TWM466365U - 網路訊號耦合之雜訊濾除電路 - Google Patents

Description

網路訊號耦合之雜訊濾除電路

本創作係提供一種網路訊號耦合之雜訊濾除電路，尤指處理電路之各通道位於第一連接與第二連接端之間為設有耦合模組及防電磁干擾模組，便可藉由防電磁干擾模組之共模扼流線圈具有阻抗器之作用，使高頻網路訊號之電磁雜訊可降低至通訊標準之要求。

按，現今電腦科技快速發展，其電腦發展趨勢亦朝運算功能強、速度快及體積小之方向邁進，由於網路通訊技術也正在迅速蓬勃發展中，並將人們生活、學習、工作與休閒帶入另一有別以往的嶄新境界，使人與人之間即可透過網路通訊相互傳輸所需之即時資訊、廣告宣傳或往來郵件等，同時藉由網路搜尋各種資訊、即時通訊或線上遊戲，讓人們與網路之間關係更為熱切且密不可分。

再者，網路的部分為有使用電纜連接及無線傳輸等二種方式來傳輸資料，電纜連接技術便需裝設有網路連接器，隨著現今電腦或筆記型電腦發展趨勢，使電腦內部之網路連接器亦隨之大幅縮小，但網路連接器於電腦縮小化，即需考量其電磁效應產生之訊號干擾問題，便有廠商於網路連接器內部設置有一訊號處理模組，請參閱第五圖所示，該訊號處理模組A為具有電路板A1，並於電路板A1上所設之複數變壓線圈A2 與濾波線圈A3皆具有磁芯A21、A31，且各磁芯A21、A31上繞設有導線A22、A32，再由導線A22、A32之各頭端焊接於電路板A1上對應之接點，其雖可將網路連接器接收之網路訊號進行濾波、濾除雜訊處理，並保留實際有用的訊號，惟該變壓線圈A2與濾波線圈A3需要利用手工將導線A22、A32纏繞於磁芯A21、A31上不僅較為繁瑣，並導致有耗費工時、生產效率較差之問題，更因無法作自動化生產而使成本無法有效降低，且該導線A22、A32纏繞之圈數、疏密距離等差異也會影響整體之效果，造成產品品質良莠不齊。

然而，隨著網路的運用越來越廣，網路上傳輸的資料容量也越來越大而不敷使用，所以網路廠商為了滿足使用者需求便不斷的提高網路傳輸速度，從早期10Mbps、100Mbps與1Gbps等，甚至使現在推出的光纖網路傳輸速度可達到10Gbps以上，由於變壓線圈A2係利用電感特性來隔離電氣並耦合訊號，所以為了使訊號能由一次側傳遞到二次側，變壓線圈A2便必須具有預定的感值，且因感抗與工作頻率及電感感值為成正比，當訊號傳輸的頻率增大的情況下，其感抗也將會隨之增大，而感抗增大卻會使訊號衰減變大，並造成網路容易斷線或是網路傳輸速度變慢之缺失，且該變壓線圈A2工作頻率只能在特定較窄的頻寬內，若是網路傳輸速度達到1Gbps時，便會因變壓線圈A2的特性為低頻率低強度、中頻率高強度及高頻率低強度所形成的曲線，造成高頻傳輸時之插入損耗大幅增加而導致訊號強度大幅降低。

是以，為了解決上述變壓線圈A2之問題，本案申請人曾利用既有的電子元件及電路設計來進行研發改良，其係於電路板上設置有 訊號處理電路，請參閱第六圖所示，該處理電路B為具有第一連接端B1及第二連接端B2，並於第一連接端B1與第二連接端B2間之複數線路B3上設有耦合模組B4及防電磁干擾模組B5，當外部網路訊號經由網路連接器傳輸至第一連接端B1時，可透過複數線路B3傳輸至耦合模組B4之各第一電容B41來隔離電氣並耦合訊號，再利用防電磁干擾模組B5之各第二電容B51來對訊號低頻部分的諧波進行吸收後導引至接地端B52予以排散，便可藉由耦合模組B4幾乎是以原訊號完整的傳輸至網路晶片，以降低訊號的衰減，亦可利用第二電容B51吸收頻段中較低頻部分之諧波，再將低頻部分之諧波分流至接地端B52釋放，而具有濾除低頻雜訊的效果，不過高網路頻率訊號傳輸至網路晶片後會因二線路B3與接地端B52間之電位差產生有共模電流作用之電磁干擾，使網路訊號頻段中因為共模電流所產生較高頻部分之諧波無法有效濾除，甚至造成高頻訊號傳輸時之電磁波向外輻射，並影響其它周邊電子設備正常工作，即為從事於此行業者所亟待研究改善之方向所在。

故，新型創作人有鑑於習用訊號處理模組A之變壓線圈A2生產成本高、高頻傳輸時之訊號衰減現象，以及電路板上之處理電路B於使用上之問題與缺失，乃搜集相關資料經由多方評估及考量，並利用從事於此行業之多年研發經驗不斷試作與修改，始設計出此種網路訊號耦合之雜訊濾除電路的新型誕生。

本創作之主要目的乃在於該處理電路所具之第一連接端與第二連接端之間為連設有分別具有二線路之複數通道，而處理電路之各通 道位於第一連接端與第二連接端之間設有具複數第一電容之耦合模組及防電磁干擾模組，並於防電磁干擾模組具有分別串聯於二線路間之二個第二電容，並由第二電容一端連接於接地端，且位於第二電容另端之各二線路間分別連設有共模扼流線圈為具有阻抗器之作用，且因網路訊號為差動訊號傳輸而不會受到共模扼流線圈的影響，以衰減共模電流達到濾除電磁雜訊干擾之目的，使電磁雜訊干擾可降低至符合產品之通訊標準要求，進而提昇高頻網路訊號傳輸時之穩定性。

1‧‧‧處理電路

11‧‧‧第一連接端

12‧‧‧第二連接端

13‧‧‧通道

131‧‧‧線路

14‧‧‧耦合模組

141‧‧‧第一電容

15‧‧‧防電磁干擾模組

151‧‧‧第二電容

152‧‧‧接地端

153‧‧‧共模扼流線圈

2‧‧‧電路板

3‧‧‧網路連接器

4‧‧‧網路晶片

A‧‧‧訊號處理模組

A1‧‧‧電路板

A2‧‧‧變壓線圈

A21‧‧‧磁芯

A22‧‧‧導線

A3‧‧‧濾波線圈

A31‧‧‧磁芯

A32‧‧‧導線

B‧‧‧處理電路

B1‧‧‧第一連接端

B2‧‧‧第二連接端

B3‧‧‧線路

B4‧‧‧耦合模組

B41‧‧‧第一電容

B5‧‧‧防電磁干擾模組

B51‧‧‧第二電容

B52‧‧‧接地端

第一圖 係為本創作較佳實施例之方塊圖。

第二圖 係為本創作較佳實施例處理電路之電路圖。

第三圖 係為本創作另一較佳實施例之方塊圖。

第四圖 係為本創作處理電路處理後訊號頻率與強度之波型圖。

第五圖 係為習用訊號處理模組之立體外觀圖。

第六圖 係為另一習用處理電路之電路圖。

第七圖 係為另一習用處理電路處理後訊號頻率與強度之波型圖。

為達成上述目的及功效，本創作所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本創作之較佳實施例詳加說明其構造與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、三圖所示，係分別為本創作較佳實施例之方塊圖、處理電路之電路圖及另一較佳實施例之方塊圖，由圖中可清楚 看出，本創作為包括有處理電路1及電路板2，其中該處理電路1為設置於電路板2上，並具有電性連接於網路連接器3之第一連接端11及連接於網路晶片4之第二連接端12，且第一連接端11與第二連接端12之間連設有分別具有二線路131之複數通道13，而處理電路1之各通道13位於第一連接端11與第二連接端12之間為設有一個或一個以上耦合模組14及防電磁干擾模組15，並於耦合模組14相鄰於第一連接端11處具有串聯於各線路131上之複數第一電容141，另防電磁干擾模組15為具有分別串聯於二線路131間之二個第二電容151，並由第二電容151一端連接於接地端152後形成接地迴路，且位於第二電容151另端相鄰於第二連接端12處之各二線路131間分別連設有共模扼流線圈153。

再者，處理電路1之第一連接端11為電性連接於網路連接器3所具之複數導電端子，並由第一連接端11電性連接於網路晶片4上之複數接腳，而處理電路1上位於第一連接端11與第二連接端12間所連設之通道13較佳實施為具有四個，並由通道13之各線路131二端分別連接於第一連接端11之MX0+、MX0-、MX1+、MX1-、MX2+、MX2-、MX3+、MX3-與第二連接端12之MD0+、MD0-、MD1+、MD1-、MD2+、MX2-、MD3+、MD3-，舉凡運用本創作說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本創作之專利範圍內，合予陳明。

本創作之處理電路1為設置於電路板2上，並於電路板2上直接設置有網路晶片4後，再與網路連接器3之複數導電端子相連接僅 為一種較佳之實施狀態，亦可將電路板2設置於網路連接器3內部，再與外部電路板(圖中未示出)上所設置之網路晶片4相連接，惟此部分有關網路連接器3與網路晶片4如何進行連接配置係為現有技術之範疇，且該細部之構成亦並非本案之創設要點，茲不再作一贅述。

然而，上述之網路晶片4為一電壓模式之晶片，當網路晶片4傳輸驅動電壓訊號至處理電路1之耦合模組14，因為訊號傳輸時是跟著電壓一起變化，所以網路晶片4不需設置有電阻即可進行訊號傳輸，便可藉由耦合模組14之第一電容141使驅動電壓流至其一端時可產生單一極性之暫態電荷(如正電荷)，而第一電容141另端則產生另一極性之暫態電荷(如負電荷)，並在經過一段預定時間後停止供應正電荷至第一電容141之一端，使第一電容141之另端便會將負電荷沿著各線路131流掉，以此可達到訊號耦合之效果，且因第一電容141亦不會使訊號直接通過線路131，而具有防止逆電流之功能，是以，由於第一電容141進行充放電時之速度與時間常數有關，所以必須使時間常數與訊號週期搭配，才能提供第一電容141充放電之時間剛好能夠確保完整的訊號傳輸而不會截斷訊號，且該第一電容141的容值增加後時間常數也會隨之增大，故第一電容141的容值為可介於100μF~0.01μF之間，較佳實施為0.1μF。

此外，耦合模組14之第一電容141之阻抗(Z)稱為容抗，其單位為歐姆(Ω)，容抗之公式為Z=1/(2π＊f＊C)，其中f為頻率(Hz)，C為電容之容值(F)，由上述公式可以得知，容抗大小與工作頻率及電容的容值為成反比，所以使用具有相同容值的第 一電容141在訊號頻率增大的情況下，容抗會隨之減小，而訊號的衰減也會變小，便可提供良好的網路連線且訊號傳輸速度也會變快，此種利用耦合模組14之第一電容141在訊號頻率越高的情況下，其訊號強度也會隨之增大的特性，而在現今網路頻率(頻寬)越來越高之情況(大於1Gbps)下，可利用第一電容141隔離電腦端的直流電形成電場感應來作訊號耦合，進而使高頻網路訊號之耦合效果更為良好。

藉上，由於處理電路1通過耦合模組14處理後的訊號幾乎不會有衰減，所以幾乎是以原訊號完整的傳輸至網路晶片4，不過網路訊號傳輸為呈倍數增加，所以訊號在低頻及高頻處會產生較大強度(dB)的諧波，且因訊號傳輸的過程中亦會有其它訊號進入而產生雜訊干擾之情況發生，便可藉由防電磁干擾模組15之二第二電容151為具有高通濾波(High Pass)功能，隨著第二電容151的容值降低其所能夠濾除的訊號頻率隨之增大，便可調整第二電容151的容值使訊號能夠通過但雜訊卻是被濾除，且該第二電容151的容值為可介於5~50p法拉(F)之間，較佳實施為15p法拉，其係利用儲存電荷的能力來吸收頻段中較低頻部分之諧波，再將低頻部分之諧波分流至接地端152釋放，而具有濾除低頻雜訊的效果，使訊號傳輸至網路晶片4後不會產生低頻段之諧波。

請搭配參閱第一、二、四圖所示，係分別為本創作較佳實施例之方塊圖、處理電路之電路圖及處理電路處理後訊號頻率與強度之波型圖，由圖中可清楚看出，本創作為了改善處理電路1之耦合模組14處理後的訊號在高頻之200~500MHz處產生有較大強度(dB)的 諧波，以及訊號傳輸的過程中其它訊號進入而產生雜訊干擾之情況發生，因而超出業界規範小於-4dB的通訊標準(如第七圖所示)，便可藉由防電磁干擾模組15之共模扼流線圈153(Common mode Choke)為利用連接於二線路131之二線圈反向繞制於同一磁芯上(圖中未示出)使其圈數和相位相同，當有共模電流通過共模扼流線圈153時，由於共模電流的同向性，便會在線圈內產生有同向的磁場而增大其感抗，並使共模扼流線圈153表面形成高阻抗而具有阻抗器之作用，且因網路訊號為差動(differential)訊號傳輸而不會受到共模扼流線圈153的影響，但因共模電流所產生之電磁波雜訊干擾為同相位(Common)，所以會受到共模扼流線圈153的影響而抵消，以衰減共模電流達到濾除共模電磁雜訊干擾之目的，使電磁雜訊干擾降低至符合產品之通訊標準要求(如第四圖所示)，亦可抑制高頻訊號傳輸時所產生之電磁波向外輻射，以有效降低其對周邊電子設備產生電磁波干擾，若以應用於乙太網路傳輸標準100Mbit/s為例時，其共模扼流線圈153之阻抗值為可介於30~800甌姆(Ω)之間，較佳實施為360甌姆，但於實際應用時，亦可依實際需要或電路設計作阻抗匹配之調整，進而提昇高頻網路訊號傳輸時之穩定性。

當網路晶片4傳輸驅動電壓訊號至電路板2上設置之處理電路1時，可利用耦合模組14之第一電容141在訊號頻率增大的情況下使容抗隨之減小，以降低訊號的衰減而可確保訊號強度，並具有良好的高頻網路訊號耦合效果，亦可利用防電磁干擾模組15之第二電容151及共模扼流線圈153來對訊號中低頻及高頻部分之諧波進行吸收，使訊 號傳輸至網路晶片4後便不會對周邊電子設備產生電磁波干擾，且因耦合模組14之第一電容141及防電磁干擾模組15之第二電容151為利用一般的電子元件焊設於電路板2上所構成，便不需利用手工繞線的方式製作線圈，不但可有效降低生產工時與成本，並具有便於量產、品質控管容易及降低成本之效果。

上述詳細說明為針對本創作一種較佳之可行實施例說明而已，惟該實施例並非用以限定本創作之申請專利範圍，凡其它未脫離本創作所揭示之技藝精神下所完成之均等變化與修飾變更，均應包含於本創作所涵蓋之專利範圍中。

綜上所述，本創作上述之網路訊號耦合之雜訊濾除電路為確實能達到其功效及目的，故本創作誠為一實用性優異之創作，實符合新型專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障新型創作人之辛苦創作，倘若 鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，新型創作人定當竭力配合，實感德便。

1‧‧‧處理電路

11‧‧‧第一連接端

12‧‧‧第二連接端

13‧‧‧通道

131‧‧‧線路

14‧‧‧耦合模組

141‧‧‧第一電容

15‧‧‧防電磁干擾模組

151‧‧‧第二電容

152‧‧‧接地端

153‧‧‧共模扼流線圈

Claims (5)

1. 一種網路訊號耦合之雜訊濾除電路，係包括有設置於電路板上之處理電路，並於處理電路具有電性連接於預設網路連接器之第一連接端及連接於預設網路晶片之第二連接端，且第一連接端與第二連接端之間連設有分別具有二線路之複數通道，而處理電路之各通道位於第一連接端與第二連接端之間為設有一個或一個以上耦合模組及防電磁干擾模組，並於耦合模組具有串聯於各線路上之複數第一電容，另防電磁干擾模組為具有分別串聯於二線路間之二個第二電容，並由第二電容一端連接於接地端，其改良在於：該防電磁干擾模組位於第二電容另端之各二線路間為分別連設有共模扼流線圈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之網路訊號耦合之雜訊濾除電路，其中該防電磁干擾模組之第二電容的容值為介於5~50pF之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之網路訊號耦合之雜訊濾除電路，其中該防電磁干擾模組之第二電容的容值為15pF。
4. 如申請專利範圍第1項所述之網路訊號耦合之雜訊濾除電路，其中該防電磁干擾模組之共模扼流線圈的阻抗值為介於30~800甌姆之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之網路訊號耦合之雜訊濾除電路，其中該防電磁干擾模組之共模扼流線圈的阻抗值為360甌姆。