TWI740788B - 共模濾波器 - Google Patents

Abstract

共模濾波器設置在電路板上。電路板的主動層上具有差動信號線對。共模濾波器包括槽孔結構以及濾波頻率調整元件。槽孔結構形成在電路板的參考電壓層上，其中槽孔結構環繞差動信號線對。濾波頻率調整元件設置在槽孔結構的彎折部的上方，其中濾波頻率調整元件包括至少一電感以及至少一電容的至少其中之一，並跨越差動信號線對以設置在電路板上。

Description

共模濾波器

本發明是有關於一種共模濾波器，且特別是有關於一種設置在印刷電路板上且可進行濾波頻率調整的共模濾波器。

在習知的技術領域中，利用電路佈局來產生的共模濾波器，期通過頻代的中心頻率常利用電路板上的槽孔結構的長度以及傳輸導線的長度來進行控制。這樣的方式，在電路板所應用的周邊電路發生改變時，設計者就需要針對槽孔結構以及傳輸導線進行佈局上的重新設計，造成設計時程的增加。另外，槽孔結構的形成需配合電路板佈局的地形地物來進行。在有限的空間內，未必可以有效的產生合適的槽孔結構，並可能造成阻抗匹配的表現不佳。

本發明提供一種共模濾波器，可動態調整信號的通過頻帶。

本發明的共模濾波器設置在電路板上。電路板的主動層上具有差動信號線對。共模濾波器包括槽孔結構以及濾波頻率調整元件。槽孔結構形成在電路板的參考電壓層上，其中槽孔結構環繞差動信號線對。濾波頻率調整元件設置在槽孔結構的彎折部的上方，其中濾波頻率調整元件包括至少一電感以及至少一電容的至少其中之一，並跨越差動信號線對以設置在電路板上。

基於上述，本發明的共模濾波器透過在電路板的槽孔結構上設置濾波頻率調整元件，並透過濾波頻率調整元件上的電容及/或電感來動態調整共模濾波器的通過頻帶，提升共模濾波器的效能。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的共模濾波器的示意圖。本發明實施例的共模濾波器100設置在電路板10上。電路板10的主動層上設置由差動信號線WIR1以及WIR2所構成的差動信號線對。共模濾波器100包括槽孔結構110以及濾波頻率調整元件120。槽孔結構110被設置在電路板10的參考電壓層上，其中參考電壓層與主動層可位於電路板10的不同層次中，參考電壓層與主動層可相互重疊。參考電壓層可電性耦接至接地電壓或電源電壓，可作為差動信號線WIR1以及WIR2所傳送的差動信號對的參考平面（reference plane）。

值得注意的，在本實施例中，槽孔結構110以環繞差動信號線WIR1、WIR2的方式進行配置。在本實施例中，槽孔結構110在第一側邊S1具有一彎折部，槽孔結構110在第二側邊S2則具有開口部。濾波頻率調整元件120則可覆蓋在槽孔結構110的第一側邊S1的彎折部上方。

在本發明一實施例中，濾波頻率調整元件120可以具有一個或多個電容；在本發明另一實施例中，濾波頻率調整元件120可以具有一個或多個電感；在本發明再一實施例中，濾波頻率調整元件120可以具有一個或多個電容以及一個或多個電感。

值得一提的，濾波頻率調整元件120可以表面貼焊零件（Surface Mount Device, SMD）的方式設置在電路板10上。濾波頻率調整元件120並可透過電路板10上的導電通孔以電性連接至參考電壓層，其中參考電壓層可以為電路板10中的參考接地層。

以下請參照圖2，圖2繪示本發明圖1實施例的共模濾波器100的局部放大示意圖。以濾波頻率調整元件120中包括電容C1為範例。電容C1的兩端分別透過電路板10上的導電通孔VIA1、VIA2以連接至電路板10的參考電壓層。另外，濾波頻率調整元件120被設置在槽孔結構110的彎折部140的上方。

值得一提的，本發明實施例的濾波頻率調整元件120可以可拆卸的方式被設置在電路板10上。具體來說明，依據電路板10的應用條件，在因應不同的周邊電路的設置狀態，以及所傳輸的差動信號對的頻率，設計者可以選擇合適的濾波頻率調整元件120以焊接在電路板10上。在當電路板10的應用條件發生改變時，設計者不需要重新針對電路板的整體佈局進行變更，僅需要拆換合適的濾波頻率調整元件120，就可以達成阻抗匹配動作。

以下請參照圖3A以及圖3B，其中圖3A繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的實施方式的示意圖，圖3B則繪示圖3A實施方式的史密斯圖（Smith chart）。在圖3A中，濾波頻率調整元件300包括電容C1以及電容C2。電容C1連接在連接埠PT1以及連接埠PT2間。電容C2連接在連接埠PT2以及參考接地端GND間。對照圖3A的史密斯圖，在未加入濾波頻率調整元件300前，傳輸導線的等效阻抗值，在史密斯圖中可落在位置310上。在加入濾波頻率調整元件300後，電容C1可以使傳輸導線的等效阻抗值，透過路徑P1以移動至位置320，電容C2則可以使傳輸導線的等效阻抗值，透過路徑P2以移動至位置330，並完成阻抗匹配的設計。

以下請參照圖4A以及圖4B，其中圖4A繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的另一實施方式的示意圖，圖4B則繪示圖4A實施方式的史密斯圖。在圖4A中，濾波頻率調整元件400包括電容C3以及電感L1。電容C3連接在連接埠PT1以及連接埠PT2間。電感L1連接在連接埠PT2以及參考接地端GND間。對照圖4A的史密斯圖，在未加入濾波頻率調整元件400前，傳輸導線的等效阻抗值，在史密斯圖中可落在位置410上。在加入濾波頻率調整元件400後，電容C3可以使傳輸導線的等效阻抗值，透過路徑P3以移動至位置420，電感L1則可以使傳輸導線的等效阻抗值，透過路徑P4以移動至位置430，並完成阻抗匹配的設計。

由圖3A以及圖4A的實施方式不難得知，因應不同狀態的原始的傳輸導線的阻抗狀態，本發明實施例的共模濾波器可透過置換合適的濾波頻率調整元件400，即可有效完成阻抗匹配的調整動作，並有效降低信號傳輸所可能發生的反射現象，提升信號的傳輸品質。

請參照圖5，圖5繪示本發明另一實施例的共模濾波器的示意圖。本發明實施例的共模濾波器500設置在電路板50上。電路板50的主動層上設置由差動信號線WIR1以及WIR2所構成的差動信號線對。共模濾波器500包括槽孔結構510以及濾波頻率調整元件520。槽孔結構510被設置在電路板50的參考電壓層上，其中參考電壓層與主動層可位於電路板50的不同層次中，參考電壓層與主動層可相互重疊。參考電壓層可電性耦接至接地電壓或電源電壓，可作為差動信號線WIR1以及WIR2所傳送的差動信號對的參考平面（reference plane）。

值得注意的，在本實施例中，槽孔結構510以環繞差動信號線WIR1、WIR2的方式進行配置。相較於本發明圖1的實施例，槽孔結構510可以與槽孔結構110具有不相同的形狀。在本實施例中，槽孔結構510中具有多個彎曲形狀的絕緣結構。差動信號線WIR1、WIR2則可配置在這個彎曲形狀的絕緣結構以及槽孔結構510上。

在此請注意，在本發明實施例中，槽孔結構510的形狀並沒有固定的限制，設計者可以依據實際上的佈局狀態，來進行槽孔結構510形狀的調整。

以下請參照圖6，圖6繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的另一實施方式的示意圖。濾波頻率調整元件610包括多個被動元件PC1~PC4以及切換器611。被動元件PC1~PC4具有共同耦接的第一端，並電性連接至導電通孔VIA2。被動元件PC1~PC4的多個第二端並分別耦接至切換器611的多個端點。切換器611並具有另一端點耦接至導電通孔VIA1。切換器611還接收控制信號CTS的多個子信號CT1、CT2，並依據子信號CT1、CT2以選擇使被動元件PC1~PC4的多個第二端的其中之一以耦接至導電通孔VIA1。在本實施例中，導電通孔VIA1可電性耦接至第一參考電壓端，導電通孔VIA2則可電性耦接至第二參考電壓端。第一參考電壓端以及第二參考電壓端可以為電路板的參考電壓層上的兩個不相同的端點。

在圖6中，被動元件PC1~PC4可以分別為多個電容。在本發明其他實施例中，被動元件PC1~PC4的任一也可以為電阻、電感，或電容、電阻、電感至少其中之二的組合。沒有固定的限制。

另外，在本實施方式中，被動元件PC1~PC4可以不只有四個。在電路板的尺寸可允許的佈局範圍，濾波頻率調整元件610可包括任意數量的被動元件。另外，控制信號CTS的子信號CT1、CT2的數量，可以依據被動元件PC1~PC4的數量來設計。其中，若控制信號CTS的子信號CT1、CT2的數量為N，被動元件PC1~PC4的數量至多可以為2 ^N個，N為正整數。

在另一方面，本發明實施例的共模濾波器可另包括控制器620。控制器620耦接至濾波頻率調整元件610，並用以產生控制信號CTS的子信號CT1、CT2。控制器620可依據電路板的規格資訊或命令資訊來產生控制信號CTS。上述的命令資訊來由外部電子裝置或使用者來下達。

依據上述的說明，透過濾波頻率調整元件610的被動元件PC1~PC4的切換動作，本發明實施例的共模濾波器的通過頻帶可動態進行調整，提升共模濾波器的使用效能。

在硬體架構上，切換器611可以應用本領域熟知的天線切換器（antenna switch）來建構。控制器620可以為具運算能力的處理器。或者，控制器620可以是透過硬體描述語言（Hardware Description Language, HDL）或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）或是特殊應用積體電路（Application-specific Integrated Circuit, ASIC）的方式來實現的硬體電路。

以下請參照圖7，圖7繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的另一實施方式的示意圖。濾波頻率調整元件包括可變電容VC1及/或可變電感VL1。共模濾波器並包括控制器720。控制器720用以發送控制電壓CTRV至可變電容VC1及/或可變電感VL1，並用以調整可變電容VC1的電容值及/或調整可變電感VL1的電感值。當濾波頻率調整元件同時具有可變電容VC1及可變電感VL1時，控制器720可發送不同的控制電壓來分別調控可變電容VC1的電容值及可變電感VL1的電感值。與圖6實施方式不相同的，本實施例的控制器720可透過類比的方式來針對濾波頻率調整元件所提供的電感、電容值進行調整，並動態調整共模濾波器的通過頻帶，提升共模濾波器的使用效能。

綜上所述，本發明實施例的共模濾波器透過在槽孔結構上設置濾波頻率調整元件，並利用濾波頻率調整元件所提供的等效阻抗來調整共模濾波器的通過頻帶，並達成傳輸導線的阻抗匹配。如此一來，可有效降低信傳輸所產生的反射現象，提升信號品質。另外，本發明實施例透過動態調整濾波頻率調整元件的等效阻抗，可在不需變更電路板佈局設計的前提下，完成阻抗匹配的調整動作。

10、50:電路板 100、500:共模濾波器 110、510:槽孔結構 120、520、610:濾波頻率調整元件 140:彎折部 300、400:濾波頻率調整元件 310、320、330、410、420、430:位置 611、711:切換器 620、720:控制器 C1~C3:電容 CT1、CT2:子信號 CTRV:控制電壓 CTS:控制信號 GND:參考接地端 L1:電感 P1~P4:路徑 PC1~PC4:被動元件 PT1、PT2:連接埠 S1、S2:側邊 VC1:可變電容 VIA1、VIA2:導電通孔 VL1:可變電感 WIR1、WIR2:差動信號線

圖1繪示本發明一實施例的共模濾波器的示意圖。 圖2繪示本發明圖1實施例的共模濾波器100的局部放大示意圖。 圖3A繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的實施方式的示意圖。 圖3B繪示圖3A實施方式的史密斯圖（Smith chart）。 圖4A繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的另一實施方式的示意圖。 圖4B繪示圖4A實施方式的史密斯圖。 圖5繪示本發明另一實施例的共模濾波器的示意圖。 圖6繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的另一實施方式的示意圖。 圖7繪示本發明實施例的共模濾波器的濾波頻率調整元件的另一實施方式的示意圖。

10:電路板

100:共模濾波器

110:槽孔結構

120:濾波頻率調整元件

S1、S2:側邊

WIR1、WIR2:差動信號線

Claims (10)

1. 一種共模濾波器，設置在一電路板上，該電路板的主動層上具有一差動信號線對，包括： 一槽孔結構，形成在該電路板的一參考電壓層上，其中該槽孔結構環繞該差動信號線對；以及 一濾波頻率調整元件，設置在該槽孔結構的一彎折部的上方，其中該濾波頻率調整元件包括至少一電感以及至少一電容的至少其中之一，並跨越該差動信號線對以設置在該電路板上。
2. 如請求項1所述的共模濾波器，其中該濾波頻率調整元件的兩端分別耦接至該電路板上的一第一參考電壓端以及一第二參考電壓端。
3. 如請求項1所述的共模濾波器，其中該濾波頻率調整元件包括一第一電容與一第二電容，該第一電容與該第二電容相互耦接。
4. 如請求項1所述的共模濾波器，其中該濾波頻率調整元件包括一第一電容與一第一電感，該第一電容與該第一電感相互耦接。
5. 如請求項1所述的共模濾波器，其中該濾波頻率調整元件包括一第一電感與一第二電感，該第一電感與該第二電感相互耦接。
6. 如請求項1所述的共模濾波器，其中該濾波頻率調整元件包括： 多個被動元件，具有共同耦接的第一端，該些被動元件的第一端耦接至一第一參考電壓端；以及 一切換器，耦接至該些被動元件的多個第二端，依據一控制信號以選擇該些被動元件的該些第二端的其中之一以耦接至一第二參考電壓端。
7. 如請求項6所述的共模濾波器，其中各該被動元件為電容或電感。
8. 如請求項6所述的共模濾波器，更包括： 一控制器，耦接至該切換器，用以提供該控制信號。
9. 如請求項1所述的共模濾波器，其中該濾波頻率調整元件包括一可變電容以及一可變電感的至少其中之一，該可變電容的電容值以及該可變電感的電感值分別依據一第一控制電壓以及一第二控制電壓產生變化。
10. 如請求項1所述的共模濾波器，其中該濾波頻率調整元件可拆卸式的被設置在該電路板上。

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