錢志宇，施永榮

（中國電子科技集團公司第五十五研究所，南京 210000）

0 引言

差分信號由于具有抗噪聲、低串?dāng)_和低電磁輻射[1-2]等優(yōu)點而被廣泛用于傳輸高速數(shù)字信號。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。然而，在實際電路中，由于差分信號的抖動及差分信號路徑布線不對稱等原因會不可避免地引入共模噪聲。尤其是，共模噪聲伴隨差分信號傳輸?shù)骄€纜上時，會引起嚴(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。文獻[8-9]中基于四分之一波長諧振器設(shè)計的共模噪聲濾波器單元共模阻帶相對帶寬較窄，難以滿足共模噪聲寬帶抑制的性能需求。針對于此，本文通過耦合貼片在兩個四分之一波長階梯阻抗諧振器之間引入寬邊耦合，設(shè)計出適用于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)仿真與測試結(jié)果對比圖

圖9 差模信號群時延

根據(jù)上述分析設(shè)計的共模噪聲抑制電路整體尺寸為16mm×4.4mm，相對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試實物圖。如圖 8，該共模噪聲抑制電路的仿真與實測結(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)可以保證差模信號傳輸?shù)男盘柾暾?，差模插損實測較仿真略大主要原因是導(dǎo)體損耗及介質(zhì)損耗。同時，該電路在1.9～4.5GHz頻段內(nèi)實現(xiàn)了對共模噪聲-10dB的抑制，共模阻帶相對帶寬達81%，實測結(jié)果中兩個共模傳輸零點分別位于 2.05GHz和 4.2GHz，較仿真略有偏移，但在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，其主要原因是加工存在一定的誤差。如圖 9，為差模信號通過該共模噪聲抑制電路的群時延，可以看出在dc-6GHz頻段內(nèi)差模信號的群時延約為 120ps，群時延抖動較小，表明該電路可以在時域內(nèi)保證差模信號傳輸?shù)耐暾浴?/p>

4 結(jié)論

本文基于傳輸線理論，設(shè)計了一種新型 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，驗證了等效電路模型的正確性。此外，實驗結(jié)果與全波仿真相符合：該電路在 1.9～4.5GHz頻段內(nèi)實現(xiàn)了對共模噪聲-10dB的抑制，共模阻帶相對帶寬達81%；同時，在dc-6GHz頻段內(nèi)差模插入損耗小于3dB，且時域內(nèi)差模信號群時延抖動較小，表明該電路可以很好地保證差模信號傳輸?shù)男盘柾暾?。該共模噪聲抑制電路具有小型化、共模阻帶寬、差模信號插損小的優(yōu)點，實用性較強。

參考文獻：

[1]Chi-Hsuan Cheng, and T.L.Wu.An Ultracompact TSV-Based Common-Mode Filter (TSV-CMF) in Three-Dimensional Integrated Circuits (3-D ICs) [J].IEEE Trans.Electromagn.Compat, 2016,58(4):1128-1135.

[2]P.J.Li, Y.C.Tseng, C.H.Cheng, and T.L.Wu.A Novel Absorptive Common-Mode Filter for Cable Radiation Reduction[J].IEEE Trans.Compon.Packag.Manuf.Technol., 2017,7(4):511-518.

[3]Z.Zeng, Y.Yao, and Y.Zhuang.A Wideband Common-Mode Suppression Filter With Compact-Defected Ground Structure Pattern [J].IEEE Trans.Electromagn.Compat, 2015, 57(5):1277-1280.

[4]H.R.Zhu, and J.F.Mao.An Ultra-Wideband Common-Mode Suppression Filter Based on S-DBCSRR for High-Speed Differential Signals [J].IEEE Microw.Wireless Compon.Lett, 2015,25(4):226-228.

[5]C.-H.Tsai and T.-L.Wu.A broadband and miniaturized common mode filter for gigahertz differential signals based on negative permittivity met materials [J].IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,2010,58(1):195-202.

[6]C.-Y.Hsiao, C.-H.Tsai, C.-N.Chiu, and T.-L.Wu.Radiation suppression for cable-attached packages utilizing a compact embedded common-mode filter[J].Trans.Compon.Packag.Manuf.Technol., 2012, 2(10):1696-1703.