CN106233634A - 用于对差分数据信号进行信号传递的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在高速数据连接中对差分数据信号(SD)进行信号传递的设备,尤其是预装配的传递线缆。该设备包括带有导体对的电路板(8),该导体对具有用于传递差分数据信号(SD)的两个信号导体(14)。导体对配属有相对于导体对绝缘的耦出线路(24),该耦出线路相对于信号导体(14)平行且无中断地延伸,并且该耦出线路还经由至少一个阻尼元件(36)与接地导体(26)连接。通过该构造,在运行中将不期望的共模信号分量至少部分耦出到耦出线路(24)中并且在那里被吸收。

Description

用于对差分数据信号进行信号传递的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于在高速数据连接中对差分数据信号进行信号传递并且尤其用于减少共模信号分量的设备以及方法。设备包括带有导体对的电路板,该导体对带有用于传递差分数据信号的第一信号导体和第二信号导体。
背景技术
在例如计算机网络中的数据传递领域中使用数据线缆来传递数据,其中典型地,多个数据线路组合在共同的线缆外皮中。在高速数据传递中使用分别屏蔽的芯线对作为数据线路,其中,两个芯线尤其是彼此平行地延伸或替选地彼此绞合。在此,各芯线由自己的导体构成,例如分别由绝缘部包围的实心的导体线或绞合线。各数据线路的芯线对由(配对)隔离件包围。数据线缆典型地具有多个这样屏蔽的芯线对,这些芯线对由共同的线缆外皮包围。这样的数据线缆用于高速数据连接并且针对大于5Gbit/s的数据速率来构造。
这样的数据线缆以预装配的方式联接在插头上。在应用于高速传递时,插头在此往往构造为所谓的小型可插拔插头,简称为SPF插头。在此有不同的变型实施方案,例如所谓的SFP-插头,SFP+插头、QSFP-插头或CXP-插头。这些插头具有专用的插头壳体,像例如可以由WO 2011 072 869 A1或WO 2011 089 003 A1获知的那样。
这样的插头壳体在内部具有局部带有集成的电子器件的电路板或印制电路板。在该印制电路板上,各数据线缆联接在插头背侧。在此,数据线缆的各个芯线钎焊或熔焊到印制电路板上。在印制电路板的相对置的端部上,印制电路板典型地构造出带有联接接触部的插接舌,插接舌***到配对插头中。这样的印制电路板也被称为插卡。
各芯线对的配对屏蔽件在此(像例如可以由EP 2 112 669 A2获知的那样)构造为纵向折叠的膜屏蔽件。因此,隔离件沿线缆的纵向方向延伸地绕芯线对折叠,其中,两个端部在沿纵向方向延伸的重叠区域重叠。用于隔离的屏蔽膜是由至少一个能传导的(金属)层和绝缘层构成的多层的隔离件。通常使用铝层作为能传导的层并且使用PET膜作为绝缘层。PET膜构造为载体,在其上施装有金属的涂层,用以构造出能传导的层。
除了在平行延伸的对的情况下纵向折叠的屏蔽件之外,原则上还有如下可能,即,这样的屏蔽膜螺旋式地绕芯线对卷绕。然而,在大约15GHz起的较高信号频率的情况下,以屏蔽膜这样缠绕芯线对由于谐振效应是难以实现的。因此,在高的频率的情况下,屏蔽膜作为纵向折叠的膜来施装。
但是,伴随这样纵向折叠的膜出现了不期望的不利的副作用。在纵向折叠的隔离件中,不再能如在以屏蔽膜缠绕的情况下那样充分地对所谓的共模式信号(也被称为共模信号)进行阻尼。
这样的数据线缆典型地是所谓的对称数据线路,它们构造用于差分数据传递。在此,经由两个芯线以逆反的方式传送相同的信号。对这两个信号之间的差分信号分量进行评估,从而消除了作用到两个信号上的外部影响。
原则上公知的是,在这样的带有平行的对的对称线路中出现共模式信号或共模信号。此外,由于该共模信号分量如实际感兴趣的差分信号分量那样较快速地传播,所以对该不期望的共模信号的阻尼是困难的。因此,对该共模信号进行的与缠绕的芯线对相比缺少的或明显减小的阻尼导致所谓的偏移(Skew)的恶化或所谓的模式转换性能的恶化。
在这样的高速数据连接中,通常追求传递功率的提升。这样的数据线缆的传递率和进而频率范围因此逐渐增大,并且因此与共模信号分量相关的问题也增大。
为了滤出共模信号分量,例如由US 2011/0273245 A1公知的是,在多层电路板的接地平面中引入回纹形的结构。
在论文《Miniaturization of Common Mode Filter based on EBG PatchResonance(基于EBG贴片谐振的共模过滤器的微型化)》,作者Francesco De Paulis等,2012年DesignCon研讨会“Where Chipheads Connect”,美国加利福尼亚圣克拉拉,2012年1月30日至2012年2月2日,会议记录第2320页至2338页,中描述了一种共模过滤器,其中,在多子层式的电路板中,在导体迹线之下,在导体迹线与接地平面之间布置有矩阵式的传导结构,即所谓的EBG平面。
最后,由US 2004/0119553A1公知的是,为了避免由共模信号引起的干扰信号,经由电阻和电容将两个信号导体与接地部电连接。
发明内容
由此,本发明的任务在于,在这样的高速数据连接中可以实现以大于10GHz的高信号频率传递数据的改进并且实现对共模信号的高阻尼。
根据本发明,该任务通过具有权利要求1的特征的设备以及通过具有权利要求16的特征的方法来解决。优选的改进方案包含在从属权利要求中。在设备方面说明的优选设计方案也可以按意思转移到方法上。
设备尤其是构造用于在具有典型地大于每秒10Gbit的传递率的高速数据连接中传递数据信号。设备具有电路板,该电路板带有施装在其上的导体对,该导体对带有在运行中通过它们传递差分数据信号的第一信号导体和第二信号导体。此外,导体对配属有耦出线路,耦出线路相对于信号导体对称且无中断地延伸,在运行中,共模信号分量耦出到该耦出线路中。此外,耦出线路经由至少一个阻尼元件与接地导体,也就是与接地电位或地电位连接。
利用该设计方案,有选择地仅共模信号分量从信号导体中耦出到耦出线路中,并且在那里通过阻尼元件受到阻尼。因此,在阻尼元件中消耗共模信号分量的能量,并且不期望的共模信号分量至少部分被吸收。
该设计方案出于如下构思,即,在差分信号传递时可以实现有选择地耦出共模信号分量。因此,通过耦出干扰的共模信号分量(共模式信号分量)可以高效地减小,尤其是阻尼共模信号分量。因此,干扰的信号分量通过从传递路线中耦出至少得到减小。
耦出线路的功能方式的基础在于,差分分量总地没有功率耦出到耦出线路中,这是因为由于耦出线路的对称的构造,其信号分量分别彼此相减。反过来,整好在共模信号中,分量累加到两个信号导体上,因此也就是说它们通过耦合机制耦入耦出线路中。
因此,设备的功能方式根据定向耦合器的类型来构造,其中,也就是说将在特定的频带内的特定的信号分量,在这里是共模信号分量从传递路线中耦出。
在此,耦出线路经由耦合路线相对于信号导体无中断且对称地延伸。在此,无中断理解为耦出线路形成连贯传导的路线,尤其是连贯的导体迹线。在此,两个信号导体配属有尤其是正好一个耦出线路,其相对于信号导体对称地延伸。信号导体本身至少在很长的路线上彼此平行地延伸。
在此,耦出线路的对称布置理解为耦出线路至少在其长度的大部分上(在垂直于信号导体的传播方向的横向平面中)相对于其中每个信号导体分别具有同样大小的间距。换而言之:信号导***于共同的导体平面之中。它们关于垂直于导体平面定向的中间平面(镜像)对称地布置。作为补充,耦出线路关于该中间平面(镜像)对称地构造。通过该对称布置原则上确保了仅共模信号分量耦出并且没有差分信号分量耦出。在此,对称布置优选在整个耦出线路上延伸,从而在每个纵向位置上,耦出线路相对于两个信号导体均具有相同间距。因此,耦出线路以一定的方式形成整个耦出结构的对称轴线。
为了在阻尼元件的区域中也保持对称,阻尼元件以合乎目的的设计方案(至少在投影中或俯视来看)在信号导体之间对称地布置。此外,由于用于阻尼元件的电子构件的和信号导体的通常比较紧密的平行的走向的所需要的结构空间,在优选的改进方案中还设置的是,信号导体彼此间的间距在阻尼元件的区域中增大。为此,两个信号导体在过渡区域中大约漏斗形地展开并且紧接着在阻尼元件的区域中以增大的间距彼此平行地延伸。在带有增大的间距的中间空间中,阻尼元件在信号导体之间对称地布置。
在这样的差分信号线路中,电子元器件,尤其是所谓的分离电容器(直流分离电容器)往往接到各自的信号导体中。根据一个优选的设计方案,在这里就期望的对称来说还设置的是,信号导体相对彼此的间距在这样的元器件的区域中增大。同时或替选地,耦出线路在这样的元器件的区域中具有根据收缩的类型的变细部。尤其是将信号导体之间的间距的增大与耦出线路的变细进行组合。通过该措施,整体上可以在保持期望的对称的情况下实现这样的元器件在电路板上的紧凑的、节省空间的布置。
按照合乎目的的方式,电路板包括多个子层,这些子层中的至少一个子层构造为具有接地导体的接地子层。按照合乎目的的方式,阻尼元件经由所谓的穿过多个子层的贯穿接触部与该接地子层,也就是与接地导体连接。在此,电路板的各子层通过由基底材料构成的绝缘的载体层和施装在其上的电气层或电导体迹线形成。基底材料是常见的用于电路板的基底材料。因此,通过贯穿接触部构造出在阻尼元件与接地导体之间的导电连接。原则上,这样的贯穿接触部同样在电路板技术中是公知的。为此,引入例如竖直的、穿通基底材料的孔,其内壁是传导的,从而通过基底材料形成传导的连接。
在合乎目的的构造方案中,在各子层中,在边缘侧构造出接地区域,从而信号导体和/或耦出线路布置在各自的平面中的接地电位之间。在此,边缘侧的接地区域还通过优选大面积的导体迹线区域形成。它们通过优选多个沿着导体迹线延伸的贯穿接触部与接地平面连接。
在优选的改进方案中,阻尼元件在耦出线路的靠外的区域中与耦出线路连接。在此,向内间隔开地,也就是与耦出线路的最靠外的区域间隔开地进行与接地导体的导电连接。在耦出线路中为与接地导体的连接构造出穿通部,其中,在该穿通部中布置有贯穿接触部。通过该措施,可以在给定电路板的总长度的情况下实现耦出线路的长度的最大化。此外同时,通过耦出线路中的穿通部保持了期望的对称。因此,穿通部是耦出线路中的对称的凹部,耦出线路相对于两个信号导体具有相同的间距。在此,凹部尤其是圆形的。
在合乎目的的设计方案中,阻尼元件在此按照合乎目的的方式分别在两端侧布置在耦出线路上,并且阻尼元件与接地导体连接。由此,实现了对共模信号分量的高效阻尼。
阻尼元件此外还优选是欧姆电阻。在一个典型的应用中,每个阻尼元件的电阻值在此在数欧姆的范围内,例如在5欧姆至50欧姆的范围内并且尤其是在大约20欧姆的范围内。
原则上存在如下可能性,即,耦出线路以及信号导体并排地布置在一个子层中。但是研究表明的是,在此仅实现对共模信号分量的有限的阻尼。
因此,在合乎目的的改进方案中设置的是,耦出线路以及信号导体布置在不同的子层中。在此优选地,信号导体布置在一个子层中。耦出线路以通过电路板的基底材料分开的方式构造在尤其是在两个信号导体之下的子层中。在此,耦出线路的平面优选以与信号导体的平面有80μm至200μm的间距并且尤其是以与其有大约100μm的间距来布置。也就是说,在信号导体与耦出线路之间的基底的厚度相当于该间距。
同时,在耦出线路与接地导体之间的另外的电路板子层的基底厚度优选与此不同,尤其是更大并且尤其是在200μm至400μm之间的范围内并且尤其是在大约300μm的范围内。多层的电路板的各个基底层或载体层根据各自的电气要求和/或机械要求来选择。通过选择在信号导体与耦出线路之间的比较薄的基底层实现了对不期望的共模信号分量的高效的耦出。在信号导体与耦出线路之间的基底材料此外还优选具有大约3.4的介电常数。通过该构造整体上实现了很好的耦出。
按照合乎目的的方式,耦出线路在横向方向上延伸过两个信号导体,从而耦出线路与信号导体相比明显更宽。信号导体以及耦出线路通常构造为印制电路板的平坦的导体迹线。以自身公知的方式来制造这样的导体迹线。优选地,在投影中看,耦出线路在侧向与两个信号导体的靠外的边缘对齐,即,耦出线路的宽度相当于信号导体的靠外的边缘的间距。
优选地,信号导体非笔直地延伸,信号导体因此至少在部分区域中也相对于电路板纵向方向倾斜。通过该措施,尤其是实现了调整并且尤其是增大电路板上的导体长度。通过调整长度,同时也实现了调整耦合线路的长度进而耦合路线的长度。耦合路线的长度对被耦出和阻尼的共模信号分量的频带产生影响。
因此,在合乎目的的设计方案中设置的是,耦合线路的长度依赖于预定的频带来选择,在该频带内耦出不期望的共模信号。优选地,长度在此尤其选择成使得在1GHz至5GHz的范围内和尤其是在大约3GHz的情况下存在针对共模信号的至少局部的阻尼最大值。耦合线路的长度在此处考虑的针对用于数据速率大于5Gbit/秒的高速数据传递的使用目的的情况下例如在10mm至18mm的范围内,并且尤其是在12mm至15mm的范围内。也就是说,耦合线路的长度整体上视频带而定,针对该频带,应该根据过滤器的类型进行耦出(频带,在该频带内存在吸收最大值)。频率越大,耦合长度就选择得越小(成反比例)。
电路板通常具有用于数据线缆的后面的联接区域,该数据线缆具有至少一个信号配对件,优选具有多个信号配对件。在靠前的区域中,电路板优选构造为插头的插接舌并且具有接触条带。耦出结构和耦出线路除了该边缘侧的联接区域或接触区域之外优选在电路板的整个可用长度上,也就是说在边缘侧的联接区域和接触区域之间的中间区域上延伸。在此,联接区域和接触区域尤其是通过接触焊盘、通常加宽的端部侧的导体迹线区域形成。作为补充,可以设置有专用的涂层。
为了阻尼元件与耦出线路的接触,耦出线路具有联接焊盘。阻尼元件通常布置在电路板的上侧上,在电路板上优选也构造出信号导体。因此,为了阻尼元件的两个联接部一方面与耦出线路接触并且另一方面与接地导体接触而构造出两个贯穿接触部,一个通向耦出线路而一个通向接地线路。
电路板优选具有多子层式的构造并且尤其是示出下面的层构造:带有接地层的第一基底层、带有耦出线路的第二基底层、带有信号导体和优选带有阻尼元件的第三基底层。此外,在合乎目的的设计方案中,作为补充,在信号导体上还施装有绝缘层,尤其是阻焊漆。按照合乎目的的方式,该绝缘层在此形成最上方的层。此外还存在双侧的构造的可能性,也就是说其中,在中间平面的两侧,例如中央载体子层或中央接地子层的两侧联接有多子层式的层构造。
优选地,电路板布置在插头的插头壳体中。尤其地,电路板此外还构造为插接印制电路板,其一个端部构造出带有接触面或接触条带的自由的插接接触舌。电路板以该插接接触舌***到配对插头的各自的容纳部中,从而经由该插接接触舌在运行中传递数据信号。插头尤其是小型可插拔(SFP)类型的插头,其原则上可以按不同的变型实施方案来提供(SFP、SFP+、CXP、QSFP)。
与构造出自由的插接接触舌的端部相对置,电路板具有联接区域,在其上联接有数据线缆。因此,设备整体上是带有专用的插头的预装配的数据线缆。数据线缆具有多个通常绞合的芯线对,其中,在运行中分别通过芯线对传送差分数据信号。在此,每个芯线对优选由(膜)屏蔽件包围。芯线对的各自的导体分别与电路板的信号导体电接触,例如通过钎焊、熔焊等。同时,屏蔽件与导体迹线的接地接触部接触。
附图说明
下面结合附图详细阐述了本发明的实施例。这些附图以局部简化的图示示出。其中:
图1示出穿过插头的非常简化的示意性的截面图,该插头具有布置在其中的电路板和联接的数据线缆;
图2示出电路板的片段式的截面图;
图3A示出电路板的第一子层的片段式的俯视图;
图3B示出电路板的第二子层的片段式的俯视图;
图3C示出电路板的第三子层的片段式的俯视图,其中,各个图3A、3B、3C示出相同的片段;以及
图4示出共模信号和差分信号的图表以及作为补充还示出模式转换分别相对于信号频率的曲线。
在附图中,相同作用的部分配设有相同的附图标记
具体实施方式
图1中,以示意性的横截面图片段式地示出预装配的线缆和(QSFP)插头2,在该插头上联接有数据线缆4。插头2具有插头壳体6,在插头壳体中布置有电路板8。数据线缆4包括外皮10,外皮包围多个配设有配对屏蔽件16的芯线对12。各芯线对12分别具有两个导体,这些导体在电路板8的后面的联接区域中与施装在该电路板上的导体迹线电接触。各导体迹线随后被称为信号导体14(为此参见图2)。配对屏蔽件16在联接区域中还与电路板8的接地接触部接触。
在与联接区域相对置的端部上,电路板8构造为插接舌。该自由端部在带有配对接触部的在此处未详细示出的配对插头中***。电路板8在此沿纵向方向L从联接区域延伸直至插接舌。
尤其是由图2得到电路板8的特殊的构造。该图片段式地仅示出整体上多子层式的电路板8的靠上的一半。在图1的实施例中,相同的构造以形成镜像的方式(spiegelbildlich)向下再次与在图2中示出的构造联接,从而关于中间平面在两侧构造出相同的层构造。这可以实现芯线对12在电路板8的上侧和下侧处的电接触。通常八个芯线对进行接触,四个在上侧并且四个在下侧。在此,各芯线对12限定了用于传送差分数据信号的信号路径。在此,四个芯线对构造出发送路径并且四个芯线对构造出接收路径。经由接收路径,来自数据线缆4的数据信号耦入到电路板8的导体迹线结构中。
如由图2可看出的那样,电路板8具有带有三个子层18A、18B、18C的构造。在此,各子层18A、18B、18C通过载体层或基底层20A、20B、20C形成,在其上分别构造出导体迹线区域。在最上方的子层18A上构造出信号导体14,以及在边缘侧构造出接地区域22。因此,第一子层18A也可以被称为信号导体子层。在中间的基底层20B上,居中地施装有形成耦出线路24的导体迹线。在耦出线路的侧向上又构造出接地区域22。因此,中间的子层18B也可以被称为耦出子层。在最下方的基底层20C上施装有优选整个面传导的涂层,该涂层构造出接地层和进而接地导体26。在运行中,接地导体26与接地电位或地电位连接。因此,最下方的子层18C也可以被称为接地子层。
如可以很好地由图2看出的那样,各个基底层20A、20B、20C具有不同的层厚d,其中,布置在信号导体14与耦出线路24之间的基底层20A的层厚d小于紧接的中间的基底层20B的厚度d。因此,耦出线路24通过基底层20A相对于信号导体14绝缘,没有导电连接。优选地,第一基底层20A具有在大约100μm范围内的厚度d,而第二基底层20B具有在例如300μm范围内的厚度d。
不同的子层18A、18B的接地区域22通过多个贯穿接触部28与接地导体26电接触。如尤其是可以由图3A、3B、3C的俯视图获知的那样,在此沿着整个接地区域22,沿电路板的纵向方向构造出多个这样的贯穿接触部28。各个贯穿接触部28彼此间具有仅数毫米或更小的间距。
如由图2可看出的那样,两个信号导体14以间距a彼此间隔开地布置。它们分别具有典型地100μm至200μm并且优选大约175μm的导体迹线宽度。两个信号导体之间的间距a稍大一些并且典型地为250μm。
在信号导体4之下布置的耦出导体24沿横向方向Q延伸过两个信号导体14,其中,耦出导体24的边缘优选与两个信号导体14的最外的边缘对齐。因此,耦出导体24整体上具有相当于两个信号导体的宽度加上它们之间的间距a的宽度。优选地,耦出导体24的宽度在500μm至750μm的范围内,尤其是为600μm。
最上方的子层18A还覆有绝缘层30,其优选通过阻焊漆形成。
图3A、3B、3C的图示分别示出相同的片段。因此,通过各图示的彼此叠置得到各个子层18A、18B、18C的各个导体迹线区域彼此间的相对取向。
在此,图3A、3B、3C的片段式的图示仅示出电路板8的部分区域,更确切地说,仅示出配设有耦出线路24的接收路径的部分区域。带有发送路径的电路板区域通常还与之联接。
在图3A中示出第一子层18A的片段式的俯视图。图2仅示出在具有两个信号导体14的导体对的区域中的截面图。图3A当前示出具有总计四个信号导体14的两个这样的导体对的俯视图。在此,各导体对构造用于传递差分信号。如可很好地看出的那样,分别相邻的、形成导体对的信号导体14通过接地区域22分离开,从而各导体对在两侧由接地区域22包围。
信号导体14的各自的导体迹线从端部侧的联接焊盘32延伸直至相对置的联接焊盘32。联接焊盘32例如分别通过加宽的、必要时附加地涂层的导体迹线区域构造。在此,各个信号导体14非完全笔直地延伸,而是也具有倾斜的导体区段33,由此在电路板8的预定长度的情况下,信号导体14的总长度相对于笔直的走向增大。电路板的总长度典型地在大约20mm的范围内。
不同的电子元器件施装到最上方的子层18A上,这些电子元器件一方面与信号导体14或耦出线路24连接,并且与接地导体26连接。
因此,直流分离电容器34作为第一元器件整合在各信号导体14中。为此,分离电容器34的各自的接触脚与信号导体14的各自的联接焊盘连接。由于这些元器件的结构尺寸在此设置的是,在两个信号导体14之间的间距a在该分离电容器34的区域中增大。在该区域中,间距a通过信号导体14的Y形或漏斗形的展开而加宽。紧接着分离电容器34之后的是相对于分离电容器对称地变细至初始的间距a。
此外,在最上方的子层18A上布置有欧姆电阻形式的阻尼元件36。在此,给每个耦出线路24在其相对置的端部上分别配属这样的阻尼元件36。也就是说,阻尼元件36分别在端部侧在耦出线路24的相对置的端部上与耦出线路电接触。
在这些构件36上,信号导体14之间的间距a也加宽。由此,阻尼元件36对称地容纳在各导体对的信号导体14之间。
阻尼元件36分别具有两个联接区域,它们沿纵向方向彼此间隔开。为了当前可以实现尽可能大的耦合路线和进而耦出线路24直至阻尼元件36的联接部的尽可能大的长度,阻尼元件36的分别位于外部的联接区域与耦出线路24电接触。为此,穿通部或贯穿接触部28构造在最上方的基底层20A中,以便使阻尼元件36与在其之下放置的耦出线路24接触。
与此不同,向内朝向电路板中间指向的联接区域借助贯穿接触部28与最下方的子层18C的接地导体26接触。
如尤其是由图3B可看出的是,为此,在耦出线路24中构造出穿通部38,贯穿接触部28引导穿过该穿通部。在阻尼元件36的区域中,耦出线路具有加宽的导体迹线宽度,从而一方面用于电接触的空间并且另一方面也用于设计穿通部38的空间是充分的。
如进一步根据图3B的俯视图可看出的是,各个耦出线路24在分离电容器34的区域中具有根据收缩的类型构造的变细部40。在该变细部40的区域中,导体迹线宽度减小。在图3B以及3C中,为了更好的概览再次示出电子构件34、36。但是,它们的物理布置仅在最上方的基底层20A上。
如由此可看出的那样,耦出线路24的走向准确地跟随信号导体14的走向。因此,耦出线路24平行于信号导体延伸并且跟随其走向。仅在过渡区域中才与严格平行的走向有偏差,在过渡区域中,两个信号导体8的间距a由于元器件的布置而变化,尤其是在分离电容器34的情况下。然而,耦出线路24严格对称地,具体而言,在每个纵向位置上均相对于两个信号导体14对称地构造。因此,在横截面平面中,耦出线路24与两个信号导体14分别具有相同的间距。如由图3B还可看出的那样,接地区域22也跟随信号导体14的走向,从而整体上实现了导体迹线布线的高度对称的设计。
最后,根据图3C可以很好地看出,接地导体26构造为大面积的接地平面,其至少覆盖电路板面的大部分。
在联接的数据线缆4运行时和高速数据传递中,经由每个导体对传递差分数据信号SD。例如,由于开头所描述的构造为纵向折叠的膜的配对屏蔽件16,也包含有所谓的共模信号SC,其对于实际的信号传递来说是不期望的。该信号分量同样共同耦入到信号导体14中。通过特殊的结构和特殊的在这里描述的构造,有选择地根据定向耦合器的类型使共模信号分量SC的至少一部分波段耦出到耦出线路24中。该耦出的信号分量的能量消耗在阻尼元件36中。因此,带有耦出线路24和阻尼元件36的耦出结构近似形成针对不期望的信号分量的“沼泽(Sumpf)”,并且由此整体上导致对信号传递的改进。
根据图4的图表示例性示出不同参量的模型化的曲线。结果在此由以下的测量构造得到:
最上方的基底层20A的厚度d为100μm,中间的基底层20B厚度d为300μm。最上方的基底层20A具有大约3.4的介电常数εr。使用具有22欧姆的电阻值的欧姆电阻作为阻尼元件。分离电容器34具有100nF的额定电容。
根据图4分别获知差分信号SD相对于频率阻尼的曲线走向、共模信号分量SC相对于频率的曲线走向以及相对于频率的所谓的模式转换M。此外,在此从50欧姆的共模波阻抗出发。模式转换通常理解为将差分信号分量SD转化成共模信号分量SC和相反的转化。这样的模式转换原则上是不期望的。
在此,在靠左的y轴上示出针对差分信号分量SD以及共模信号分量SC的以dB为单位的阻尼值。相反地,在靠右的y轴上示出针对模式转换的以dB为单位的阻尼值。
如可以很好地看出的那样,在从0GHz至30GHz的整个频谱上实现对实际感兴趣的差分信号分量SD的仅很小的阻尼。阻尼随着频率的增大而增加并且在大约25GHz时达到大约-1dB。
与之不同的是,能看出对共模信号分量SC的非常强的阻尼,共模信号分量示出多个最大值。在此处选择的具有尤其是大约14mm长度的耦出线路24的构造的情况下,在大约3GHz时达到大约-3.2dB的局部的阻尼最大值。在大约6GHz和10GHz时,共模信号分量SC具有另外的局部的阻尼最大值。
因此,通过在这里描述的具有耦出结构的电路板构造整体上实现了高效地阻尼不期望的共模信号分量SC。在此重要的是,出现的共模分量没有被反射,而是也通过耦出结构来吸收。此外,进一步的研究还证实的是,该构造的出众之处还在于非常好的匹配关系,也就是说,共模信号分量SC仅很少地反射回到联接的数据线缆4中。重要的是,信号分量SC被吸收。这当前尤其是对于在1GHz至5GHz之间的频率范围,尤其是在大约3GHz的范围内特别高效地实现。在这里描述的电路板8尤其是装入在所谓的QSFP插头中作为所谓的QSFP插卡。
附图标记列表
2 插头
4 数据线缆
6 插头壳体
8 电路板
10 外皮
12 芯线对
14 信号导体
16 配对屏蔽件
18A、18B、18C 子层
20A、20B、20C 基底层
22 接地区域
24 耦出线路
26 接地导体
28 贯穿接触部
30 绝缘层
32 联接焊盘
33 倾斜的导体区段
34 分离电容器
36 阻尼元件
38 穿通部
40 变细部
d 层厚
a 间距
SD 差分信号分量
SC 共模信号分量
M 模式转换
L 纵向方向
Q 横向方向

Claims (16)

1.一种用于对差分数据信号进行信号传递的设备,所述设备包括带有导体对的电路板(8),所述导体对具有用于传递所述差分数据信号(SD)的两个信号导体(14),其特征在于,所述导体对配属有相对于所述导体对绝缘的耦出线路(24),所述耦出线路相对于所述信号导体(14)对称且无中断地延伸,并且所述耦出线路经由至少一个阻尼元件(36)与接地导体(26)连接,从而在运行中,共模信号分量(SC)至少部分耦出到所述耦出线路(24)中并且在那里受到阻尼。
2.根据前一权利要求所述的设备,
其特征在于,
所述耦出线路(24)在其总长度上在每个长度位置处均相对于所述信号导体(14)对称地布置。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述信号导体(14)彼此间具有间距(a),所述间距在所述阻尼元件(36)的区域中增大,从而所述阻尼元件(36)在所述信号导体(14)之间对称地布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
有元器件、尤其是分离电容器(34)分别接到所述信号导体(14)中,并且所述信号导体(14)的间距(a)在所述元器件的区域中增大,并且/或者所述耦出线路(24)在所述元器件的区域中具有变细部(40)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述电路板(8)具有多个子层(18A、18B、18C),这些子层中的至少一个子层构造为具有所述接地导体(26)的接地子层(18C),并且所述阻尼元件(36)经由贯穿接触部(28)与所述接地导体(26)连接。
6.根据前一权利要求所述的设备,
其特征在于,
所述阻尼元件(36)在所述耦出线路(24)的靠外的区域中与所述耦出线路连接,并且向内与此间隔开地,所述阻尼元件(36)与所述接地导体(26)连接,并且为此,在所述耦出线路(24)中为与接地导体(26)的连接构造出穿通部(38)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述至少一个阻尼元件(36)在端部侧,优选在两端侧与所述耦出线路(24)接触。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述阻尼元件(36)是欧姆电阻。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述电路板(8)具有多个子层(18A、18B、18C),并且所述信号导体(14)和所述耦出线路(24)构造在不同的子层(18A、18B)中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述耦出线路(24)在横向方向上看延伸过两个信号导体(14)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述信号导体(14)非笔直地延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述耦出线路(24)的长度依赖于预定的频带来选择,在所述预定的频带内要耦出不期望的共模信号分量,其中尤其是,所述长度选择成使得在1GHz至5GHz的范围内存在阻尼最大值。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
在所述耦出线路(24)上构造有联接焊盘(32),所述阻尼元件(36)经由所述联接焊盘进行接触。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述电路板(8)多子层式地构建并且具有如下层构造:带有接地导体(26)的基底层(18C)-带有耦出线路(24)的基底层(18B)-带有信号导体(14)并且优选带有阻尼元件(36)的基底层(18A)并且必要时还具有更靠外的绝缘层(30)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备,
其特征在于,
所述电路板(8)布置在插头(2)的插头壳体(6)中,并且所述电路板(8)尤其是构造为插接印制电路板,所述插接印制电路板的一个端部构造出自由的插接接触舌。
16.一种用于尤其是借助根据前述权利要求中任一项所述的设备对差分数据信号(SD)进行信号传递的方法,其中,经由第一信号导体(14)传送数据信号并且经由第二信号导体(14)传送所述数据信号的逆反信号,
其特征在于,
作为两个信号导体(14)的补充还构造有相对于所述信号导体(14)绝缘的耦出线路(24),不期望的共模信号(SC)耦出到所述耦出线路中并且受到阻尼。
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