TWI435665B

TWI435665B - 傳輸線

Info

Publication number: TWI435665B
Application number: TW100128957A
Authority: TW
Inventors: Tzong Lin Wu; Hao Hsiang Chuang; Yu Ren Cheng
Original assignee: Univ Nat Taiwan
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2014-04-21
Also published as: US20130038413A1; TW201309108A; US8508311B2

Description

傳輸線

本發明有關於一種傳輸線，且特別是有關於其結構可形成被動式等化器的傳輸線。

為了持續整合各種商用電子產品及增進其性能，如何提高晶片間信號傳輸的速度已成為現今電子產業的重要課題。在各種信號傳輸的媒介中，差動信號線因具有低串音及低電磁輻射的特性，而被廣泛使用於高速信號傳輸。然而，若考量到實際電路佈線時，差動信號線的佈線往往得配合其他電路的設計，而使得原本理想的差動信號布線被迫受許多不連續結構影響，產生共模雜訊及降低差模信號的傳輸品質。

當共模雜訊被激發並傳播於電路板時，共模雜訊容易透過印刷電路板上的類天線結構輻射，而對傳輸於差動信號線的差模信號造成電磁干擾(ElectroMagnetic Interference，EMI)。另外，差模訊號還會受到差動信號線的結構或者是材料不理想特性(例如，介質及金屬的損耗等)，而造成其傳輸品質下降。上述的各種影響都會導致差動信號線之接收端的眼圖(eye pattern)之品質嚴重下降，且可能進一步地導致後端晶片於讀取時，會有邏輯誤判的情況發生。

目前有許多方法分別被提出來抑制共模雜訊及改善差模信號的眼圖品質。舉例來說，共模扼留線圈、低溫共燒陶瓷共模濾波器、挖槽式接地面濾波器等傳輸線之結構的設計都被提出，且這些設計都已證明其具有共模雜訊抑制的功效。另外，還有傳輸線搭配主動式等化器的設計被提出，且此種設計具備較優異的性能。然而，主動式等化器卻需要額外功率消耗及晶片面積，因此會造成製造成本的增加，且無法符合目前電子產品節能省碳與輕薄短小的趨勢。

本發明實施例提供一種傳輸線，此傳輸線的結構可形成被動式等化器，以抑制共模雜訊，並改善差模信號的傳輸品質。此傳輸線包括基板、接地面、缺陷式接地結構(defect ground structure)、一對傳輸導線與一對截線(stub)。基板具有第一表面與對應於第一表面的第二表面。接地面設置於第二表面，而缺陷式接地結構則形成於接地面。所述一對傳輸導線位於第一表面，且橫跨缺陷式接地結構。所述一對截線且於缺陷式接地結構的平面上分別自所述一對傳輸導線的兩側延伸。各截線的第一端電性連接對應的傳輸導線，且各截線的第二端電性連接接地面。

本發明實施例提供一種傳輸線，此傳輸線包括被動式等化器，以抑制共模雜訊，並改善差模信號的傳輸品質。所述被動式等化器用以接收與傳輸第一信號與第二信號。針對第一信號與第二信號的差模信號，所述被動式等化器會操作於第一操作模式，以改善差模信號的傳輸品質。針對第一信號與第二信號的共模信號，被動式等化器操作於第二操作模式，以濾除共模雜訊。

綜上所述，本發明實施例提供的傳輸線具有可形成被動式等化器的結構，且可以用以抑制共模雜訊並改善差模信號的傳輸品質。相較於傳統使用傳輸線搭配主動式等化器的設計，本發明實施例的傳輸線並不需要額外的功率消耗與晶片面積，而能夠依然具有良好的差模信號之傳輸品質。據此，使用本發明實施例的傳輸線所製造的電子產品可以降低製造成本，並且可以符合目前電子產品節能省碳與輕薄短小的趨勢。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

本發明實施例提供一種傳輸線，此傳輸線的結構可以形成被動式等化器。此被動式等化器除了能夠抑制共模雜訊，以改善差模信號的傳輸品質，此被動式等化器更可以透過對共模雜訊的抑制，而同時可以降低輻射源的大小。另外，此傳輸線可以藉由多層封裝與印刷電路板製程實現。例如，所述傳輸線可以實現於具有兩層金屬板的電路板，以減少製造成本，並可輕易地與其他微波電路整合。除此之外，所述傳輸線之結構所形成的被動式等化器於兩種不同操作模式之等效電路亦於本發明實施例中被說明。

[傳輸線之實施例]

請參照圖1A～圖1D，圖1A與圖1B分別為本發明實施例之傳輸線之結構的立體圖與平面圖，而圖1C與圖1D分別為本發明實施例之傳輸線之結構沿著剖面線AA’與BB’的剖面圖。傳輸線100的結構會形成具有兩種操作模式的被動式等化器，其中一種操作模式為用以抑制共模雜訊之共模信號操作模式，而另一操作模式則為用以改善差模信號之傳輸品質的差模信號操作模式。

傳輸線100包括基板110、接地面120、一對傳輸導線130、一對截線140與缺陷式接地結構150。基板110具有第一表面(上表面)與對應於第一表面的第二表面(下表面)。接地面120設置於基板110的第二表面，而缺陷式接地結構150則形成於接地面120。所述一對傳輸導線130位於基板110的第一表面，且橫跨缺陷式接地結構120。所述一對截線140於缺陷式接地結構150的平面上分別自所述一對傳輸導線130的兩側延伸。各截線140的一端電性連接對應的傳輸導線130，且各截線140的另一端電性連接接地面120。

於本發明實施例中，接地面120可以是接地金屬平板或接地金屬平面。基板110可以是由可具有優異電氣性能、散熱性、電磁遮罩性之材料所組成之單層或多層基板，例如，FR4板材的基板。總之，基板110的材料類型與層數(對應於表面數)並非用以限定本發明，同樣地，接地面120的形狀與材質也並非用以限定本發明。

在此要說明的是，上述接地面120、傳輸導線130、截線140與缺陷式接地結構150設置於基板110的第一表面與/或第二表面的方式僅為本發明的傳輸線之結構的一種實施方式。舉例來說，接地面120、傳輸導線130、截線140以及缺陷式接地結構150可以設置於基板110的任意表面上。又例如，基板110可以是多層基板，故接地面120、傳輸導線130、截線140以及缺陷式接地結構150設置於基板110之任一面。

於此實施例中，缺陷式接地結構150是接地面120中成矩形的缺陷，此缺陷式接地結構150是透過將接地面120進行蝕刻或雷射切割而形成。要說明的是，缺陷式接地結構150的形狀與形成方式並非用以限定本發明。

於此實施例中，所述一對傳輸導線130可以是位於基板110之第一表面並平行於接地面120的一對平薄導體(例如，一對耦合差動微帶線)。另外，所述一對傳輸導線130實質上可以為對稱的一對傳輸導線。然而，要說明的是，上述所述一對傳輸導線130的形狀、類型及對稱與否皆非用以限制本發明。

於此實施例中，所述一對截線140可以是一對金屬截線，且可以設置於基板110中(如圖1C所示)。另外，所述一對截線140實質上可以為對稱的一對截線。然而，要說明的是，所述一對截線140的形狀、類型及對稱與否皆非用以限制本發明。除此之外，雖然在此實施例中，傳輸線100是使用所述一對截線140來電性連接所述一對傳輸導線130與接地面120，但本發明卻不限定於此，傳輸線100亦可以僅使用一條截線140來電性連接所述一對傳輸導線130與接地面120。

各截線140的一端是透過基板110中的金屬導線、金屬連通柱(via)或耗損材料(例如，電阻)與對應的傳輸導線130電性相接，同樣地，各截線140的另一端也是透過基板110中的金屬導線、金屬連通柱或耗損材料與接地面120電性相接。然而要說明的是，在其他種實施方式中，亦可以直接將各截線140的兩端分別連接對應的傳輸導線130與接地面120。總而言之，各截線140的兩端電性連接對應的傳輸導線130與接地面120之實施方式並非用以限定本發明。

舉例來說，基板110是一多層基板(具有多個表面)，各傳輸導線130設置於第i表面，而各截線140設置於第j表面。各截線140的一端透過金屬導線、金屬連通柱或耗損材料而電性連接至第i表面之對應的傳輸導線130。同樣地，各截線140的另一端透過金屬導線、金屬連通柱或耗損材料而電性連接接地面120。

除此之外，傳輸線100的截線140亦可以共同使用同一條金屬導線、同一個金屬連通柱或耗損材料而電性連接至第i表面之一對傳輸導線130。同樣地，傳輸線100的截線140亦可以共同使用同一條金屬導線、同一個金屬連通柱或耗損材料而電性連接至接地面。

於此實施例中，各傳輸導線130的投影與對應的截線140具有一個夾角α，此夾角α介於0～180度之間。當夾角α並非90度時(亦即傳輸導線130的投影與對應的截線140並非彼此垂直)，則所述一對傳輸導線130於圖1C與1D所示之剖面圖的位置並不會相同。

[傳輸線之另一實施例]

請參照圖2A與圖2B，圖2A與圖2B分別為本發明實施例之傳輸線之結構的立體圖與平面圖。相較於圖1A～1D的實施例，於此圖2A與圖2B的實施例中，傳輸線200之缺陷式接地結構250的形狀並非為矩形，而是為一不規則的形狀，同時，傳輸線200之一對截線250也不是對稱的一對截線。

[傳輸線之另一實施例]

請參照圖3A～圖3G，圖3A為本發明另一實施例之傳輸線之結構的立體圖，圖3B～圖3E分別為本發明另一實施例之傳輸線之結構沿著剖面線XX’、YY’、ZZ’與SS’的剖面圖，而圖3F與圖3G分別是本發明另一實施例之傳輸線之結構之不同觀察視角的側視圖，其中圖3F與圖3G的觀察視角係分別為由方向D1與D2進行觀測的觀察視角。

傳輸線300包括基板310、接地面320、一對傳輸導線330、一對截線340、水平缺陷式接地結構350a、垂直缺陷式接地結構350b、多數個金屬連通柱360與複數個電阻370。於此實施例中，基板310為多層基板，故其具有多個內外表面，且這些內外表面分別為第1表面～第n表面。

所述一對傳輸導線330位於第i表面，且橫跨水平缺陷式接地結構350a、垂直缺陷式接地結構350b所形成的三維缺陷式接地結構。另外，各傳輸導線330透過金屬連通柱360電性連接位於第j表面的截線340。

所述一對截線340於水平缺陷式接地結構350a的一平面上分別自所述一對傳輸導線330的兩側延伸。於此實施例中，所述一對截線340分別形成於第j表面與第k表面，且位於第j表面的各截線340透過金屬連通柱360電性連接位於第k表面的對應截線340。換言之，所述一對截線340係為一對三維截線。另外，位於第k表面的各截線340可以透過電阻370而電性連接於位於第k表面的接地面320。

接地面320位於第k表面與第j表面，且位於第j表面的接地面320透過金屬連通柱360而電性連接位於第k表面的接地面320。位於第j表面的水平缺陷式接地結構350a形成於第j表面的接地面320，且位於第k表面的水平缺陷式接地結構350a形成於第k表面的接地面320。另外，垂直缺陷式接地結構350a形成於第k表面與第j表面的接地面320之間。

不同於圖1A～1D的傳輸線100，傳輸線300的基板300為多層基板，且缺陷式接地結構並非為平面的缺陷式接地結構。除此之外，接地面320、傳輸導線330、截線340與電阻370等所設置的表面可以是基板300內表面。

由以上可知，接地面320、傳輸導線330、截線340、缺陷式接地結構與電阻370的結構、形狀與所在的表面等，皆並非用以限定本發明。另外，金屬連通柱360的數量與設置方式也非用以限定本發明。

[傳輸線之另一實施例]

請參照圖4A～圖4D，圖4A與圖4B分別為本發明另一實施例之傳輸線之結構的立體圖與平面圖，而圖4C與圖4D分別為本發明實施例之傳輸線之結構沿著剖面線CC’與DD’的剖面圖。傳輸線400包括基板410、接地面420、一對傳輸導線430、一對截線440、缺陷式接地結構450、多數個金屬連通柱460與多數電阻470。

相較於圖4A～圖4D的實施例，於圖4A～圖4D的實施例中，各傳輸導線430的投影與對應截線440之間的夾角為90度，各截線440的一端透過金屬連通柱460電性連接對應的傳輸導線430，各截線440的另一端透過串聯之電阻470電性連接接地面420，且所述一對截線440係設置於基板410的第二表面。另外，於此實施例中，差模信號之差模阻抗與共模阻抗分別可以被設計為100歐姆與50歐姆。

於此實施例中，可以將金屬平板設置於基板410的第二表面，並進行蝕刻或雷射切割，以形成接地面420、所述一對截線440與缺陷式接地結構450。然而，要說明的是，上述的形成接地面420、所述一對截線440與缺陷式接地結構450的方式並非用以限制本發明。

於此實施例中，電阻470可以是表面黏著元件技術(Surface Mounted Device，SMD)電阻。然而，電阻470的類型與形狀等皆非用以限定本發明，而且電阻470還可以以其他耗損材料來替代。

所述一對傳輸導線430係用以接收與傳輸第一信號與第二信號，其中第一信號與第二信號之間的平均值又可以稱之為共模信號，而第一信號與第二信號之間的差異值又可以稱之為差模信號。透過電阻470將各截線440電性連接至接地面420，將可以藉此衰減共模雜訊與差模信號中的低頻成份。總而言之，傳輸線400可以透過其結構形成的被動式等化器來濾除共模雜訊，並透過差模信號的低頻衰減特性，傳輸線400可以形成被動式的差模信號等化器，藉此改善差模信號的傳輸品質。

請參照圖4B、圖5A與圖5B，圖5A為本發明實施例之傳輸線於差模信號操作模式下沿著映射平面進行半電路切割的等效電路圖，而圖5B為本發明實施例之傳輸線於共模信號操作模式下沿著映射平面進行半電路切割的等效電路圖。由於傳輸線400具有物理結構的對稱性(其具有對稱線EE’)，因此可以在傳輸線400的映射平面以完美導電條件(Perfect Electric Conduction，PEC)或完美導磁條件(Perfect Magnetic Conduction，PMC)進行半電路切割，將可以獲得對應的等效電路圖。

請參照圖5A，於傳輸線400傳輸差模信號時，因為完美導電條件的原因，故可以將傳輸線400之缺陷式接地結構450的之平面的兩端視為短路。截線440、缺陷式接地結構450的兩側與電阻470可以等效電感與電阻470串聯的電路51。因此，圖5A的等效電路實質上為具有電阻與電感串聯之等效電路51的被動式高通濾波器，以據此補償不理想特性對差模信號的影響，並改善差模信號的傳輸品質。

請參照圖5B，於傳輸線400傳輸共模信號時，傳輸線400之缺陷式接地結構450的之平面的兩端並非短路。截線440、缺陷式接地結構450的兩側可以等效多個電阻並聯的等效電路52。透過調整電阻470的電阻值與等效電路52之電阻值，圖5A的等效電路實質上可以是具有從直流至數千兆赫茲之雜訊濾除頻寬的被動式雜訊濾波器。如此，共模信號中的共模雜訊將可以被大幅地抑制。

請接著參照圖5A與圖6A，圖6A是本發明實施例傳輸線於差模信號操作模式下的散射參數(S參數)曲線圖。差模信號之埠P1的|S₁₁ |於各頻率的值如同曲線C61與C62所示(曲線C61為全波模擬的結果，曲線C62為使用等效電路模型的模擬結果)。另外，差模信號從埠P1至埠P2的S參數|S₂₁ |於各頻率的值如同曲線C63與C64所示(曲線C63為全波模擬的結果，曲線C64為使用等效電路模型的模擬結果)。

請接著參照圖5B與圖6B，圖6B是本發明實施例傳輸線於共模信號操作模式下的透射參數曲線圖。共模信號之埠P1的S參數|S₁₁ |於各頻率的值如同曲線C65與C66所示(曲線C65為全波模擬的結果，曲線C66為使用等效電路模型的模擬結果)。另外，共模信號從埠P1至埠P2的S參數|S₂₁ |於各頻率的值如同曲線C67與C68所示(曲線C67為全波模擬的結果，曲線C68為使用等效電路模型的模擬結果)。

請參照圖7，圖7是本發明實施例之傳輸線與傳統傳輸線中之差模信號所形成的眼圖。於圖7中，相較於傳統傳輸線中之差模信號的波形71所形成的眼圖，本發明實施例之傳輸線400之差模信號72所形成的眼圖之品質較為優良。因此，由圖6A、圖6B與圖7可知，本發明實施例之傳輸線400可以抑制共模雜訊與改善差模信號的傳輸品質。

值得一提的是，上述雖然以傳輸線400的效能與傳統傳輸線進行比較，但並不表示傳輸線400的設計為較佳或最佳實施例，且也並不以傳輸線400的設計來限制本發明。

綜上所述，本發明實施例提供一種傳輸線，此傳輸線對於共模信號與差模信號的特性已經說明如上，由以上的說明可知，傳輸線之結構所形成的被動式等化器能夠抑制共模雜訊與改善差模信號的傳輸品質。除此之外，所述傳輸線不需要額外地供電與額外的晶片，即可以抑制共模雜訊與改善差模信號的傳輸品質，因此能夠縮小晶片與電路板的面積，而且同時能夠減少功率消耗。所述傳輸線可以應用於目前市面上的各種電子裝置中，而且又具有輕薄短小、節能省碳與低製造成本等優勢。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

100、200、300、400．．．傳輸線

110、310、410．．．基板

120、320、420．．．接地面

130、330、430．．．傳輸導線

140、240、340、440．．．截線

150、450．．．缺陷式接地結構

350a．．．水平缺陷式接地結構

350b．．．垂直缺陷式接地結構

360、460．．．金屬連通柱

370、470．．．電阻

AA’、BB’、CC’、DD’、XX’、YY’、ZZ’、SS’．．．剖面線

EE’．．．對稱線

51、52．．．等效電路

C61～C64、C65～C68．．．曲線

71、72．．．波形

圖1A與圖1B分別為本發明實施例之傳輸線之結構的立體圖與平面圖。

圖1C與圖1D分別為本發明實施例之傳輸線之結構沿著剖面線AA’與BB’的剖面圖。

圖2A與圖2B分別為本發明實施例之傳輸線之結構的立體圖與平面圖。

圖3A為本發明另一實施例之傳輸線之結構的立體圖。

圖3B～圖3E分別為本發明另一實施例之傳輸線之結構沿著剖面線XX’、YY’、ZZ’與SS’的剖面圖。

圖3F與圖3G分別是本發明另一實施例之傳輸線之結構之不同觀察視角的側視圖。

圖4A與圖4B分別為本發明另一實施例之傳輸線之結構的立體圖與平面圖。

圖4C與圖4D分別為本發明實施例之傳輸線之結構沿著剖面線CC’與DD’的剖面圖。

圖5A與圖5B分別為本發明實施例之傳輸線於差模信號操作模式與共模信號操作模式下沿著映射平面進行半電路切割的等效電路圖。

圖6A與圖6B分別是本發明實施例傳輸線於差模信號操作模式與共模信號操作模式下的散射參數曲線圖。

圖7是本發明實施例之傳輸線與傳統傳輸線中之差模信號所形成的眼圖。

100．．．傳輸線

110．．．基板

120．．．接地面

130．．．傳輸導線

140．．．截線

150．．．缺陷式接地結構

AA’、BB’．．．剖面線

Claims

一種傳輸線，其結構形成一被動式等化器，該傳輸線包括：一基板，具有複數個表面；一接地面，設置於該些表面的至少其中之一；一缺陷式接地結構(defect ground structure)，形成於該接地面；一對傳輸導線，位於該些表面的其中之一，且橫跨該缺陷式接地結構；以及至少一截線(stub)，於該缺陷式接地結構的一平面上分別自該對傳輸導線的兩側中的至少一側延伸，用以電性連接該對傳輸導線與該接地面。
如申請專利範圍第1項所述之傳輸線，更包括：至少一耗損材料，其中該截線的其中一端透過該耗損材料電性連接該接地面。
如申請專利範圍第1項所述之傳輸線，其中於該至少一截線為一對截線，其中各該截線的一端電性連接該接地面，且各該截線的另一端電性連接對應之該傳輸導線。
如申請專利範圍第1項所述之傳輸線，其中於該接地面進行蝕刻或雷射切割，以形成該缺陷式接地結構。
如申請專利範圍第2項所述之傳輸線，其中該耗損材料為一電阻。
如申請專利範圍第1項所述之傳輸線，其中該基板為一單層基板或一多層基板。
如申請專利範圍第1項所述之傳輸線，其中該缺陷式接地面結構包括一水平缺陷式接地面結構或至少一垂直陷式接地面結構。
如申請專利範圍第3項所述之傳輸線，其中該對截線為一對對稱截線，該對傳輸導線為一對對稱傳輸導線，且該對傳輸導線的投影與該對截線實質上彼此垂直。
如申請專利範圍第1項所述之傳輸線，更包括：至少一金屬連通柱，其中該截線的一端透過該金屬連通柱電性連接對應的該傳輸導線。
一種傳輸線，包括：一被動式等化器，用以接收與傳輸一第一信號與一第二信號，其中針對該第一信號與該第二信號的一差模信號，該被動式等化器操作於一第一操作模式，以改善該差模信號的一傳輸品質，且針對該第一信號與該第二信號的一共模信號，該被動式等化器操作於一第二操作模式，以濾除一共模雜訊。
如申請專利範圍第10項所述之傳輸線，其中當該被動式等化器操作於該第一操作模式時，該被動式等化器等效為一被動式高通濾波器，且當該被動式等化器操作於該第二操作模式時，該被動式等化器等效為一被動式雜訊濾波器。
如申請專利範圍第11項所述之傳輸線，其中該被動式高通濾波器為具有一電阻與一電感串聯的一等效電路。
如申請專利範圍第11項所述之傳輸線，其中該被動式雜訊濾波器具有從直流至數千兆赫茲的一雜訊濾除頻寬。