一种用于共模抑制的差分信号绕线结构论文和设计-杨容

全文摘要

本实用新型涉及一种用于共模抑制的差分信号绕线结构和印制板，属于电子电路结构技术领域，解决了现有技术中共模噪声较高信号反射损耗、自身信号噪声较高以及信号传输不连续的问题。一种用于共模抑制的差分信号线结构，包括多段平行布设的直行控制差分线和位于每相邻两段直行差分线拐角处的强耦合控制差分线；每一段所述强耦合控制差分线分别通过渐变阻抗控制差分线与相邻的两段直行差分线相连，所述渐变阻抗控制差分线与直行控制差分线相连一端的线宽以及差分对间距分别大于其与强耦合控制差分线相连一端的线宽以及差分对间距。实现了信号传输过程中共模噪声、信号反射损耗以及自身信号噪声减小，信号传输的连续性增加。

主设计要求

1.一种用于共模抑制的差分信号线结构，其特征在于，包括多段平行布设的直行控制差分线和位于每相邻两段直行差分线拐角处的强耦合控制差分线；每一段所述强耦合控制差分线分别通过渐变阻抗控制差分线与相邻的两段直行差分线相连，所述直行控制差分线的线宽及差分对间距分别大于所述强耦合控制差分的线宽及差分对间距，所述渐变阻抗控制差分线与直行控制差分线相连一端的线宽以及差分对间距分别大于其与强耦合控制差分线相连一端的线宽以及差分对间距。

设计方案

1.一种用于共模抑制的差分信号线结构，其特征在于，包括多段平行布设的直行控制差分线和位于每相邻两段直行差分线拐角处的强耦合控制差分线；

每一段所述强耦合控制差分线分别通过渐变阻抗控制差分线与相邻的两段直行差分线相连，所述直行控制差分线的线宽及差分对间距分别大于所述强耦合控制差分的线宽及差分对间距，所述渐变阻抗控制差分线与直行控制差分线相连一端的线宽以及差分对间距分别大于其与强耦合控制差分线相连一端的线宽以及差分对间距。

2.根据权利要求1所述的差分信号线结构，其特征在于，所述强耦合控制差分线为半多边形结构，所述半多边形结构两端点所在的线段与所述直行控制差分线平行；

或者，

所述强耦合控制差分线为圆弧形结构；所述圆弧形结构两端点连线与所述直行控制差分线垂直。

3.根据权利要求2所述的差分信号绕线结构，其特征在于，所述半多边形结构至少包括5条边并且呈轴对称。

4.根据权利要求1所述的差分信号绕线结构，其特征在于，所述任意相邻两段直行控制差分线的线距为其线宽的1～10倍。

5.根据权利要求1所述的差分信号绕线结构，其特征在于，所述直行控制差分线与强耦合控制差分线的直线距离为0.2～2mm。

6.根据权利要求1所述的差分信号绕线结构，其特征在于，所述强耦合控制差分线线宽为所述直行控制差分线线宽的1\/3～2\/3。

7.根据权利要求1所述的差分信号绕线结构，其特征在于，所述差分信号绕线为微带线，所述直行控制差分线、渐变阻抗控制差分线和强耦合控制差分线的线宽满足如下公式，

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电子电路结构技术领域，尤其涉及一种用于共模抑制的差分信号绕线结构。

背景技术

现代信息处理技术的不断进步和需求增加，对超高速和大宽带通信产品的需求愈发强烈；高速产品的集成度越来越高，其对应的上升时间也越来越短，传输过程中的不利因素都会对信号传输带来极大影响；差分传输线因具有抗干扰能力强，可实现远距离传输，时序控制精确等诸多优点，因此，广泛应用于计算机可升级接口总线、以太网、以及所有高速串行电路，以减小传输信号的电磁干扰和提高信号完整性。

对于差分信号来说，差分绕线不可避免会出现拐角，在目前的设计方式，主要包括直角、圆角、斜角、45度角等方式，而且对共模抑制也主要基于以上四种方式进行相关研究，而对于高密度差分信号多次拐角的研究几乎没有。

按照目前的高速差分信号设计方式，差分信号绕线采用四种角度设计，但是当多次、连续、小间距绕线时，会出现以下问题：(1)印制板器件布局密度高，多次连续绕线导致差分信号线的长度不一致，相位匹配难度大，导致共模噪声增加(2)高密度印制板，小间距绕线会使得拐角位置电磁场密度较高，会导致差分信号对内干扰，共模噪声增加(3)多次连续绕线可能造成拐角位置阻抗不匹配，以及阻抗突变，导致信号传输的不连续性(4)多次连续绕线会增加差分信号绕线的拐角位置反射损耗，以及增加自身信号噪声。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种用于共模抑制的差分信号绕线结构及印制板，用以解决现有技术中共模噪声较高、信号传输不连续、信号反射损耗以及自身信号噪声较高的问题。

一方面，本实用新型提供了一种用于共模抑制的差分信号线结构，1、包括多段平行布设的直行控制差分线和位于每相邻两段直行差分线拐角处的强耦合控制差分线；

本上述方案的有益效果为：通过上述方案使得在信号传输过程中，共模噪声变小，信号反射损耗以及自身信号噪声减小，此外，渐变阻抗控制差分线的设置，可以防止多次连续绕线可能造成拐角位置阻抗不匹配，以及阻抗突变，增加信号传输的连续性。

在上述方案的基础上，本实用新型还做了如下改进：

进一步，所述强耦合控制差分线为半多边形结构，所述半多边形结构两端点所在的线段与所述直行控制差分线平行；

或者，

所述强耦合控制差分线为圆弧形结构；所述圆弧形结构两端点连线与所述直行控制差分线垂直。

采用上述进一步方案的有益效果为：上述强耦合控制差分线的结构减小拐角位置反射损耗以及自身信号噪声，同时抑制了共模噪声。

进一步地，所述半多边形结构至少包括5条边并且呈轴对称。

进一步地，所述任意相邻两段直行控制差分线的线距为其线宽的1～10倍。

进一步地，所述直行控制差分线与强耦合控制差分线的直线距离为0.2～2mm。

进一步地，所述强耦合控制差分线线宽为所述直行控制差分线线宽的1\/3～2\/3。

上述技术进一步方案的有益效果为：上述强耦合控制差分线的线宽设置，使高耦合控制差分线抑制共模噪声的效果达到最好。

进一步地，所述差分信号绕线为微带线，所述直行控制差分线、渐变阻抗控制差分线和强耦合控制差分线的线宽满足如下公式，

或者，

所述差分信号绕线为带状线，所述直行控制差分线、渐变阻抗控制差分线和强耦合控制差分线的线宽满足如下公式，

其中，Z_{0<\/sub>为单端阻抗，ε_{r<\/sub>为介电常数，w为线宽，h为走线到参考平面的距离，h_{1<\/sub>为线厚。}}}

进一步，所述差分信号绕线为微带线，则直行控制差分线、渐变阻抗控制差分线和强耦合控制差分线的差分对间距由如下公式确定，

Z_{diff<\/sub>＝2Z0(1-0.48e-0.96S\/H)}

或者，所述差分信号绕线为带状线，则直行控制差分线、渐变阻抗控制差分线和强耦合控制差分线的差分对间距由如下公式确定，

Z_{diff<\/sub>＝2Z_{0<\/sub>(1-0.347e-2.9S\/H)}}

其中，Z_{0<\/sub>为单端阻抗，Z_{diff<\/sub>为差分阻抗，S为差分对间距，H为差分对到平面层距离。}}

进一步地，所述差分信号绕线结构，还包括初始直行控制差分线和终止直行控制差分线，所述初始直行控制差分线、终止直行控制差分线分别与第一段直行控制差分线、最后一段直行控制差分线垂直连接。

另一方面，本发明实施例提供了用于共模抑制的印制板，所述印制板包括上述任一技术方案的差分信号绕线结构，所述印制板还包括设置于强耦合控制差分线内侧的电磁场屏蔽孔；所述电磁场屏蔽孔圆心位于相邻两段直行控制差分线的中心线上，且所述中心线与强耦合控制差分线内绕线的交点距所述电磁场屏蔽孔圆心的距离为0.1mm-0.5mm。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方案使得在信号传输过程中，信号传输的连续性增加，信号反射损耗以及自身信号噪声减小；同时，由于高密度印制板，小间距绕线会使得拐角位置电磁场密度较高，电磁场屏蔽孔设置可以减少差分信号干扰，因此，除了差分信号绕线结构会对共模噪声进行抑制外，所述电磁场屏蔽孔也会对共模噪声进行抑制。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例1所述差分信号绕线结构的渐变阻抗控制差分线局部图；

图2为本实用新型实施例1所述渐变阻抗控制区域分段示意图；

图3为本实用新型实施例2所述差分信号绕线结构主视图；

图4为本实用新型实施例2所述差分信号绕线结构拐角局部放大图；

图5为本实用新型实施例3所述印制板的电磁场屏蔽孔的三维图；

图6为本实用新型实施例3所述印制板的差模仿真结果图；

图7为本发明新型实施例3所述印制板的差模转共模仿真结果图。

附图标记：

1-直行控制差分线；2-强耦合控制差分线；3-渐变阻抗控制差分线；4-初始直行控制差分线；5-终止直行控制差分线；6-电磁场屏蔽孔；7-单段阻抗差分对。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种用于共模抑制的差分信号绕线结构，包括多段平行布设的直行控制差分线1和位于每相邻两段直行差分线拐角处的强耦合控制差分线2；

每一段所述强耦合控制差分线2分别通过渐变阻抗控制差分线3与相邻的两段直行差分线1相连，所述直行控制差分线1的线宽及差分对间距分别大于所述强耦合控制差分2的线宽及差分对间距，所述渐变阻抗控制差分线3与直行控制差分线1相连一端的线宽以及差分对间距分别大于其与强耦合控制差分线2相连一端的线宽以及差分对间距。

需要说明的是，渐变阻抗控制差分线3的线宽与差分对间距的比值，与两段直行差分线1、强耦合控制差分2的线宽与差分对间距的比值相等。

具体实施时，所述强耦合控制差分线2为半多边形结构，所述半多边形结构两端点所在的线段与所述直行控制差分线1平行；

或者，

所述强耦合控制差分线2为圆弧形结构；所述圆弧形结构两端点连线与所述直行控制差分线1垂直。

其中，上述多边形结构至少包括5条边并且呈轴对称；上述任意相邻两段直行控制差分线1的线距为其线宽的1～10倍；上述直行控制差分线1与强耦合控制差分线2的直线距离为0.2～2mm；上述强耦合控制差分线2线宽为所述直行控制差分线1线宽的1\/3～2\/3；强耦合控制差分线2的线宽和差分对间距应满足目前制造工艺，目前均为3mil。

可选的，上述差分信号绕线结构，还包括初始直行控制差分线4和终止直行控制差分线5，所述初始直行控制差分线1、终止直行控制差分线4分别与第一段直行控制差分线1、最后一段直行控制差分线1垂直连接。

需要说明的是，差分信号绕线的绕线次数由差分信号的时序要求确定；针对差分信号绕线层处于印制板的表层或者中层，差分信号绕线可以是微带线或者带状线；

所述差分信号绕线为微带线，所述直行控制差分线1、渐变阻抗控制差分线3和强耦合控制差分线2的线宽满足如下公式，

或者，

所述差分信号绕线为带状线，所述直行控制差分线1、渐变阻抗控制差分线3和强耦合控制差分线2的线宽满足如下公式，

其中，Z_{0<\/sub>为单端阻抗，ε_{r<\/sub>为介电常数，w为线宽，h为走线到参考平面(平面层)的距离，h_{1<\/sub>为线厚；除线宽外的其他参数均可为已知。}}}

所述差分信号绕线为微带线，则直行控制差分线1、渐变阻抗控制差分线3和强耦合控制差分线2的差分对间距由如下公式确定，

Z_{diff<\/sub>＝2Z0(1-0.48e-0.96S\/H) (3)}

或者，所述差分信号绕线为带状线，则直行控制差分线1、渐变阻抗控制差分线3和强耦合控制差分线2的差分对间距由如下公式确定，

Z_{diff<\/sub>＝2Z_{0<\/sub>(1-0.347e-2.9S\/H) (4)}}

其中，Z_{diff<\/sub>为差分阻抗，S为差分对间距，H为差分对到参考平面距离。}

所述差分信号绕线结构的渐变阻抗控制差分线局部图，如图1所示；需要说明的是，渐变阻抗控制差分线3的内外绕线组成了渐变阻抗控制区域，于是，渐变阻抗控制差分线3的线宽和差分对间距计算方法为：将渐变阻抗控制区域等分为若干段，形成若干段单段阻抗差分对7，一般为3段以上，如图2为渐变阻抗控制区域分段示意图，分为三段，对每段的渐变阻抗控制差分线的线宽和差分对间距进行计算；具体为以公式(1)或(2)确定线宽，以公式(3)或(4)确定差分对间距。

实施例2

本实用新型的另一个具体实施例，公开了一种用于共模抑制的差分信号绕线结构，所述差分信号绕线结构如图3所示，所述差分信号绕线结构拐角局部放大图如图4所示；所述差分信号绕线结构包括多段平行布设的直行控制差分线1和位于每相邻两段直行差分线1拐角处的强耦合控制差分线2；

所述差分信号绕线结构还包括初始直行控制差分线4和终止直行控制差分线5，所述初始直行控制差分线4、终止直行控制差分线5分别与第一段直行控制差分线1、最后一段直行控制差分线1垂直连接

所述强耦合控制差分线2为半多边形结构，所述多边形结构包括5条边并且呈轴对称，所述半多边形结构两端点所在的线段与所述直行控制差分线1平行。

实施例3

本实用新型实施例公开了一种用于共模抑制的印制板，所述印制板包括上述任一实施例公开的差分信号绕线结构；

上述印制板还包括，设置于强耦合控制差分线2内侧的电磁场屏蔽孔6，所述电磁场屏蔽孔6与差分信号绕线结构处于一层，并且其与底层连接；所述电磁屏蔽孔6圆心位于相邻两段直行控制差分线1的中心线上，且所述中心线与强耦合控制差分线2内绕线的交点距所述电磁屏蔽孔6圆心的距离为0.1mm-0.5mm；

所述印制板的电磁场屏蔽孔的三维图，如图5所示。

上述电磁场屏蔽孔6为圆筒状，其孔的大小设定为通孔制造能力范围内的最小孔径，目前为0.2mm；所述差分信号绕线和电磁场屏蔽孔5均可为铜材质，参考平面层采用无盘设计以确保差分信号完整；

选取半多边形结构为5条边，对上述印制板进行差模和差模转共模的仿真实验，得到其仿真结果分别如图6、图7所示；由图6可知，所述传输信号频率在8GHz范围内，印制板的差模大于-2.5G，可见其插损非常小，相比现有技术，本实用新型可极大改善信号的损耗；由图7可知，所述在差模转共模情况下，传输信号频率在8GHz范围内，印制板的差模小于-25dB，可知本实用新型可以有效抑制差模转共模信号，保证了差分信号的传输质量。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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