專(zhuān)利名稱(chēng)：具有減小噪聲的高頻信號(hào)傳輸線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及具有減小噪聲的高頻信號(hào)傳輸線。具體地，本發(fā)明涉及降低的輻射噪聲和反射噪聲的信號(hào)傳輸線，通過(guò)將放置在信號(hào)線之間的接地保護(hù)柵線分隔為多個(gè)彼此分隔的接地線塊來(lái)屏蔽噪聲。
背景技術(shù)：
通常，電子系統(tǒng)芯片的高頻信號(hào)傳輸和高速交換由于電磁干擾而引起不期望的噪聲。特別地，必須具有高密度電路設(shè)計(jì)的用于高頻組件的印刷電路板(PCB)，需要預(yù)設(shè)導(dǎo)線長(zhǎng)度，而且具有設(shè)計(jì)為互相鄰近的傳輸高頻信號(hào)的導(dǎo)線和傳輸?shù)皖l信號(hào)的導(dǎo)線。因此，由于所述兩種導(dǎo)線生成的串?dāng)_噪聲，傳輸信號(hào)是困難的。
當(dāng)信號(hào)通過(guò)PCB的微波傳輸帶傳輸時(shí)生成的噪聲包括，例如，串?dāng)_噪聲，反射噪聲和輻射噪聲。
串?dāng)_噪聲由在組成信號(hào)線的兩個(gè)傳輸線之間的電容性耦合和電感性耦合而生成，且其大小取決于設(shè)計(jì)傳輸線的方法、絕緣體和阻抗匹配程度。
同樣，串?dāng)_噪聲分為近端串?dāng)_噪聲和遠(yuǎn)端串?dāng)_噪聲。
近端串?dāng)_噪聲當(dāng)將信號(hào)從高頻線的信號(hào)施加部分傳輸?shù)狡溥h(yuǎn)端時(shí)，引起在鄰近高頻線的線上的噪聲，并且當(dāng)信號(hào)從高頻線的遠(yuǎn)端返回其信號(hào)施加部分時(shí)出現(xiàn)。
遠(yuǎn)端串?dāng)_噪聲當(dāng)信號(hào)發(fā)送到線的遠(yuǎn)端時(shí)出現(xiàn)。雖然遠(yuǎn)端串?dāng)_噪聲具有比近端串?dāng)_噪聲小很多的信號(hào)寬度，它具有大的量級(jí)，由此因錯(cuò)誤交換操作。
進(jìn)一步，反射噪聲在高頻信號(hào)傳輸線和鄰近于傳輸線之間的特征阻抗或終止電阻的不匹配時(shí)生成。在傳輸線的遠(yuǎn)端生成的反射電阻影響近端串?dāng)_噪聲。因而，既減小反射噪聲也減小由反射噪聲引起的串?dāng)_噪聲是很重要的。
進(jìn)一步，當(dāng)沿著在信號(hào)傳輸線上形成的閉合回路傳輸信號(hào)時(shí)，由閉合環(huán)路生成輻射噪聲。
在減小串?dāng)_噪聲的傳統(tǒng)高密度導(dǎo)線設(shè)計(jì)中，使用了在高頻信號(hào)線和鄰近信號(hào)線的線之間放置接地保護(hù)柵線(GGFL)的方法，以及具有穿過(guò)GGFL形成的通孔的結(jié)構(gòu)。
圖1是顯示傳統(tǒng)高密度導(dǎo)線設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的透視圖，其由信號(hào)線11和在信號(hào)線11之間放置的GGFL 12組成以最小化噪聲。圖2是沿著圖1的A-A’線的剖面圖，顯示了GGFL 12、通孔13和接地電極14a和14b。
沿GGFL 12按規(guī)律間隔形成通孔13，且分別在GGFL 12的上和下表面形成的接地電極14a和14b通過(guò)通孔13互相連接。
如圖1所示，設(shè)計(jì)包括信號(hào)線11、在信號(hào)線11之間放置的GGFL12以及沿GGFL 12按規(guī)律間隔形成的通孔13的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得由GGFL 12屏蔽由信號(hào)線11輻射的發(fā)射能量。
然而，如圖1和2所示的所有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只考慮串?dāng)_噪聲，而不考慮反射噪聲。
因此，雖然傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有效減小串?dāng)_噪聲，它們?cè)诰哂懈邔?dǎo)線密度的襯底上幾乎沒(méi)有減小反射噪聲的效果。這樣，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是不便的，因?yàn)樗鼈儗?duì)反射噪聲和串?dāng)_的同時(shí)減小是極小的。
在如圖2所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)在GGFL 12的上和下表面安置的接地電極14a和14b生成返回信號(hào)。假設(shè)按如箭頭16所示，從左向右傳輸高頻信號(hào)，并且按如箭頭17所示，從右向左傳輸返回信號(hào)。
在這種情況下，沿著在GGFL 12的上和下表面安置的接地電極14a和14b形成如虛線箭頭18a和18b所示的閉合回路，并且連接上和下接地電極14a和14b的通孔，因此導(dǎo)致輻射噪聲。
至于反射噪聲，它出現(xiàn)的原因是由于在接地線和信號(hào)線之間的電容性耦合而引起的電容C，導(dǎo)致特征阻抗不匹配。為了減小反射噪聲，應(yīng)將接地線設(shè)計(jì)為按預(yù)設(shè)間隔與信號(hào)線分隔開(kāi)來(lái)。然而，由此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有展示出屏蔽串?dāng)_噪聲的接地線效果。即，當(dāng)導(dǎo)線密度增加時(shí)，通過(guò)屏蔽串?dāng)_噪聲的接地線，反射噪聲再次增加。
至于在GGFL 12上形成的傳輸信號(hào)返回線，如果由GGFL 12、接地電極14a和14b以及通孔13而形成閉合回路，它導(dǎo)致輻射噪聲。然而，在傳統(tǒng)GGFL結(jié)構(gòu)中，當(dāng)放置信號(hào)線以互相鄰近，來(lái)屏蔽串?dāng)_噪聲時(shí)，在GGFL 12上進(jìn)一步增強(qiáng)輻射噪聲，從而降低信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br>
隨著導(dǎo)線密度的增加，應(yīng)同時(shí)考慮反射噪聲、串?dāng)_噪聲和輻射噪聲。在所述三種噪聲中，如果僅向其中一種噪聲給予優(yōu)先權(quán)，不可避免的生成其他種類(lèi)噪聲。因此，設(shè)計(jì)適宜的導(dǎo)線模式是困難的。
在這點(diǎn)上，產(chǎn)生像在PCB上的微波傳輸帶線那樣在信號(hào)傳輸線之間放置GGFL以消除串?dāng)_噪聲的嘗試，并在“Effect of Ground GuardFence With Via And Ground Slot On Radiated Emission In Multi-LayerDigital Printed Circuit Board”，IEEE International Symposium OnElectromagnetic Compatibility，2001，pp.653-656中發(fā)表。雖然上述方法可減小串?dāng)_噪聲，反射噪聲和輻射噪聲依然存在或增加，因此惡化PCB的整體噪聲特性。使用上述方法解決PCB的噪聲問(wèn)題是不可能的。
發(fā)明內(nèi)容
因此，緊記出現(xiàn)在相關(guān)領(lǐng)域的上述問(wèn)題而產(chǎn)生本發(fā)明，并且本發(fā)明的目標(biāo)是通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)GGFL結(jié)構(gòu)，向PCB提供具有減小噪聲的高頻信號(hào)傳輸。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是向PCB提供高頻信號(hào)傳輸，其能夠最小化反射噪聲和輻射噪聲，以及串?dāng)_噪聲。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供考慮到在PCB上生成的不同種類(lèi)噪聲間的關(guān)系，能夠最小化整體噪聲特性的PCB。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明向PCB提供高頻信號(hào)傳輸，其包括在PCB中構(gòu)圖的多個(gè)傳輸線以傳輸高頻信號(hào)；放置在傳輸線之間并按預(yù)設(shè)間隔在信號(hào)傳輸方向上彼此間隔的多個(gè)接地線塊，以屏蔽噪聲，每個(gè)接地線塊包括通孔；以及通過(guò)通孔連接到接地線塊的接地電極。
本發(fā)明的上述以及其他目標(biāo)、特性和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明而更加清楚，其中圖1是顯示用于最小化在信號(hào)線上的噪聲的傳統(tǒng)高密度導(dǎo)線設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2是沿著圖1的A-A’線的剖面圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的用于高頻信號(hào)傳輸?shù)腜CB的結(jié)構(gòu)的透視圖；以及圖4是沿著圖3的B-B’線的剖面圖；具體實(shí)施方式
在下文中，將參照附圖，給出本發(fā)明的詳細(xì)描述。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的用于高頻信號(hào)傳輸?shù)腜CB的透視圖，以及圖4是沿著圖3的B-B’線的剖面圖，其中圖3顯示接地線塊32、通孔33和接地電極34a和34b。
如圖3所示，本發(fā)明用于高頻信號(hào)傳輸?shù)腜CB是多層PCB，其中一層包括多個(gè)信號(hào)傳輸線31以傳輸高頻信號(hào)，以及放置在信號(hào)傳輸線31之間的多個(gè)接地線塊32以屏蔽噪聲。接地線塊32每個(gè)都具有穿過(guò)其的通孔33。此外，接地線塊32可包括連接盤(pán)部分(land part)38來(lái)連接至通孔33。
在接地線塊32的上和下表面上，形成接地電極34a和34b。接地線塊32通過(guò)通孔33連接至接地電極34a和34b。接地電極34a和34b用來(lái)吸收噪聲以將所吸收的噪聲轉(zhuǎn)移至接地終端，由此消除噪聲。
在PCB的相同層上形成信號(hào)傳輸線31和接地線塊32，在緊鄰上述層的上和下層上形成接地電極34a和34b。
如圖3和4所示，以如下方式構(gòu)造用于高頻信號(hào)傳輸?shù)腜CB將如圖1和2所示的傳統(tǒng)高頻信號(hào)傳輸線分隔為按預(yù)設(shè)間隔(SSGFL)彼此分離的多個(gè)接地線塊32。
在本發(fā)明的PCB中，優(yōu)選地用下面基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的等式1來(lái)表示接地線塊32之間的間隔(SSGFL)等式1
SSGFL＝c/37·Fmax(mm)其中c為2.998×1011mm/sec，即為光速；Fmax當(dāng)所傳輸?shù)男盘?hào)為數(shù)字信號(hào)時(shí)，5倍于工作頻率，且當(dāng)所傳輸?shù)男盘?hào)為RF時(shí)，等于所傳輸?shù)男盘?hào)的工作頻率；以及37為絕緣層的相對(duì)介電常數(shù)。
優(yōu)選地用下面的等式2來(lái)表示信號(hào)傳輸線31和接地線塊32之間的距離LSGFL等式2LSGFL＝a×exp(-b*Fmax)其中用下面的等式3表示a和b等式3a=0.0125Fmax4-0.175Fmax3+0.8875Fmax2+2.025Fmax+3.7]]>b=0.0017Fmax4-0.0079Fmax3-0.0495Fmax2+0.856Fmax]]>當(dāng)接地線塊的連接盤(pán)部分38的寬度是Ld，以及通孔33的直徑是Vd時(shí)，優(yōu)選地將連接盤(pán)部分38的寬度Ld形成為比通孔33的直徑Vd大0.2mm，以最小化噪聲，其用下面的等式4表示等式4Ld＝Vd+0.2(mm)這樣，用下面的等式5來(lái)表示Ld的范圍等式5Ld≤LSGFL<SSGFL2]]>在圖4中，假設(shè)按如箭頭36所示，從左向右傳輸高頻信號(hào)，并且按如箭頭7所示，從右向左傳輸返回信號(hào)。
在這種情況下，沿著在接地線塊32的上和下表面安置的接地電極34a和34b和通孔33形成如虛線箭頭39b所示的閉合回路，指示返回信號(hào)的傳輸。然而，由于只在接地線塊32的上和下表面的接地電極34a和34b上形成返回線，且不在接地線塊32上形成，與傳統(tǒng)傳輸線不同，減小了在返回線上形成的閉合回路數(shù)目。結(jié)果，與如圖1和2所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，由在本發(fā)明的傳輸線上形成的閉合回路所引起的輻射噪聲幾乎為零。
進(jìn)一步，用作為PCB的層間絕緣層的預(yù)浸料坯(prepreg)35填充信號(hào)傳輸線31、接地線塊32以及接地電極34a和34b之間的間隔。由于用作為絕緣體的預(yù)浸料坯35填充作為導(dǎo)體的信號(hào)傳輸線31、接地線塊32以及接地電極34a和34b之間的間隔，PCB具有與在直線上排列多個(gè)電容相同的效果。
同樣地，用下面的等式6表示在信號(hào)傳輸線31和接地線塊32之間形成的電容C等式6C=ϵ·Ad]]>其中ε是絕緣層35的介電常數(shù)，A是接地電極34a和34b的面積，對(duì)應(yīng)于接地線塊32之間的間隔，以及d是接地電極34a和34b之間的距離。
同樣，本發(fā)明的接地電極34a和34b之間的距離d為如圖1和2所示的傳統(tǒng)傳輸線的接地電極14a和14b與GGFL12之間的距離的兩倍。因此，在本發(fā)明中，由接地線塊32和絕緣體35導(dǎo)致的電容C為用下面的等式7表示傳輸線的特征阻抗Z0等式7Z0=R+jωLG+jωC]]>其中R是傳輸線的每單位長(zhǎng)度的電阻，L是傳輸線的每單位長(zhǎng)度的電感，G是傳輸線的每單位長(zhǎng)度的電導(dǎo)，以及C是傳輸線的每單位長(zhǎng)度的電容。
通常，最廣泛地使用終端電阻為50Ω的傳輸線。如圖1和2所示的傳統(tǒng)傳輸線的終端電阻不到50Ω，因此由于阻抗不匹配而生成反射噪聲。然而，本發(fā)明用于信號(hào)傳輸?shù)腜CB的電容C減小，借此增大特征阻抗至接近50Ω的程度。因此，在本發(fā)明中徹底地減小了由阻抗不匹配而導(dǎo)致的反射噪聲。
下面的表1顯示由仿真而測(cè)量的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、如圖1和2所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及沒(méi)有GGFL的傳輸線的噪聲生成和減小率。如表1所示，與傳統(tǒng)GGFL結(jié)構(gòu)相比，在本發(fā)明中，確定進(jìn)一步減小了反射噪聲和輻射噪聲，同時(shí)串?dāng)_噪聲幾乎沒(méi)有變化。
表1
如上所述，本發(fā)明提供具有減小噪聲的高頻信號(hào)傳輸線。在本發(fā)明的高頻信號(hào)傳輸線中，將GGFL分隔為按預(yù)設(shè)間隔彼此隔開(kāi)的多個(gè)接地線塊，因此，在GGFL和信號(hào)傳輸線之間的電容減小。從而，可最小化反射噪聲，同時(shí)減小串?dāng)_噪聲。
在本發(fā)明的高頻傳輸線中，將GGFL分隔為按預(yù)設(shè)間隔彼此隔開(kāi)的多個(gè)接地線塊，因此，在GGFL上形成的閉合回路的數(shù)目減小。從而，可最小化輻射噪聲，同時(shí)減小串?dāng)_噪聲。
盡管為示例的目的公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解可有多種形變、增加和替換，而不偏離本發(fā)明如在權(quán)利要求書(shū)中所公開(kāi)的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.用于高頻信號(hào)傳輸?shù)挠∷㈦娐钒?，包括在印刷電路板上?gòu)圖的多個(gè)傳輸線，以傳輸高頻信號(hào)；放置在所述傳輸線之間，按預(yù)設(shè)間隔在信號(hào)傳輸方向上彼此間隔的多個(gè)接地線塊，以降低噪聲，每個(gè)所述接地線塊包括通孔；以及通過(guò)所述通孔連接到所述接地線塊的接地電極。
2.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述接地電極形成在與所述多個(gè)傳輸線和所述多個(gè)接地線塊不同的層上。
3.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中在所述接地電極、所述傳輸線和所述接地線塊之間放置絕緣層。
4.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中按由下面的等式1表示的預(yù)設(shè)間隔(SSGFL)彼此分離所述接地線塊等式1SSGFL＝c/37·Fmax其中c為2.998×1011mm/sec，即為光速；Fmax為所傳輸?shù)男盘?hào)的工作頻率；以及37為絕緣層的相對(duì)介電常數(shù)。
全文摘要
在此公開(kāi)的是具有減小噪聲的高頻信號(hào)傳輸線。具體地，本發(fā)明的信號(hào)傳輸線具有減小的輻射噪聲和反射噪聲，由于將在信號(hào)線之間放置的傳統(tǒng)接地保護(hù)柵線(ground guard fence line)分隔為多個(gè)彼此分隔的接地線塊來(lái)屏蔽噪聲。
文檔編號(hào)G12B17/02GK1798473SQ200510113590
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者金永雨, 柳昌明, 金漢 , 蔡友林 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社