PCB差分结构、信号传输装置和通信装置的制作方法

本实用新型属于信号传输技术领域，尤其涉及一种pcb差分结构、信号传输装置和通信装置。

背景技术：

交换机、路由器连接网线进行信号传输时，信号通道依次包括pcb初级差分线，信号变压器，pcb次级差分线，rj45接口，水晶头，双绞线，但差分线、rj45和水晶头因结构限制，不是理想的传输通道。存在以下问题：

1、rj45接口和水晶头的平行排针结构会导致信号传输通道在此处产生明显的串扰，同时因阻抗突变，插损和回损也会恶化。

2、差分线由于结构空间限制，无法做到等长，等距的要求，会产生阻抗突变，劣化插损和回损。

因此这部分电路连接成为制约以太网信号质量和传输距离的短板。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种pcb差分结构，旨在解决传统的以太网传输通道存在的信号串扰以及阻抗突变的问题。

本实用新型实施例的第一方面提了一种pcb差分结构，pcb差分结构包括设置于pcb板的多个差分线对、多个耦合电容结构和多个阻抗结构；

每个差分线对的两条差分线分别与另一个差分线对的非临近的一条差分线之间连接一个耦合电容结构；

每个差分线对的两条差分线之间连接一个阻抗结构。

在一个实施例中，所述耦合电容结构包括第一极板和与所述第一极板对应设置的第二极板，所述第一极板和所述第二极板为平板结构或者交指结构。

在一个实施例中，所述阻抗结构包括电感或者电容。

在一个实施例中，所述电感或者所述电容由pcb铜皮或者走线绕制形成。

本实用新型实施例的第二方面提了一种信号传输装置，信号传输装置包括信号输入端、信号输出端和如上所述的pcb差分结构，所述信号输入端、所述pcb差分结构和所述信号输出端依次电性连接。

在一个实施例中，所述信号输出端包括多个差分线接口，所述差分线与所述差分线接口一一对应连接。

本实用新型实施例的第三方面提了一种通信装置，通信装置包括处理器、存储器以及如上所述的信号传输装置。

本实用新型通过采用多个差分线对、多个耦合电容结构以及阻抗结构组成pcb差分结构并连接在信号输入端以及信号输出端之间，耦合电容结构设置在差分线对之间，改变差分线对之间的电磁耦合情况，平衡串扰能量，减少差分线对之间的信号串扰，阻抗结构设置在差分线对的两个差分线之间，调节总体输入/输出阻抗，从而使得该输入输出阻抗与双绞线阻抗相匹配，优化插损和回损，从而达到提升信号质量以及延长信号传输距离的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的pcb差分结构的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的pcb差分结构的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的pcb差分结构的第三种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的pcb差分结构的第四种结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的阻抗结构的第一种结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的阻抗结构的第二种结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的pcb差分结构的第五种结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的通信装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例的第一方面提了一种pcb差分结构10。

如图1所示，pcb差分结构10包括设置于pcb板的多个差分线对、多个耦合电容结构和多个阻抗结构；

每个差分线对的两条差分线分别与另一个差分线对的非临近的一条差分线之间连接一个耦合电容结构；

每个差分线对的两条差分线之间连接一个阻抗结构。

本实施例中，各差分线对、耦合电容结构、阻抗结构设置在pcb板上，pcb板可为多层板或者单层板，具体根据通信需求进行选择，进行信号传输时，pcb差分结构10串入信号传输通道中，并由差分线进行信号传递。

其中，非临近的差分线之间设置一耦合电容结构，以改变差分线对之间的电磁耦合情况，平衡串扰能量，减少差分线对之间的信号串扰，如图1所示，第一差分线对l1的第一差分线l1-1与第二差分线对l2的第一差分线l2-1以及第二差分线l2-2之间分别设置有一耦合电容结构c1和c2，同时，第一差分线对l1的第二差分线l1-2与第二差分线对l2的第二差分线l2-2之间设置一耦合电容结构c3，从而调节第二差分线对l2的第一差分线l2-1相对于第一差分线对l1的串扰，调节第一差分线对l1的第一差分线l1-1相对于第二差分线对l2的串扰，以及调节第二差分线对l2的第二差分线l2-2相对于第一差分线对l1的串扰，差分线对越多，非临近的差分线越多，连接的耦合电容结构越多，具体根据需求进行设计。

如图2所示，假设2和3是差分线对，1是干扰源，则1会通过容性耦合分别施加串扰电压在2和3上，由于1距离2比较近，因此1对2的容性耦合更强，串扰电压也更大，1对3的串扰电压就小一些，由于2和3是差分对，在终端会将这两根线上的电压相减，得到有效信号，而2和3上的串扰电压不一样，相减后不为零，导致有效信号出现串扰噪声，因此，本实施例中，在1和3之间增加预设容值的耦合电容结构，可以使1和3的容性耦合更大，串扰电压增大，使得1和2的耦合容值等于1和3的耦合容值，最终实现两个串扰电压相等，在终端进行电压相减后等于0，从而消除了串扰噪声。

耦合电容结构的预设容值可根据各差分线之间的线距以及预设计算公式进行计算，在一个实施例中，耦合电容结构的容值计算公式为：

c＝πεl/ln[(d1-r)/r]-πεl/ln[(d2-r)/r]；

其中d1为差分线与另一个差分线对的临近差分线的间距，d2为差分线与另一个差分线对的非临近差分线的间距，r为差分线的半径，ε为线间介质的介电常数，l为耦合长度。

通过分别计算临近与非临近的差分线之间的耦合容值，并进行差值计算，即可获取增加的耦合电容结构的预设容值，根据标准iec60603，将差分线的常见结构参数代入，取d＝1.02mm，r＝0.23mm，l＝8mm，而ε取空气的介电常数8.85*10^(-12)f/m，计算得到相邻平行差分线1，2间耦合电容值1.8pf；而间隔差分线1，3的耦合电容值取双线互容公式计算值的一半，即0.9pf。

假设线2和3为一对差分线，为平衡差分线1对差分线2和3的容性串扰能量，减小差分串扰，差分线1和3间的耦合增强结构的容值为(1.8-0.9)pf＝0.9pf，使得1与3之间的电容值与2和3之间的电容值相等。

在确定了耦合电容结构的理论值后还可通过电磁仿真软件对耦合电容结构的预设容值进行优化调节，提高设计精度。

同时，在差分线对的两个差分线之间设置阻抗结构，通过增加预设阻值的阻抗结构进行阻抗变换，使得该输入输出阻抗与双绞线阻抗相匹配，优化插损和回损。

本实用新型通过采用多个差分线对、多个耦合电容结构以及阻抗结构组成pcb差分结构10并连接在信号输入端以及信号输出端之间，耦合电容结构设置在差分线对之间，改变差分线对之间的电磁耦合情况，平衡串扰能量，减少差分线对之间的信号串扰，阻抗结构设置在差分线对的两个差分线之间，调节总体输入/输出阻抗，从而使得该输入输出阻抗与双绞线阻抗相匹配，优化插损和回损，从而达到提升信号质量以及延长信号传输距离的目的。

为了降低设计成本，耦合电容结构采用pcb板上的铜皮进行设计，为了实现pcb铜皮寄生rlc特性以达到降低串扰的目的，需要对耦合电容结构和位置进行调节，如图3和图4所示，在一个实施例中，耦合电容结构包括第一极板b1和与第一极板b1对应设置的第二极板b2，第一极板b1和第二极板b2相对设置形成耦合电容结构，第一极板b1和第二极板b2为平板结构或者交指结构，第一极板b1和第二极板b2均为pcb铜皮。

pcb板可为单层或者多层，当pcb板为单层结构时，第一极板b1和第二极板b2可设置在pcb板的顶层，当pcb板为多层结构时，第一极板b1和第二极板b2可设置在不同层位置或者不同层，当耦合电容结构为平板结构时，如图3所示，第一极板b1和第二极板b2设置于不同层，第一极板b1可设置于pcb板的顶层，第二极板b2可设置于pcb板的内层，当耦合电容结构为交指结构时，如图4所示，第一极板b1和第二极板b2设置于同层，可同时设置于pcb板的顶层或者同时设置于pcb板的内层，极板位置根据结构类型对应设置。

如图5和图6所示，在一个实施例中，阻抗结构包括电感或者电容，电感或者电容自身具备的阻抗特性可调节总体输入/输出阻抗，从而使得该输入输出阻抗与双绞线阻抗相匹配，优化插损和回损，在一个实施例中，基于降低设计成本的相同目的，阻抗结构采用pcb板上的铜皮或者走线进行设计，为了实现pcb铜皮或者走线寄生rlc特性以达到调节阻抗目的，需要对阻抗结构和位置进行调节，当pcb板为单层结构时，可采用顶层上的pcb板铜皮或者走线进行绕制连接，形成电容或者电感，当pcb板为多层结构时，可在不同层上进行pcb板铜皮或者走线进行绕制连接，形成电容或者电感，在一个实施例中，pcb板为多层结构，阻抗结构的两端分别设置在pcb板的不同层位置，如图6所示，虚线的线为在pcb板另外一层的走线，经过过孔到达电感层，通过绕线形成螺旋电感。

如图8所示，本实用新型还提出一种信号传输装置100，该信号传输装置100包括信号输入端20、信号输出端30和pcb差分结构10，该pcb差分结构10的具体结构参照上述实施例，由于本信号传输装置100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，信号输入端20、所述pcb差分结构10和信号输出端30依次电性连接。

信号输入端10用于输入多对差分信号，信号输出端30用于输出多对差分信号，为了实现整体的回损，插损，串扰达到最优，还可使用电磁仿真软件对pcb差分结构10，耦合电容结构、阻抗结构进行联合的三维电磁仿真，多次优化迭代耦合电容结构与阻抗结构的形状、尺寸和位置，同时调节整体输入/输出阻抗和耦合程度。

在一个实施例中，信号输出端30包括多个差分线接口，差分线与差分线接口一一对应连接，差分线的数量根据差分线接口的数量对应设置，例如图7中的差分线接口j1～j8，具体数量不限，差分线接口包括但不限于rj45接口、rj11接口等。

本实用新型实施例的第三方面提了一种通信装置，通信装置包括处理器、存储器以及信号传输装置，该信号传输装置100的具体结构参照上述实施例，由于本通信装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。