共模噪声滤波器的制作方法

本发明有关于一种滤波器，尤指一种用以抑制共模噪声的滤波器。

背景技术：

随着科技的快速发展，数字电路的操作速度及频率频率越来越高，使得差动传输线被广泛地应用在高速数字信号传输上。差动传输线具有低电磁辐射及低串音效应的特性，其在数字信号传输上起重要的作用。然而，事实上，非理想的电路结构(如非对称性电路布线、信号走线转弯、开槽孔)是不可避免的。这些非理想的电路结构会将差模信号转换成不利的共模噪声，这可能会引起意外的辐射，并导致电磁干扰(emi)或射频干扰(rfi)的问题。那些多余辐射的最常见解决方案之一是使用铁磁性材料，例如共模扼流圈(cmc)。但是，铁磁性材料的导磁系数在高频时衰减非常迅速，这意味着cmc在ghz频率时其效果将会下降。因此，相继提出了具有缺陷式接地结构或立体蕈状结构的共模反射电路。缺陷式接地结构或立体蕈状结构在两个差分信号路径的对称平面中建构了一个谐振腔，以抑制共模噪声。通过精心的设计，这些结构可以在ghz甚至更高的频率下实现良好的共模噪声抑制。

前述共模反射电路可以将共模噪声反射回噪声源，以便隔离噪声源及和电磁噪声辐射体。当噪声辐射体未被激发时，非必要的辐射将可以大大地减少。但，在实际环境中，噪声辐射体可能位在整个电子装置的周围(包括但不限于pcb布线、连接器及金属散热器)。因此，很难防止所有被共模反射电路反射的共模噪声再次经由噪声辐射体辐射。一旦反射的共模噪声耦合到噪声辐射体，emi和rfi可能会恶化。也就是说，在某些情况下，共模扼流圈或共模反射电路的存在可能会对emi和rfi解决方案产生反效果。

有鉴于此，本发明提供了一种创新的共模噪声滤波器，其滤波器能够通过吸收而不是反射的方式来抑制宽带的共模噪声。电磁噪声将通过本发明所提出的滤波器转化为热量，以防止电磁噪声的反射而产生反的效果。

us2012/0075036公开了一种共模滤波器。如这公开发明的图2所示，为加宽抑制频带并吸收部分共模噪声，共模滤波器亦可在其电路中设置多个电阻器，以便减小谐振器的品质因子。这公开发明的明显缺点之一是，如果需要高吸收率，共模滤波器的谐振电路需要多级，因为每一级谐振电路只能提供部分共模噪声的吸收，而代价是尺寸、电路复杂性及差分信号的质量。

再者，在实际应用中，共模滤波器应实现宽频带抑制，以解决复杂的rfi和emi问题。在本发明中，实现宽频带/多频带吸收及高吸收率是两个主要目标。按照惯例，端口1的吸收率(ar)定义为：ar＝(1-|scc11|²-|scc21|²-|sdc11|²-|sdc21|²–radiatedpowerratio)×100％。其中，|scc11|为共模反射系数，|scc21|为共模穿透系数，|sdc11|及|sdc21|为模态转换系数。

技术实现要素：

本发明的一目的，在于提出一种共模噪声滤波器，其中共模噪声滤波器包括有一第一传输构造、一第二传输构造及一第一共模噪声抑制电路，第一传输构造的一第一信号输入端及一第一信号输出端之间串联至少一第一传输单元，第二传输构造的一第二信号输入端及一第二信号输出端之间串联至少一第二传输单元，两第一电容串联在第一信号输入端及第二信号输入端间且共连接一第一节点，第一共模噪声抑制电路连接在第一节点与一参考电位间且包括一损耗性组件及一电容组件，损耗性组件及电容组件以串联或并联方式在第一节点与参考电位间；于此，在第一共模噪声抑制电路之中设置电容组件，共模噪声滤波器将可以在多个频带产生共振，进而利用损耗性组件抑制及吸收宽广频带的共模噪声。

本发明又一目的，在于提出一种共模噪声滤波器，其中共模噪声滤波器更包括一第二共模噪声抑制电路，两第二电容串联在第一信号输出端及第二信号输出端间且共连接一第二节点，第二共模噪声抑制电路连接在第二节点与参考电位间且包括一电感组件，第二共模噪声抑制电路将利用电感组件反射共模噪声，以避免共模噪声经由传输构造的输出端传送至共模噪声滤波器后端连接的一噪声辐射体，并且进一步避免干扰电子设备或其周围环境。第二共模噪声抑制电路增强了整体滤波器的抑制能力，并可迫使第一次通过第一共模噪声抑制电路时未被吸收的共模噪声反射回第一共模噪声抑制电路，以再次增强整个共模噪声滤波器的吸收能力。更具体地说，若第二共模噪声抑制电路的共模输入导纳及负载为y2,common，第一共模噪声抑制电路的共模输入导纳为y1,common，共模端口导纳为yport,common，为实现高吸收率，其彼此间的关系为y^*port,common≈y1,common+y2,common。

为达成上述目的，本发明提供一种共模噪声滤波器，包括：一第一传输构造，包括一第一信号输入端及一第一信号输出端，在第一信号输入端及第一信号输出端之间串联至少一第一传输单元；一第二传输构造，包括一第二信号输入端及一第二信号输出端，在第二信号输入端及第二信号输出端之间串联有至少一第二传输单元，其中第一传输构造与第二传输构造组成为一对差动传输构造，对差动传输构造用以传输一差动信号；两第一电容，串联在第一信号输入端及第二信号输入端间或第一传输单元的一端与第二传输单元的一端间，其中两第一电容共连接至一第一节点；及一第一共模噪声抑制电路，连接在第一节点与一参考电位间，包括一第二电容及一第一损耗性组件，第二电容串联或并联第一损耗性组件，第一共模噪声抑制电路利用第一损耗性组件吸收一共模噪声。

本发明一实施例中，第一传输单元为一第一电感，第二传输单元为一第二电感，第一传输单元及第二传输单元之间产生一互感。

本发明一实施例中，第一传输单元并联一第三电容，而第二传输单元并联一第四电容。

本发明一实施例中，共模噪声滤波器更包括有一第五电容及一第六电容，第一传输单元的两端分别连接第五电容的一端与第六电容的一端，第二传输单元的两端分别连接第六电容的另一端与第五电容的另一端。

本发明一实施例中，第一共模噪声抑制电路更包括一第三电感，第三电感的一端连接第一节点而另一端通过并联的第一损耗性组件及第二电容连接至参考电位。

本发明一实施例中，第一共模噪声抑制电路更包括一第三电感，第一损耗性组件的一端通过并联的第二电容及第三电感连接第一节点而另一端连接至参考电位。

本发明一实施例中，第一共模噪声抑制电路更包括一第三电感，第三电感串联第一损耗性组件，第二电容设置在第一节点及参考电位间且与串联的第一损耗性组件及第三电感并联。

本发明一实施例中，第一共模噪声抑制电路更包括一第三电感，第二电容串联第一损耗性组件，第三电感设置在第一节点及参考电位间且与串联的第一损耗性组件及第二电容并联。

本发明一实施例中，共模噪声滤波器更包括有两第七电容及一第二共模噪声抑制电路，两第七电容串联在第一信号输出端及第二信号输出端间或第一传输单元的另一端与第二传输单元的另一端间，两第七电容共连接至一第二节点，第二共模噪声抑制电路连接在第二节点与参考电位间且包括一第四电感，第一共模噪声抑制电路利用第四电感反射共模噪声。

本发明一实施例中，第二共模噪声抑制电路更包括一第八电容，第八电容串联或并联第四电感。

本发明一实施例中，第二共模噪声抑制电路更包括一第二损耗性组件，第二损耗性组件以并联或串联方式连接第四电感及第八电容。

本发明一实施例中，第一节点与并联的第二电容及第三电感间设置有一第五电感。

本发明一实施例中，第一传输单元或第二传输单元为强耦合传输线，高阻抗传输线或电感。

附图说明

图1：本发明共模噪声滤波器一实施例的电路图。

图2：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图3：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图4：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图5：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图6：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图7：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图8：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图9：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图10：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图11：本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。

图12：本发明共模噪声滤波器的差模信号穿透系数的响应图。

图13：图6共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图。

图14：图7共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图。

图15：图9共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图。

图16：图11共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图。

附图标记说明：100-共模噪声滤波器；101-共模噪声滤波器；102-共模噪声滤波器；103-共模噪声滤波器；104-共模噪声滤波器；105-共模噪声滤波器；106-共模噪声滤波器；107-共模噪声滤波器；108-共模噪声滤波器；109-共模噪声滤波器；11-第一传输构造；111-第一传输单元；1110-互感；112-第三电容；12-第二传输构造；121-第二传输单元；122-第四电容；130-第一节点；131-第一电容；132-第五电容；133-第六电容；140-第二节点；141-第七电容；15-第一共模噪声抑制电路；151-第一损耗性组件；152-第二电容；153-第三电感；154-第五电感；17-第二共模噪声抑制电路；171-第四电感；172-第八电容；200-曲线；201-曲线；202-曲线；203-曲线；204-曲线。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明共模噪声滤波器一实施例的电路图。如图1所示，本发明共模噪声滤波器100包括一第一传输构造11及一第二传输构造12。第一传输构造11与第一传输构造12组成为一对差动传输架构，其用以传输一差动信号。

第一传输构造11包括一第一信号输入端(in+)及一第一信号输出端(out+)。在第一信号输入端(in+)及第一信号输出端(out+)之间串联至少一第一传输单元111。第二传输构造12包括一第二信号输入端(in-)及一第二信号输出端(out-)。在第二信号输入端(in-)及第二信号输出端(out-)之间串联有至少一第二传输单元121。在本发明中，第一传输单元111和第二传输单元121可以分别是强耦合传输线，高阻抗传输线或电感。

两第一电容131串联在第一信号输入端(in+)与第二信号输入端(in-)之间或串联在第一传输单元111的左侧端与第二传输单元121的左侧端间，并且两第一电容131共连接至一第一节点130。本发明一较佳实施例中，第一节点130的上下两侧的第一电容131其电容值亦可为相等。第一传输构造11通过两第一电容131与第二传输构造12连接，以在第一传输单元111与第一电容131以及第二传输单元121与第一电容131分别形成一低通滤波器。

此外，共模噪声滤波器100更包括一第一共模噪声抑制电路15。第一共模噪声抑制电路15连接在第一节点130与一参考电位间。本发明参考电位为一rf接地(rfground)或一直流参考电位。第一共模噪声抑制电路15包括一第一损耗性组件151及一第二电容152。第一损耗性组件151与第二电容152以并联形式或串联形式连接在第一节点130与参考电位间。在本发明中，第一损耗性组件151的阻抗的实部不等于零，且第一损耗性组件151亦可为一阻抗组件或一可消耗电磁波能量的组件。

第一共模噪声抑制电路15与其连接的第一电容131组合形成一第一共振电路。当第一共振电路发生共振时，差动传输构造11、12上所传输的共模噪声将被导引至第一共模噪声抑制电路15，通过第一共模噪声抑制电路15的第一损耗性组件151吸收共模噪声。在此，在第一共模噪声抑制电路15之中设置电容组件(如第二电容152)，共模噪声滤波器100将可以在多个频带产生共振，以便有效抑制较宽广频带的共模噪声。

本发明又一实施例中，如图2所示，第一传输单元111为一第一电感，而第二传输单元121为一第二电感。第一传输构造11的第一传输单元111与第二传输构造12的第二传输单元121之间亦可产生电磁感应而形成一互感1110，以便增加第一传输单元111及第二传输单元121的电感量，进而加大第一传输单元111及第二传输单元121对于共模噪声的感抗，达到衰减共模噪声的目的。

请参阅图3，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图3所示，相较于上述实施例共模噪声滤波器100，本实施例共模噪声滤波器101的第一传输构造11的各第一传输单元111分别并联有一第三电容112，而第二传输构造12的各第二传输单元121分别并联有一第四电容122。

请参阅图4，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图4所示，相较于上述实施例共模噪声滤波器100，本实施例共模噪声滤波器102更包括有一第五电容132及一第六电容133。第一传输单元111的左右端分别连接第五电容132的一端与第六电容133的一端，而第二传输单元121的左右端分别连接第六电容133的另一端与第五电容132的另一端。于此，第五电容132及第六电容133系以交错的形式设置在第一传输构造11及第二传输构造12之间。

请参阅图5，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图5所示，相较于上述实施例共模噪声滤波器100，本实施例共模噪声滤波器103的第一共模噪声抑制电路15更包括有至少一第三电感153。第三电感153的一端连接第一节点130，而另一端通过并联的第一损耗性组件151及第二电容152连接至参考电位。

请参阅图6，为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图6所示，本实施例共模噪声滤波器104的第一共模噪声抑制电路15包括一第一损耗性组件151、一第二电容152及一第三电感153。第二电容152并联第三电感153，第一损耗性组件151的一端通过并联的第二电容152及第三电感153连接第一节点130而另一端连接至参考电位。再者，本实施例共模噪声滤波器104更包括有两第七电容141及一第二共模噪声抑制电路17。两第七电容141串联在第一信号输出端(out+)与第二信号输出端(out-)之间或串联在第一传输单元111的右侧端与第二传输单元121的右侧端间，并且两第七电容141共连接至一第二节点140。本发明一较佳实施例中，第二节点140的上下两侧的第七电容141其电容值亦可为相等。

第二共模噪声抑制电路17连接在第二节点140与连接至参考电位间。第二模噪声抑制电路17包括一第四电感171。第四电感171连接在第二节点140与参考电位间。第二共模噪声抑制电路17的第四电感171与其连接的第七电容141组合形成一第二共振电路。当第二共振电路发生共振时，被差动传输构造11、12所传输的共模噪声将被导引至第二共模噪声抑制电路17而被第二共模噪声抑制电路17所反射，以避免共模噪声经由差动传输构造11、12的第一信号输出端(out+)及第二信号输出端(out-)传送至共模噪声滤波器104后端连接的一噪声辐射体。

本发明一实施例中，第一传输构造11的第一信号输入端(in+)及第一信号输出端(out+)之间串联多个第一传输单元111，而第二传输构造12的第二信号输入端(in-)及第二信号输出端(out-)之间串联多个第二传输单元121。各第一传输单元111的两侧与各第二传输单元121的两侧分别通过第一电容131或第七电容141串接第一共模噪声抑制电路15及/或第二共模噪声抑制电路17。于此，共模噪声滤波器104将以多阶形式的共模噪声抑制电路15、17来抑制共模噪声。

另，进一步，在图7实施例的共模噪声滤波器105中，第一共模噪声抑制电路15更包括一第五电感154。第五电感154以串联形式连接在第一节点130与并联的第二电容152及第三电感153间。

请参阅图8为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图8所示，在本实施例共模噪声滤波器106的第一共模噪声抑制电路15中，第一损耗性组件151串联第三电感153，而第二电容152与串联的第一损耗性组件151及第三电感153并联在第一节点130与参考电位间。

请参阅图9为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图9所示，在本实施例共模噪声滤波器107的第一共模噪声抑制电路15中，第二电容152串联第一损耗性组件151，第三电感153设置在第一节点130及参考电位间且与串联的第一损耗性组件151及第二电容152并联。

请参阅图10为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。相较于图6实施例的共模噪声滤波器104，本实施例的共模噪声滤波器108的第二共模噪声抑制电路17更包括有一第八电容172。第八电容172以并联方式或串联方式连接第四电感171。如此，第二共模噪声抑制电路17通过第八电容172的增设，以便共模噪声滤波器108能够在多个频带产生共振而有效抑制较宽广频带的共模噪声。当然，实际电路设计时，也能够在第二共模噪声抑制电路17之中配置有一另一损耗性组件，而使得第二共模噪声抑制电路17具备有吸收共模噪声的功效。再者，另一损耗性组件以并联或串联方式与第四电感171及第八电容172连接一起。

再者，第一共模噪声抑制电路15仅通过传输结构的第一传输单元111及第二传输单元121以及参考电位与第二共模噪声抑制电路17连接。例如：第一共模噪声抑制电路15与第二共模噪声抑制电路17分别通过第一电容131及第七电容141与传输构造11、12的第一传输单元111及第二传输单元121连接。

请参阅图11为本发明共模噪声滤波器又一实施例的电路图。如图11所示，在本实施例共模噪声滤波器109中，第一共模噪声抑制电路15仅包含有第一损耗性组件151及第三电感153，未包含有第二电容152。第一损耗性组件151与第三电感153串联在第一节点130及参考电位间。

请参阅图12，为本发明共模噪声滤波器的差模信号穿透系数的响应图。如图12所示，本发明共模噪声滤波器100实际应用时，对于差模信号进行穿透系数量测将得到一差模插入损耗|sdd21|曲线200。由差模插入损耗|sdd21|曲线200得知，差模信号的插入损耗|sdd21|始终接近于0db，差模信号的传输未显著产生信号衰减的情况。

请参阅图13、图14、图15及图16，分别为图6共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图、图7共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图、图9共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图及图11共模噪声滤波器吸收共模噪声的响应图。相较于图6实施例的共模噪声滤波器104的第一共模噪声抑制电路15、图7实施例的共模噪声滤波器105的第一共模噪声抑制电路15以及图9实施例的共模噪声滤波器107的第一共模噪声抑制电路15，图11共模噪声滤波器109的第一共模噪声抑制电路15仅有第一损耗性组件151及第三电感153，并未设置有第二电容152。

曲线201为一图6共模噪声滤波器104的共模噪声吸收率曲线，曲线202为一图7共模噪声滤波器105的共模噪声吸收率的曲线，曲线203为一图9共模噪声滤波器107的共模噪声吸收率的曲线，而曲线204为一图11共模噪声滤波器109的共模噪声吸收率的曲线。曲线201、202、203与曲线204进行比较，图6共模噪声滤波器104在0.7ghz～1.1ghz以及2.4ghz～5ghz的频带对于共模噪声都会有50％以上的吸收率，图7共模噪声滤波器105在0.6ghz～0.9ghz以及1.8ghz～3.2ghz的频带对于共模噪声都会有50％以上的吸收率，图9共模噪声滤波器107在1.5ghz频带以上对于共模噪声会有50％以上的吸收率，而图11共模噪声滤波器109仅在0.6ghz～1.2ghz的频带对于共模噪声会有50％以上的吸收率。由此可见，在第一共模噪声抑制电路15中增设一电容组件，共模噪声滤波器104、105、107将可以在多个频带产生共振，以便有效抑制较宽广频带的共模噪声。

以上所述仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求内。