基于差分传输线的共模抑制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及差分数据传输系统，并且尤其涉及一种与之相关联的共模抑制器以及一种用于抑制共模噪声的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，伴随着电子设备的多样化，对于高频信号传输的需求也已经有所增加。差分传输/信令对于许多高频设备而言是优选方法。差分信令是一种利用在例如两条配对连线上发送的互补信号而以电气方式传输信息的方法，上述两条配对连线被称作差分对。差分信令也是低功率RF互连的首要选择，这是因为其通过为给定电源电压提供双倍的信号摆动而提供了对于噪声的超强免疫力。当差分传输被用于高频信号的传输时，影响外部电子设备的电磁干扰会有所减少。另外，差分传输能够减少来自外部电子设备的电磁干扰的影响。然而，差分数据传输线/总线的信号完整性可能由于共模噪声而受损。共模噪声能够由系统自身或者耦合的辐射所生成。
【附图说明】
[0003]在下文中，将参考附图利用具体的示例实施例对本公开进一步进行解释和描述。
[0004]图1示出了具有共模抑制器的典型差分数据传输系统的示意图；
[0005]图2示出了具有共模抑制器和静电放电(ESD)保护的差分数据传输系统的示意图；
[0006]图3示出了根据本公开的一个实施例的包括长的、卷绕的差分传输线的共模抑制器的示意图；
[0007]图4A示出了根据本公开的一个实施例的包括长的、卷绕的差分传输线的共模抑制器的布局；
[0008]图4B示出了图4A的差分传输线的分解视图；
[0009]图5A-5B示出了半导体衬底上的共模抑制器的示意性图示；
[0010]图6A-6D示出了根据本公开的一个实施例的共模抑制器的差模和共模的仿真结果;
[0011]图7A示出了根据本公开的一个实施例的具有ESD保护电路的共模抑制器的示意图；
[0012]图7B示出了根据本公开的一个实施例的具有ESD保护电路的共模抑制器的布局；
[0013]图8A-8C示出了根据本公开的一个实施例的具有ESD保护的共模抑制器的差模的仿真结果；
[0014]图8D-8F示出了根据本公开的一个实施例的具有ESD保护的共模抑制器的共模的仿真结果；
[0015]图9A和图9B示出了根据本公开的一个实施例的针对5GB/s信号和10GB/s信号的时域分析；
[0016]图10示出了根据本公开的一个实施例的图示对差分数据传输系统中的共模噪声进行抑制的方法的流程图；
[0017]图11示出了根据本公开的一个实施例的图示用于对包括差分传输线的共模抑制器进行调谐以便实现共模噪声抑制的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]现在将参考附图对本公开进行描述，其中始终使用同样的附图标记指代同样的要素，并且其中所图示的结构和设备并非必然依比例绘制。
[0019]本公开涉及一种用于对差分数据传输系统中的共模噪声进行抑制的装置和方法。差分数据传输系统采用差分信令，其中信息利用在被称作差分对的两条配对连线上发送的两个互补信号而以电气方式进行传输。除了承载有用信息的差分信号之外，该差分对受到共模噪声的影响。共模噪声在两条连线上沿相同方向传导，并且由于其并不承载信息而是并不期望看到的信号。共模噪声对于在使用差分传输的通信系统中产生射频干扰(RFI)扮演重要角色，因此消除共模噪声是重要的。另外，差分数据传输系统还受到ESD(静电放电)冲击的影响，这需要被避免。
[0020]在本公开的一个实施例中，一种差分数据传输系统包括被配置为发射包含数据的差分信号的源，以及被配置为接收该差分信号的负载。该系统进一步包括共模抑制器，其包括被配置为从该源向该负载传送该差分信号的长的、卷绕的差分传输线。
[0021]在本公开的另一个实施例中，一种用于在高频差分数据传输系统中消除共模噪声的共模抑制器，包括被配置为在源和负载之间传送数据的长的差分传输线。该差分传输线针对差分信号相匹配而针对共模噪声并不匹配。另外，该差分传输线为卷绕的。差分传输线在其显示出低信号反射一即其输入和输出处的低返回损失一的情况下被匹配。良好的匹配通常意味着至少_20dB至-30dB的返回损失。
[0022]在本公开的另一个实施例中，公开了一种用于抑制差分数据传输系统中的共模噪声的方法。该方法结合该差分数据传输系统内的共模抑制器进行操作，该共模抑制器包括被配置为将信号从源传送至负载的长的、卷绕的差分传输线。该差分传输线进一步包括第一导线和第二导线，第一导线和第二导线进行耦合并且彼此横向对准或竖直对准。该方法包括针对差分信号匹配该共模抑制器的差分传输线，其中针对差分信号匹配该差分传输线包括对该差分传输线的差分阻抗进行调谐以与负载和源的阻抗相匹配。该方法进一步包括针对共模噪声使得该共模抑制器的差分传输线不匹配，其中针对共模噪声使得差分传输线不匹配包括针对共模信号增大该差分传输线的电感。
[0023]差分数据传输系统中的共模噪声的消除通过共模抑制器来实现，其中该共模抑制器是被配置为针对差模信号提供低阻抗并且针对共模噪声提供高阻抗的设备。在常规系统中，该共模抑制器基于共模扼流圈的构思而实施。共模扼流圈由成对的耦合电感器所组成，它们针对差模信号提供低电感并且针对共模噪声提供高阻抗。共模扼流圈的关键因素是两个电感器之间的磁性耦合。该磁性耦合越高，共模抑制以及针对差模的阻抗匹配就越好。
[0024]在一种实施方式中，该共模扼流圈包括具有缠绕于其上的两条导线的磁芯，上述两条导线具有相同的匝数。在差模信号的情况下，流过这两条导线的电流以相反的相位而相互抵消，因此并不产生磁通量，并且两条导线的阻抗可以保持为低。因此，差分信号能够轻易通过。在共模信号的情况下，流过这两条导线的电流具有相同相位，因此在磁体中产生磁通量，并且这两条导线的阻抗变高，使得共模信号难以通过。因此，共模信号发生衰减。然而，该共模扼流圈需要使用具有铁磁特性的材料(例如，磁性模具、铁氧体电感)，这使得其体积庞大并且不适用于高频应用。另外，某些共模扼流圈技术表现出高的发散性(非恒定的群延迟)，这使得时域性能有所下降，使得其并不适用于如USB、HDMI等的高速接口应用。此夕卜，在常规系统中，ESD保护是基于如压敏电阻或火花间隙之类的非硅解决方案，它们具有对于敏感系统而言过高的钳位电压。
[0025]为了提供一种适用于高频应用的共模抑制器，本公开中介绍了一种包括长的、卷绕的传输线的共模抑制器。在一些实施方式中，该长的、卷绕的传输线替代了常规差分数据传输系统中所使用的共模扼流圈。在本公开中，包括具有耦合电感器的共模扼流圈的集总系统被包括长的、卷绕的传输线的分布式系统所替代。该集总元件模型仅在U〈〈A时有效，其中L。表示电路的物理长度而λ则表示电路的操作波长。在高频，通过该电路的信号的波长变为与电路元件的物理尺寸相当，这使得集总模型并不精确。因此，在本公开中使用传输线替代耦合电感器，以使得共模抑制器适用于高频应用。对于可用的分布式模型而言，传输线的长度针对差分信号的预定频率范围应当至少大于通过该电路进行传输的信号的波长λ的十分之一。该预定频率范围包括其中通过该电路的信号的波长变为与该电路元件的物理尺寸相当的频率。在一个示例中，差分传输线的长度为7mm，其在大约2.5GHz对应于λ/10。在该频率以下，集总元件的描述是充分的并且可以将