錢志宇，施永榮

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所，南京 210000）

0 引言

差分信號(hào)由于具有抗噪聲、低串?dāng)_和低電磁輻射[1-2]等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于傳輸高速數(shù)字信號(hào)。例如：許多高速接口（HDMI、USB3.0、SATA-III、PCI-E）均采用差分布線來傳輸 Gbps的高速數(shù)字信號(hào)。然而，在實(shí)際電路中，由于差分信號(hào)的抖動(dòng)及差分信號(hào)路徑布線不對(duì)稱等原因會(huì)不可避免地引入共模噪聲。尤其是，共模噪聲伴隨差分信號(hào)傳輸?shù)骄€纜上時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的電磁干擾，繼而影響周圍電路的正常工作。因此，需要在保證差分信號(hào)高質(zhì)量傳輸?shù)幕A(chǔ)上，有效抑制共模噪聲。

目前國內(nèi)外報(bào)導(dǎo)的 GHz的共模噪聲抑制電路主要圍繞缺陷地結(jié)構(gòu)[3-4]、蘑菇型多層電路結(jié)構(gòu)[5-7]、傳輸線理論[8-9]展開設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[8-9]中基于四分之一波長(zhǎng)諧振器設(shè)計(jì)的共模噪聲濾波器單元共模阻帶相對(duì)帶寬較窄，難以滿足共模噪聲寬帶抑制的性能需求。針對(duì)于此，本文通過耦合貼片在兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)階梯阻抗諧振器之間引入寬邊耦合，設(shè)計(jì)出適用于GHz的寬阻帶共模噪聲抑制電路。為深入理解該多層電路結(jié)構(gòu)的物理機(jī)理，本文利用傳輸線模型建立起奇、偶模等效電路，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了該電路結(jié)構(gòu)的性能，文中建立等效電路的方法同樣適用于其

圖8 S參數(shù)仿真與測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

圖9 差模信號(hào)群時(shí)延

根據(jù)上述分析設(shè)計(jì)的共模噪聲抑制電路整體尺寸為16mm×4.4mm，相對(duì)于共模阻帶中心頻率的電尺寸為 0.36λg×0.087λg，具有小型化的特征。圖7為該共模噪聲抑制電路的測(cè)試實(shí)物圖。如圖 8，該共模噪聲抑制電路的仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果符合地很好，在dc-6 GHz頻段內(nèi)差模插損（|Sdd21|）小于3 dB，表明該共模噪聲抑制電路在頻域內(nèi)可以保證差模信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)完整性，差模插損實(shí)測(cè)較仿真略大主要原因是導(dǎo)體損耗及介質(zhì)損耗。同時(shí)，該電路在1.9～4.5GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)共模噪聲-10dB的抑制，共模阻帶相對(duì)帶寬達(dá)81%，實(shí)測(cè)結(jié)果中兩個(gè)共模傳輸零點(diǎn)分別位于 2.05GHz和 4.2GHz，較仿真略有偏移，但在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，其主要原因是加工存在一定的誤差。如圖 9，為差模信號(hào)通過該共模噪聲抑制電路的群時(shí)延，可以看出在dc-6GHz頻段內(nèi)差模信號(hào)的群時(shí)延約為 120ps，群時(shí)延抖動(dòng)較小，表明該電路可以在時(shí)域內(nèi)保證差模信號(hào)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

4 結(jié)論

本文基于傳輸線理論，設(shè)計(jì)了一種新型 GHz寬阻帶共模噪聲抑制電路。利用傳輸線模型建立該結(jié)構(gòu)的奇、偶模等效電路，等效電路模型的S參數(shù)與全波仿真結(jié)果符合地很好，驗(yàn)證了等效電路模型的正確性。此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與全波仿真相符合：該電路在 1.9～4.5GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)共模噪聲-10dB的抑制，共模阻帶相對(duì)帶寬達(dá)81%；同時(shí)，在dc-6GHz頻段內(nèi)差模插入損耗小于3dB，且時(shí)域內(nèi)差模信號(hào)群時(shí)延抖動(dòng)較小，表明該電路可以很好地保證差模信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)完整性。該共模噪聲抑制電路具有小型化、共模阻帶寬、差模信號(hào)插損小的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性較強(qiáng)。

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