構抑制共模雜訊之效果。
請參閱第七圖，第七圖係為本發明之差模信號線結構之散射參數量測圖。可以清楚觀察到，差模散射參數的強度並不會受到第一導線32與第二導線35的影響，而共模散射參數則會因第一導線32與第二導線35所形成之共模濾波器而大幅減弱。
請同時參閱第八a圖與第八b圖，第八a圖係為未設置共模濾波器之差模信號線結構之輸出端眼圖，第八b圖係為本發明之差模信號線結構之接輸出端眼圖。上述的兩張眼圖係利用台灣安捷倫科技股份有限公司(Agilent Technologies；台北市10492復興南路一段2號7樓)之電子量測暨模擬軟體Advanced Design System(ADS)2006年版本量測而得，可以清楚發現，本發明之差模信號線結構所量測到之接收端眼圖，其訊號完整度明顯較未加入共模濾波器之差模信號線結構之所量測到之訊號完整度要優良許多。
請繼續參閱第九圖，第九圖係為本發明之差模信號線結構應用於多對差模信號線之示意圖。可以清楚觀察到，由於本發明之差模信號線結構中，用以形成共模濾波器之導線係平行於差模信號線組設置，因此可以供多對差模信號線緊密的設置，而在實做中，由於貫穿孔通常會貫穿整片電路基板，這時只需將差模信號線組繞過貫穿孔即可，並不會影響到共模雜訊的抑制效果。
綜合以上所述，相較於習知利用多層板之電磁能隙實現共模濾波器之差模信號線結構，本發明之差模信號線結構係利用於差模信號線組31正下方埋設一端接地之第一導線32，以形成四分之一波長之共模濾波器，並藉以抑制共模雜訊，而由於第一導線32之寬度並非影響抑制共模雜訊效果的主要參數，且第一導線32係平行於差模信號線組31設置，因此本差模信號線結構可以在擁有良好的共模雜訊抑制效果之前提下，應用於多對且緊密靠近的差模傳輸線上。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
11．．．基板
111．．．佈線層
112．．．濾波層
113．．．接地層
12．．．差模信號線
13．．．多層板
14．．．貫穿孔
15．．．接地電路
200．．．基板
21．．．信號層
22．．．濾波層
23．．．接地層
31．．．差模信號線組
31a．．．第一信號線
31b．．．第二信號線
32．．．第一導線
33．．．第一接地電路
34．．．第一貫穿孔
35．．．第二導線
36．．．第二貫穿孔
37．．．第二接地電路
38．．．第三貫穿孔
第一圖係為利用多層板之EBG以實現共模濾波器之上視圖；
第二圖係為沿AA切線之差模信號線結構剖面圖；
第三圖係為沿BB切線之差模信號線結構剖面圖；
第四圖係為本發明之差模信號線結構之上視圖；
第五圖係為沿CC切線之差模信號線結構剖面圖；
第六圖係為沿DD切線之差模信號線結構剖面圖；
第七圖係為本發明之差模信號線結構之散射參數量測圖；
第八a圖係為未設置共模濾波器之差模信號線結構之輸出端眼圖；
第八b圖係為本發明之差模信號線結構之輸出端眼圖；以及
第九圖係為本發明之差模信號線結構應用於多對差模信號線之示意圖。
200．．．基板
31．．．差模信號線組
31a．．．第一信號線
31b．．．第二信號線
32．．．第一導線
34．．．第一貫穿孔
35．．．第二導線
36．．．第二貫穿孔
37．．．第二接地電路
38．．．第三貫穿孔

Claims (4)

  1. 一種差模信號線結構，係用以設置於一基板，其中該基板係由上至下具有互相呈實質平行之一信號層、一濾波層與一接地層，該差模信號線結構係包含：一差模信號線組，係設置於該信號層；一第一導線，係設置於該濾波層位於該差模信號線組之正下方處；以及一第一接地電路，係設置於該接地層，並利用一第一貫穿孔電性連結於該第一導線之一端點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之差模信號線結構，其中，該差模信號線組係包含相互平行之一第一信號線與一第二信號線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之差模信號線結構，更包含一第二導線，該第二導線係設置於該濾波層位於該差模信號線組之正下方處，並自該第二導線之一端點利用一第二貫穿孔電性連結於該第一接地電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之差模信號線結構，更包含一第二接地電路，該第二接地電路係設置於該濾波層，並以至少一第三貫穿孔電性連結於該第一接地電路。
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