專利名稱：超高頻陷波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁干擾(EMI)的抑制。
背景技術(shù)：
使用高帶寬的傳輸線來實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)(LAN)正變得日益普遍。其中一個例子是千兆比特(Gigabit)以太局域網(wǎng)。受這種傳輸線影響的高頻傳輸使得抑制它們發(fā)出的輻射成為一個重大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槭聦?shí)上，發(fā)出的輻射以及因此引起的對其它信號線的串?dāng)_隨著傳輸頻率的增加而增加。
陷波濾波器被設(shè)計(jì)成當(dāng)通過所有其它頻率時抑制一個頻帶。盡管使用陷波濾波器濾掉電磁干擾是眾所周知(例如參見美國專利6,539,253)的，然而開發(fā)陷波濾波器來抑制電磁干擾的一個技術(shù)挑戰(zhàn)是如何有效地處理寄生電感和電容，它們能夠?qū)V波器的期望性能造成有害影響。在超高傳輸頻率上，即使很小的寄生效應(yīng)都能引起重大問題，因此必須在陷波濾波器的設(shè)計(jì)中加以考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中這樣和那樣的問題和缺點(diǎn)。依照本發(fā)明的一個方面，一種設(shè)備包括電容器和導(dǎo)線(conductor)，所述電容器具有主體(body)和附連到該主體的一對端子。導(dǎo)線被限定在主體上，并連接端子。導(dǎo)線具有電感，該電感和電容器的電容一起限定并聯(lián)LC電路。該電路通過改變跡線(trace)的寬度來調(diào)諧。該設(shè)備在圖解示例中適合作為陷波濾波器使用。依照本發(fā)明的另一方面，具有陷波中心頻率的陷波濾波器包括電容器，該電容器具有主體和附連到該主體的一對端子，并且具有等于或大于陷波中心頻率的共振頻率，此外還包括導(dǎo)電跡線，它具有電感，并沿著主體延伸，與端子連接。如這里所圖解說明的，當(dāng)沿著接近接地面的信號線安裝在印刷電路板上時，陷波濾波器和接地面形成虛擬導(dǎo)電回路，它的電感和電容的乘積是陷波中心頻率。依照本發(fā)明的另一方面，印刷電路板包括信號導(dǎo)線，該信號導(dǎo)線包括由印刷電路板限定的一對離散導(dǎo)線分段；由印刷電路板限定的接地面；具有主體和該主體上的一對端子的電容器，這對端子將電容器連接在分段之間；以及限定在主體上并且連接這對端子的導(dǎo)線。導(dǎo)線具有電感，并且與電容器一起形成信號導(dǎo)線的陷波濾波器，使得陷波濾波器和接地面形成的虛擬導(dǎo)電回路的電感和電容的乘積等于陷波濾波器的陷波的中心頻率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于陷波濾波器在超高頻上高效，易于構(gòu)建，易于調(diào)諧，將用于其構(gòu)建中的零件數(shù)量減至最少，結(jié)構(gòu)緊湊，使得在印刷電路板上只占很少空間，并且與表面貼裝電路裝配技術(shù)兼容。


本發(fā)明的這些特點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的圖解實(shí)施例的描述將變得更加明顯，其中圖1是安裝在印刷電路板上的陷波濾波器的透視圖，包含了本發(fā)明的圖解實(shí)施例；圖2是電容器的負(fù)荷線的圖表，其在圖解示例中用于實(shí)現(xiàn)1千兆赫的陷波濾波器；圖3是電容器的負(fù)荷線的圖表，其在圖解示例中用于實(shí)現(xiàn)4.8千兆赫的陷波濾波器；而圖4是電容器的負(fù)荷線的圖表，其在圖解示例中用于實(shí)現(xiàn)6.25千兆赫的陷波濾波器。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示的是安裝在印刷電路板(PCB)120上的陷波濾波器100的圖解實(shí)施例。陷波濾波器100橫越印刷電路導(dǎo)線124的兩個分段124a和124b，印刷電路導(dǎo)線124傳送因?yàn)殡姶鸥蓴_而將被濾波的信號。導(dǎo)線124的每個分段終結(jié)在焊墊126上，其中陷波濾波器100例如通過部件表面貼裝工藝電連接到焊墊126。
陷波濾波器100包含電容器102，優(yōu)選為表面貼裝電容器；和導(dǎo)電跡線106(例如，電鍍或印刷在電容器102的主體103上面)，它的寬度w和長度l由電容器102的主體103限定，并且沿電容器102的主體103的長度方向延伸。電容器102與焊墊126通過導(dǎo)電端子104電連接。導(dǎo)電端子104延伸自電容器102的主體103的相對端。跡線106與端子104電連接，充當(dāng)端子之間的電感器。電容器102和跡線106一起在導(dǎo)線124的分段之間形成并聯(lián)電感電容(LC)電路。印刷電路板120具有接地面122作為它的一個層，接地面122充當(dāng)導(dǎo)線124傳導(dǎo)的信號的返回路徑。接地面122，電容器102，以及跡線106一起在它們所形成結(jié)構(gòu)的共振頻率上形成虛擬導(dǎo)電回路130。回路130的高度h1是跡線106和接地面122之間的距離。h1包含電容器103的高度hc和接地面122埋入印刷電路板120的深度hg。印刷電路板120的標(biāo)準(zhǔn)厚度是62密耳(mil)；因此，hg通常在1密耳和61密耳之間?；芈?30的電容(C)和電感(L)的乘積限定濾波器100所實(shí)現(xiàn)的陷波的中心頻率fn，該陷波將被從導(dǎo)線124上的信號中過濾掉。
眾所周知，電容器具有單獨(dú)的共振頻率fc，低于這個頻率，電容器表現(xiàn)為電容性的，高于這個頻率，電容器表現(xiàn)為電感性的。通常，一個電容器的電容越小，它的物理封裝就越小，它的共振頻率fc就越高。為便于設(shè)計(jì)，電容器102的fc等于或超過fn最為合適。fc在這個范圍時，回路130的電容C實(shí)際上就是電容器102的電容。因此，回路130所需的電感L＝1/(4π2fn2C)。電感L由回路130提供。電感L與回路的高度h1關(guān)系如下L=5(10-3)ln(4h1d)l,]]>這里L(fēng)用μH計(jì)量，h1用密耳計(jì)量，l是跡線106的長度，用英寸計(jì)量，d是等圓橫截面的直徑，用密耳計(jì)量，等圓橫截面的圓周πd等于跡線106的寬度w和厚度t的和的二倍。假定跡線106的厚度t是標(biāo)準(zhǔn)的和不變的，大約1密耳(.～7到～1.4密耳)銅、鋁或其它導(dǎo)體；也就是說，印刷電路跡線的標(biāo)準(zhǔn)厚度。給定常規(guī)可表面貼裝電容器的尺寸，則可通過改變跡線106的寬度w而合理得到的L的值在大約.2nH和大約1.5nH之間。
在這個圖解例子中，假定導(dǎo)線124受到千兆比特以太網(wǎng)的電磁干擾或串?dāng)_，也就是說，fn＝1千兆赫。給定fn和L的可合理達(dá)到的值，選擇可得到的合適電容器102。在這個例子中，說明性的商用電容器是27pF的可表面貼裝的0603型電容器(60密耳長，30密耳寬和高)。電容器102的選擇決定了回路130的高度h1(hg由印刷電路板120固定)和跡線106的長度l。回路130的電感L因此必須被調(diào)整，以通過改變跡線106的寬度w產(chǎn)生所需的fn值。
跡線106的適當(dāng)寬度w由以下公式確定。
L(hg,w,t,l)=5.0(10-6)·l·ln{2(h1+hg)π(w+t)},]]>這里L(fēng)＝回路130的電感(以用μH為單位)hg＝從電容器102底面到返回參考面122的垂直距離(以密耳為單位)h1＝電容器的高度(以密耳為單位)w＝跡線106的寬度(以密耳為單位))t＝跡線106的厚(高)度(以密耳為單位))l＝跡線106的長度(以密耳為單位))fn(hg,w,t,l,C)=12πL(hg,y,t,l)·C,]]>這里fn＝陷波濾波器的中心頻率，并且C＝回路130的電容(以法拉為單位)針對固定t值，l值和C值確定w和hg的過程如下(1)針對1≤hg≤hpcb(印刷電路板的總厚度，以密耳為單位)和h1/5≤w≤h1(以密耳為單位)繪出fn(hg，w，t，l，C)的曲線以作為表面目標(biāo)曲線圖(surface plot)，其中以hg作為X軸，以w作為y軸。垂直z軸則是針對給定的(hg，w)對的共振頻率。
(2)在通過步驟(1)生成的、代表期望共振頻率fn的表面目標(biāo)曲線圖上疊加一個參考表面目標(biāo)曲線圖。這個表面目標(biāo)曲線圖有必要是平坦的表面，并且應(yīng)當(dāng)覆蓋步驟(1)中所述的全部(hg，w)值域。
(3)通過(1)產(chǎn)生的表面目標(biāo)曲線圖和通過(2)產(chǎn)生的平坦表面目標(biāo)曲線圖的相交部分代表了將產(chǎn)生期望共振頻率的(hg，w)對的全部范圍。相交等高線將是一條線，稱為負(fù)荷線(load line)。通過構(gòu)成長度為l(以密耳為單位)和寬度為w(以密耳為單位)的電鍍銅跡線106實(shí)現(xiàn)該解決方案。
(4)如果從步驟(3)中沒有得到相交部分，則改變電容值C，直至由兩個表面目標(biāo)曲線圖產(chǎn)生相交等高線。確定選擇C，使得電容器在稍微超出期望共振頻率時表現(xiàn)為電容性的。換句話說，所選的電容器必須具有超出陷波濾波器的期望共振頻率fn的共振頻率fc。
(5)如果變量hg為先驗(yàn)已知的，那么選擇位于通過步驟(3)確定的負(fù)荷線上的(hg，w)對。通過構(gòu)成長為l寬為w的跡線106實(shí)現(xiàn)該解決方案。通常hg為先驗(yàn)已知的，因?yàn)橛∷㈦娐钒?20的層堆疊在設(shè)計(jì)陷波濾波器之前是已知的。
圖2示出了負(fù)荷線204，其中針對27pF 0603型電容器，負(fù)荷線204定義了在fn＝1千兆赫時作為hg的函數(shù)的w的值。如上所述，負(fù)荷線204是通過疊加兩個表面目標(biāo)曲線圖來得到的，對于給定的陷波濾波器中心頻率fn來說，它們的相交部分就是負(fù)荷線。其中一個表面目標(biāo)曲線圖是可達(dá)到的、作為跡線106的寬度w和參考返回路徑的深度hg的函數(shù)的共振頻率的曲線圖。在這個例子中，該表面目標(biāo)曲線圖是針對給定的27pF的固定電容的。同時，在這個例子中，h1＝(30+hg)密耳。接下去，一個參考平面被疊加到前面所述的第一個表面目標(biāo)曲線圖上。在這個例子中，該參考平面是1千兆赫的期望陷波濾波器共振頻率fn。這兩個表面的相交部分是線204，其突出作為印刷電路板120中接地面122的深度hg的函數(shù)的跡線106的所需寬度。27pF0603型電容器當(dāng)前被認(rèn)為是唯一能針對常規(guī)62密耳厚印刷電路板120中任意深度的接地面122提供1千兆赫陷波濾波器的電容器。也有其它能夠提供1千兆赫陷波濾波器的電容器值；但是，這些其它值會阻止接地面122的深度hg覆蓋印刷電路板120的全部62密耳厚度。在這種情況下，接地面122的深度hg必須大于某最小高度，或者只會在印刷電路板120的全部62密耳厚度的某子集中起作用。這些約束是限制性的，并且限制了使用除0603型27pF電容器之外的其它電容器的實(shí)用性。
計(jì)算機(jī)模擬表明如上所述構(gòu)建的陷波濾波器100在1千兆赫電磁干擾時產(chǎn)生了優(yōu)于7分貝的衰減。
如果不用單個電容器120和跡線106實(shí)現(xiàn)陷波濾波器100，多個電容器可以并聯(lián)以形成電容器102，這些電容器中的一個或多個可以帶有跡線，這些跡線一起并聯(lián)形成跡線106。如果并聯(lián)使用的其值稍有不同的電容器，結(jié)果是形成多個稍有不同的陷波濾波器--或相當(dāng)于具有更寬陷波的陷波濾波器--結(jié)果導(dǎo)致更好的電磁干擾衰減。用這種方式構(gòu)建的陷波濾波器100的一個優(yōu)點(diǎn)是它占據(jù)印刷電路板非常小的空間。為了在用多個電容器構(gòu)成一個陷波濾波器的情況下保留這一優(yōu)點(diǎn)，電容器可以垂直堆疊，如2002年11月12日提交美國專利申請10/292,670中所描述的，該申請和本申請一樣被轉(zhuǎn)讓給同一受讓人。在這個1千兆赫陷波濾波器的例子中，23pF 0603型電容器可以和27pF電容器并聯(lián)使用。針對23pF和27pF電容器的并聯(lián)組合的負(fù)荷線在圖2中被示出為負(fù)荷線202。
當(dāng)然，本發(fā)明可以用來實(shí)現(xiàn)頻率不為1千兆赫的陷波濾波器。說明性地，圖3示出了針對可表面貼裝的、用來實(shí)現(xiàn)4.8千兆赫陷波濾波器的1.7pF 0402型電容器(40密耳長，20密耳寬和高)的負(fù)荷線304。與圖2的例子相對應(yīng)地，1.7pF電容器可有利地與1.508pF 0402型電容器并聯(lián)使用，以實(shí)現(xiàn)4.8千兆赫的陷波濾波器。針對兩個電容器的并聯(lián)組合的負(fù)荷線被示出為圖3中的負(fù)荷線302。同樣為說明性地，圖4示出了針對可表面貼裝的、用來實(shí)現(xiàn)6.1千兆赫陷波濾波器的1.023pF 0402型電容器的負(fù)荷線404。同樣，該電容器可有利地與0.9pF的0402型電容器并聯(lián)使用，以實(shí)現(xiàn)6.1千兆赫的陷波濾波器。針對兩種電容器的并聯(lián)組合的負(fù)荷線被示出為圖4中的負(fù)荷線402。
當(dāng)然，對上述說明性實(shí)施例的各種改變和修改是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的。在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍并且不減弱其附帶優(yōu)點(diǎn)的前提下，可以進(jìn)行這些改變和修改。因此，這里旨在通過以下權(quán)利要求覆蓋這樣的改變和修改，現(xiàn)有技術(shù)所限制的范圍除外。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括電容器，其具有主體和附連到該主體的一對端子；以及導(dǎo)線，其被限定在主體上并且連接端子，該導(dǎo)線具有電感(L)，該電感(L)與電容器的電容(C)限定了并聯(lián)LC電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其形成具有陷波中心頻率的陷波濾波器，其中電容器具有等于或大于陷波中心頻率的共振頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其連接在由印刷電路板限定的信號導(dǎo)線的兩個離散分段之間，該印刷電路板也限定有接地面，其中由陷波濾波器和接地面形成的虛擬導(dǎo)電回路的電容和電感的乘積等于陷波中心頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括印刷電路板，包括由印刷電路板限定的一對離散導(dǎo)線分段的信號導(dǎo)線，以及由印刷電路板限定的接地面；其中該對端子將電容器連接在兩個分段之間，并且導(dǎo)線和電容器形成信號導(dǎo)線的陷波濾波器，使得由陷波濾波器和接地面形成的虛擬導(dǎo)電回路的電容和電感的乘積等于陷波濾波器的陷波的中心頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一個的設(shè)備，其中電容器具有等于或大于陷波濾波器中心頻率的共振頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一個的設(shè)備，其中導(dǎo)線被電鍍在主體上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一個的設(shè)備，其中導(dǎo)線被印制在主體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一個的設(shè)備，其中電容器是表面貼裝電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一個的設(shè)備，其中導(dǎo)線的寬度限定導(dǎo)線的電感，使得通過改變導(dǎo)線的寬度來調(diào)諧陷波濾波器。
全文摘要
超高頻陷波濾波器(100)包括電容器(102)，電容器在其主體(103)上限定導(dǎo)電跡線(106)，并在其端子(104)之間延伸。跡線具有電感，該電感與電容器的電容形成并聯(lián)LC電路。當(dāng)安裝在印刷電路板(120)上以連接信號線(124)的兩個分段時，陷波濾波器和印刷電路板的接地面(122)形成虛擬導(dǎo)電回路，它的電感和電容的乘積等于陷波濾波器的陷波的中心頻率。中心頻率可以通過改變跡線的寬度來調(diào)諧。
文檔編號H03H5/02GK1595797SQ200410076819
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月12日
發(fā)明者戴維·A·諾泰, 尹雄基 申請人:阿瓦雅技術(shù)公司