Снижение высокочастотной перекрестной помехи на ближайшем конце линии посредством использования зависящей от частоты эффективной емкости
Настоящее изобретение относится к компенсации перекрестной помехи на ближайшем конце линии (ППБКЛ) в соединителях и, более конкретно - к техническому приему подавления или снижения ППБКЛ в многоступенчатой скомпенсированной системе созданием зависящей от частоты эффективной емкости. Технический результат - одновременное улучшение как высокочастотной характеристики ППБКЛ, когда используются штыри низкой перекрестной помехи, так и низкочастотной характеристики ППБКЛ, когда используются штыри сильной перекрестной помехи. Достигается тем, что соединитель включает в себя первую компенсирующую структуру, предусмотренную на внутреннем металлизированном слое ПП в зоне первой ступени ПП, и вторую компенсирующую структуру, предусмотренную в зоне второй ступени ПП, для увеличения компенсирующей емкости с увеличением частоты. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к компенсации перекрестной помехи на ближайшем конце линии (ППБКЛ) в соединителях и, более конкретно - к техническому приему подавления или снижения ППБКЛ в многоступенчатой скомпенсированной системе созданием зависящей от частоты эффективной емкости.
Уровень техники
Шумовая помеха или взаимное влияние сигналов между проводниками в соединителе известна как перекрестная помеха. Перекрестная помеха является общей проблемой в устройствах связи, использующих соединители. В частности, в системе связи, где часто используют модульный штырь с компьютером, который должен сопрягаться с модульным гнездом, электрические провода (проводники) внутри гнезда и/или штыря создают перекрестную помеху на ближайшем конце линии (ППБКЛ), то есть перекрестную помеху на близко расположенных проводах на коротком расстоянии. Штырь, благодаря его конфигурации или способу окончания оснастки для прокладки провода, может создавать сильную перекрестную помеху или низкую перекрестную помеху. Штырь с сильной перекрестной помехой здесь называется штырем сильной перекрестной помехи, тогда как штырь с низкой перекрестной помехой в этом тексте описания называется штырем низкой перекрестной помехи.
Патент США № 5997358, опубликованный на имя Адриаенссенса (Adriaenssens) и др. (упоминаемый ниже как "патент '358"), описывает двухступенчатую схему для компенсации такой ППБКЛ. Полное содержание патента '358 приведено здесь в качестве ссылки. Более того, патенты США № 5915989, 6042427, 6050843 и 6270381 также приведены здесь в качестве ссылки.
Патент '358 снижает ППБКЛ (исходную перекрестную помеху) между парами электрического провода модульного штыря посредством добавления преднамеренно созданной или искусственной перекрестной помехи обычно в гнезде на двух ступенях, тем самым подавляя перекрестные помехи или снижая полную перекрестную помеху для комбинации штыря - гнезда. Преднамеренно созданную перекрестную помеху называют здесь компенсационной перекрестной помехой. Эта идея обычно воплощается использованием емкостной и/или индуктивной компенсации на двух ступенях. Эта идея может быть реализована, например, пересечением траектории одного из проводников одной из пар комбинации пар, которые должны быть скомпенсированы внутри соединителя дважды, тем самым создавая две ступени компенсации ППБКЛ. Эта схема является более эффективной при снижении ППБКЛ, чем схема, посредством которой добавляют компенсацию на единственной ступени, особенно в случае, когда, как это обычно имеет место, компенсацию не могут ввести, и она вводится лишь спустя некоторое время задержки.
Схема компенсации ППБКЛ по патенту '358 хотя и является эффективной, имеет недостаток, заключающийся в том, что граница ППБКЛ относительно предельной линии Ассоциации предприятий связи (АПС) ухудшается при низкой частоте (ниже приблизительно 100 МГц), когда используется штырь сильной перекрестной помехи с гнездом, и при высокой частоте (за приблизительно 250 МГц), когда используется штырь низкой перекрестной помехи. Более конкретно, когда чистая компенсационная помеха в двухступенчатом скомпенсированном гнезде будет меньше, чем исходная перекрестная помеха (то есть, когда штырь сильной перекрестной помехи вводится в гнездо), комбинация штыря - гнезда будет называться недостаточно скомпенсированной, а полученная в результате частотная характеристика ППБКЛ будет возрастать до пикового значения при низких частотах, прежде чем будет установлен нуль в частотной точке, определенной межступенчатыми задержками и величинами компенсирующих ступеней. После этого наклон частотной характеристики величины ППБКЛ изменяется от пологого наклона перед нулем до крутого наклона после нуля, тем самым заставляя ППБКЛ быстро ухудшаться на высоких частотах, то есть на частотах за этими нулями.
С другой стороны, когда чистая компенсационная перекрестная помеха в таком гнезде превышает исходную перекрестную помеху (то есть, когда введен штырь низкой перекрестной помехи), комбинация штыря - гнезда называется перекомпенсированной, а полученная в результате частотная характеристика ППБКЛ не будет иметь нуля, а наклон частотной характеристики ППБКЛ будет постепенно возрастать, приближаясь к значению 60 дБ/декада при очень высоких частотах, значительно превышая предельный наклон АПС в 20 дБ/декада.
Таким образом, хотя низкочастотная граница (низкочастотная характеристика соединителя) при использовании штыря сильной перекрестной помехи с гнездом может быть улучшена увеличением уровня компенсации, такое действие будет приводить к дальнейшему ухудшению высокочастотной границы (высокочастотной характеристики соединителя), когда используют штырь низкой перекрестной помехи с гнездом. И наоборот, хотя высокочастотная граница при использовании штыря низкой перекрестной помехи с гнездом может быть улучшена снижением уровня компенсации, такое действие будет приводить к дальнейшему ухудшению низкочастотной границы, когда используют штырь сильной перекрестной помехи с гнездом.
Поэтому существует потребность в техническом приеме, способном одновременно снизить или подавить ППБКЛ на высоких частотах, когда используют штыри низкой перекрестной помехи, и на низких частотах, когда используют штыри сильной перекрестной помехи.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение преодолевает проблемы и ограничения известных технических приемов снижения ППБКЛ в соединителях. В частности, настоящее изобретение предлагает многоступенчатую схему компенсации перекрестной помехи, в которой получаемая в результате емкостная связь смещается таким образом, чтобы снизить полный уровень компенсации при росте частоты, тем самым значительно улучшая высокочастотную характеристику ППБКЛ соединителя без ухудшения низкочастотной характеристики ППБКЛ. Это достигается созданием компенсирующей структуры первой ступени, которая имеет относительно плоскую характеристику эффективной емкости при росте частоты, при создании компенсирующей структуры второй ступени, которая имеет возрастающую характеристику эффективной емкости при росте частоты.
Настоящее изобретение улучшает как низкочастотную характеристику (например, в диапазоне (1-100) МГц) перекрестной помехи, так и высокочастотную характеристику (например, в диапазоне (250-500) МГц или 500МГц и выше) перекрестной помехи модульных выводов и панелей.
Эти и другие цели настоящей заявки будут более очевидны из подробного описания, приведенного ниже. Однако должно быть понятно, что подробное описание и специфические примеры, указывающие на предпочтительные воплощения изобретения, приведены лишь для иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в пределах духа и объема защиты настоящего изобретения будут очевидными для специалистов в данной области техники из этого подробного описания.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более понятно из приведенного ниже подробного описания и сопроводительных чертежей, приведенных лишь для иллюстрации и не ограничивающих объема изобретения, на которых показано следующее.
Фиг.1 показывает структуру комбинации последовательно соединенных катушки индуктивности - конденсатора, использованную в настоящем изобретении.
Фиг.2 - вид в перспективе упрощенной печатной платы (ПП), показывающий пример того, как комбинация последовательно соединенных катушки индуктивности - конденсатора по Фиг.1 может быть реализована согласно первому воплощению изобретения.
Фиг.3 - диаграмма, показывающая смоделированный пример характеристики зависимости эффективной емкости от частоты структуры ПП, показанной на Фиг. 2.
Фиг.4А - вид сбоку соединителя согласно первому воплощению изобретения.
Фиг.4В - вид сверху ПП и элементов компенсации ППБКЛ по Фиг. 4А согласно первому воплощению настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает пример структуры встречно-штыревого конденсатора согласно второму воплощению настоящего изобретения.
Фиг.6 - диаграмма, показывающая смоделированный пример характеристики зависимости эффективной емкости от частоты встречно-штыревых конденсаторов с различными соотношениями длины/ширины.
Фиг.7А - вид сбоку соединителя согласно второму воплощению изобретения.
Фиг.7В - вид сверху ПП и элементов компенсации ППБКЛ по Фиг. 7А согласно второму воплощению настоящего изобретения.
Фиг.8 - вид в перспективе упрощенной печатной платы (ПП), показывающий пример того, как комбинация последовательно соединенных катушки индуктивности - конденсатора по Фиг.1 может быть реализована согласно третьему воплощению настоящего изобретения.
Фиг.9 - пример сложенного удлиненного встречно-штыревого конденсатора согласно четвертому воплощению настоящего изобретения.
Фиг.10 - вид в перспективе упрощенной печатной платы (ПП), показывающий пример того, как комбинация последовательно соединенных катушки индуктивности - конденсатора по Фиг.1 может быть реализована согласно пятому воплощению настоящего изобретения.
Фиг.11 - диаграмма, сравнивающая в качестве примера характеристику зависимости эффективной емкости от частоты печатных плат ПП со скомпенсированной ППБКЛ различных воплощений настоящего изобретения.
Фиг.12А - вид сбоку соединителя согласно шестому воплощению настоящего изобретения.
Фиг.12В - вид сверху ПП и элементов компенсации ППБКЛ по Фиг.10А согласно шестому воплощению настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже будут подробно описаны воплощения настоящего изобретения, примеры которого проиллюстрированы на сопроводительных чертежах. В настоящем изобретении понятие "ступень" относится к месту компенсации, которая происходит в точке задержки компенсации. Настоящее изобретение создает различные конфигурации печатных плат (ПП), которые могут заменить платы с печатным монтажом по Фиг.7А в патенте '358.
Настоящее изобретение предлагает компенсирующую структуру на второй ступени многоступенчатой системы компенсации ППБКЛ для соединителя. Вторая ступень имеет улучшенную характеристику эффективной емкости при росте частоты. Это может быть достигнуто использованием структуры комбинации последовательно соединенных катушки индуктивности (L)-конденсатора (С), встречно-штыревого конденсатора с высоким соотношением длины/ширины, удлиненного сложенного встречно-штыревого конденсатора или разомкнутых линий передачи в соединителе согласно различным воплощениям настоящего изобретения.
Фиг.1 показывает структуру комбинации последовательно соединенных L-C согласно первому воплощению настоящего изобретения. Уравнение, описывающее эффективную емкость (Сэфф.) для этой структуры комбинации последовательно соединенных L-C имеет следующий вид.
Сэфф.= 
,
где f - частота, С представляет емкость конденсатора и L представляет индуктивность катушки индуктивности. Как можно видеть из этого уравнения, эффективная емкость Сэфф. увеличивается с частотой при частотах, меньших резонансной частоты fрез. комбинации последовательно соединенных L-C. Резонансная частота fрез. определяется следующим образом.
fрез.= 
Согласно настоящему изобретению L и С выбираются так, что резонансная частота fрез. имеет место выше самой высокой рабочей частоты полосы частот, представляющей интерес. Это дает возможность роста эффективной емкости, когда частота увеличивается до резонансной частоты fрез.
Фиг. 2 - вид в перспективе упрощенной печатной платы (ПП), показывающий, как комбинация L-C последовательно соединенных катушки индуктивности - конденсатора по Фиг. 1 может быть реализована согласно первому воплощению изобретения. Как показано на Фиг. 2, структура комбинации последовательно соединенных L-C снабжена печатной платой ПП. Здесь подробности печатных плат не показаны. Катушка индуктивности L в этом примере реализована спиральным индуктором, размещенным на верхней поверхности ПП. Конденсатор С в этом примере реализован емкостной структурой, образованной двумя встречно-штыревыми конденсаторами, электрически параллельно соединенными друг с другом и размещенными на внутренних слоях ПП. Встречно-штыревой конденсатор представляет собой конденсатор, имеющий конструкцию компланарного устройства, состоящего из двух металлических гребней взаимного зацепления, каждый из которых находится под разным потенциалом, и такой конденсатор известен сам по себе. Конденсатор С электрически подсоединен к катушке индуктивности L через проводящее сквозное межсоединение 8, такое как плакированное сквозное отверстие. Следует заметить, что для реализации первого воплощения этого изобретения последовательно подсоединенный конденсатор по Фиг. 1 может быть также использован в виде простого конденсатора с параллельными пластинчатыми обкладками, сконфигурированного на двух слоях ПП.
Фиг. 3 - диаграмма, показывающая смоделированный пример характеристики зависимости эффективной емкости от частоты структуры ПП, показанной на Фиг. 2. Эта диаграмма имитирована с использованием известного программного обеспечения "hfss", предложенного инофирмой Ансофт, Инк. (Ansoft, Inc.). При величинах емкости, нормализованных до значения 1 пФ при частоте 100 МГц, диаграмма показывает, что эффективная емкость ПП, показанная на Фиг. 2, возрастает с ростом частоты. Аналогичная характеристика имеет место в случае, если бы конденсатор был простым конденсатором с параллельными пластинчатыми обкладками.
Фиг. 4А и 4В показывают, как применить структуру комбинации последовательно соединенных L-C в этом примере для компенсации ППБКЛ (1-3) пар в соединителе согласно первому воплощению. Фиг. 4А - вид сбоку соединителя согласно первому воплощению настоящего изобретения, и Фиг. 4В - вид сверху ПП и элементов компенсации ППБКЛ по Фиг. 4А согласно первому воплощению настоящего изобретения.
Как показано на Фиг. 4А и 4В, соединитель включает в себя пружинные контакты 30, имеющие переходы 14, и ПП 10. Штырь 20 должен сопрягаться с соединителем. Штырь 20 может быть модульным штырем, таким как штырь, используемый на конце телефонной линии, или коммутационным шнуром, используемым для подсоединения персонального компьютера к выводу на стене. Контакты 30 могут быть припаяны или впрессованы в плакированные сквозные отверстия 32, размещенные в ответствующих участках ПП 10, и могут быть пружинными проволочными контактами. Более того, контакты 30 имеют токонесущий участок 30b и не несущий тока участок 30а, причем граница BD между этими участками 30а и 30b показана на Фиг. 4А. Контакты 30 и печатная плата ПП 10 могут быть заключены в корпус, такой как модульное гнездо, так что, когда штырь 20 войдет в гнездо, электрические контакты на штыре 20 будут сопрягаться с электрическими контактами на ПП 10 через контакты 30.
ПП 10 является многослойной печатной платой, выполненной из содержащего смолу или другого соответствующего материала, известного как материал печатной платы. В этом примере ПП 10 состоит из трех подложек (S1-S3) и четырех металлизированных слоев (ML1-ML4), чередующихся в штабеле. Более конкретно, подложки и металлизированные слои уложены в штабель в следующем порядке (в порядке сверху вниз): ML1, S1, ML2, S2, ML3, S3 и ML4. Каждый из металлизированных слоев ML1-ML4 представляет металлические проводящие рисунки, образованные на верхней поверхности подложки непосредственно под соответствующим металлизированном слоем. Определенные части металлизированных слоев взаимосвязаны друг с другом для электрического соединения через одно или более проводящих сквозных межсоединений 32, таких как плакированные сквозные отверстия. Как показано, пружинные контакты 30 образованы над первым металлизированным слоем ML1.
Пружинные контакты 30 могут представлять множество проволочных пар Р, причем каждая проволочная пара Р включает в себя контакты, обозначенные как кольцо (r) и наконечник (t). На Фиг. 4В показаны четыре пары, и они обозначены как (t1, r1), (t2, r2), (t3, r3) и (t4, r4). Кольцо, как известно, является отрицательно поляризованным проводником, а наконечник, как известно, является положительно поляризованным проводником.
Первая и вторая пары встречно-штыревых конденсаторов 40а и 40b, которые выполняют функцию емкостной компенсации для компенсации ППБКЛ первой ступени, образованы соответственно на втором и третьем металлизированных слоях ML2 и ML3 печатной платы ПП 10 или как часть этих металлизированных слоев. В этом примере пружины гнезда в секции 30b установлены за переходом 14, чтобы добавить индуктивную компенсацию, так же как часть компенсации первой ступени. Первая пара встречно-штыревых конденсаторов 40а на слое ML2 дублируется на слое ML3 в качестве второй пары конденсаторов 40b. Первая пара встречно-штыревых конденсаторов 40а образована из конденсаторов 40а1 и 40а2, оба расположены на слое ML2. Вторая пара встречно-штыревых конденсаторов 40b образована из конденсаторов 40b1 и 40b2, оба расположены на слое ML3. Концы первого конденсатора 40а1 в первой паре поддерживают электрический контакт с кольцами r3 и r1 cоответственно через пару плакированных сквозных отверстий 48а и 48b. Концы второго конденсатора 40а2 в первой паре поддерживают электрический контакт с наконечниками t1 и t3 соответственно через пару плакированных сквозных отверстий 48с и 48d. Второй парой встречно-штыревых конденсаторов 40b являются конденсаторы 40b1 и 40b2, оба расположенные на слое ML3 таким же образом, что и первая пара встречно-штыревых конденсаторов 40а. Через плакированные сквозные отверстия 48а и 48b конденсаторы 40а1 и 40b1 подсоединены электрически параллельно. Аналогично через плакированные сквозные отверстия 48с и 48d конденсаторы 40а2 и 40b2 подсоединены электрически параллельно.
Более того, структуры комбинации последовательно подсоединенных L-C, которые выполняют функцию структур компенсации ППБКЛ второй ступени, размещены на ПП 10. Первая структура комбинации последовательно подсоединенных L-C включает в себя спиральный индуктор 44, а также первый и второй встречно-штыревые конденсаторы 46а и 46b. Спиральный индуктор 44 размещен на первом металлизированном слое ML1 или выше последнего, тогда как первый и второй встречно-штыревые конденсаторы 46а и 46b размещены соответственно на втором и третьем металлизированных слоях ML2 и ML3. Аналогичным образом, вторая структура комбинации последовательно подсоединенных L-C включает в себя спиральный индуктор 54, а также третий и четвертый встречно-штыревые конденсаторы 56а и 56b. Спиральный индуктор 54 размещен на первом металлизированном слое ML1 или выше последнего, тогда как третий и четвертый встречно-штыревые конденсаторы 56а и 56b размещены соответственно на втором и третьем металлизированных слоях ML2 и ML3. В этом примере первый и третий конденсаторы 46а и 56а на слое ML2 дублируются на слое ML3 в качестве второго и четвертого конденсаторов 46b и 56b соответственно. Через плакированные сквозные отверстия 33а и 32с конденсаторы 46а и 46b подсоединены электрически параллельно. Через плакированные сквозные отверстия 33b и 32f конденсаторы 56а и 56b подсоединены электрически параллельно.
В настоящей заявке понятие "дублируются" относительно компенсирующих конденсаторов означает идентичное копирование на всех указанных металлизированных слоях. Например, конденсаторы 40а будут иметь идентичные форму и размер и будут вертикально выставлены с конденсаторами 40b. Причиной дублирования встречно-штыревых конденсаторов является увеличение емкости без необходимости в увеличении площади основания (поверхностного покрытия). Встречно-штыревые конденсаторы с большей площадью основания могли бы использоваться без необходимости в таком дублировании. С другой стороны, если бы печатная плата была спроектирована с большим числом металлизированных слоев, то встречно-штыревые конденсаторы можно было бы продублировать на больших, чем двух металлизированных слоях, чтобы получить даже меньшую площадь основания, если это потребуется. Следует отметить, что в пределах сущности первого воплощения изобретения можно было бы использовать конденсаторы с параллельными пластинчатыми обкладками вместо встречно-штыревых конденсаторов 46а, 46b, 56a и 56b. Кроме того, конденсаторы 40а и 40b первой ступени могли бы быть конденсаторами с параллельными пластинчатыми обкладками, как это используется, например, в воплощении по Фиг. 10, обсуждаемом ниже.
Индуктор 44 последовательно соединен с каждым из первого и второго встречно-штыревых конденсаторов 46а и 46b через плакированное сквозное отверстие 33а. Один конец индуктора 44 электрически подсоединен к наконечнику t3 через плакированное сквозное отверстие 32b. Один конец каждого из первого и второго конденсаторов 46а и 46b электрически подсоединен к кольцу r1 через плакированное сквозное отверстие 32с. Аналогичным образом индуктор 54 подсоединен последовательно с каждым из третьего и четвертого встречно-штыревых конденсаторов 56а и 56b через проводящее сквозное межсоединение 33b. Один конец индуктора 54 электрически подсоединен к наконечнику t1 через плакированное сквозное отверстие 32е. Один конец каждого из третьего и четвертого конденсаторов 56а и 56b электрически подсоединен к кольцу r3 через плакированное сквозное отверстие 32f.
Согласно настоящему изобретению использование структур комбинации последовательно соединенных LC для компенсации ППБКЛ на второй ступени подхода к решению задачи двухступенчатой компенсации, которое показано на примере для комбинации пары (1-3), улучшает характеристику на высоких частотах, если штырь 20 является штырем низкой перекрестной помехи, и улучшает характеристику на высоких частотах, если штырь 20 является штырем сильной перекрестной помехи. Ниже приведено пояснение работы таких структур комбинации.
ППБКЛ относится к двум факторам: емкостной связи и индуктивной связи. Тесная близость двух проводов создает емкостную связь, тогда как ток, протекающий через эти провода, создает индуктивную связь. Поэтому штырь 20, когда он сопрягается с контактами 30, вносит как емкостную связь, так и индуктивную связь. Оба этих фактора способствуют генерированию перекрестной помехи на ближайшем конце линии или ППБКЛ.
Для снижения или компенсации ППБКЛ обычно используют две ступени компенсации. Первая ступень сфазирована в противоположном направлении с фазой ППБКЛ штыря, тогда как вторая ступень имеет фазу того же самого направления, что и фаза ППБКЛ штыря. Это известно и раскрыто в патенте '358. Направление компенсации относительно фазы штыря наглядно показано стрелками V1-V5 на Фиг. 4А.
Кроме того, перекрестная помеха, генерированная на дальнем конце соединителя, называется ППДКЛ. Для компенсации этого параметра некоторый участок нормальной ППБКЛ должен включать индуктивный компонент. Этот компонент является частью первой ступени двухступенчатого компенсатора, описанного здесь. Это происходит в секции 30b пружинящих проводов гнезда непосредственно за переходом 14. В этой области компенсации последняя является сравнительно стабильной относительно частоты.
Значительная часть компенсации первой ступени для ППБКЛ является емкостной компенсацией, обеспеченной использованием конденсаторов 40а и 40b. Эта показанная на Фиг. 4А и 4В часть первой ступени имеет минимальную задержку от исходной перекрестной помехи, появляясь на участке ПП 10, где она непосредственно электрически соединена через не несущий ток участок 30а контактов 30 с местом, где контакты штыря 20 перехватывают контакты 30. Чистая компенсация первой ступени, которая является емкостной частью перед переходом 14, плюс индуктивная часть непосредственно за переходом 14 является противоположной перекрестной помехе, генерированной в штыре. Вторая ступень имеет дополнительную задержку от первой ступени, появляясь на участке ПП 10, который находится на некотором расстоянии от места, где контакты штыря 20 перехватывают контакты 30 через токонесущий участок 30b контактов 30. Она имеет направление компенсации, совпадающее с направлением перекрестной помехи штыря.
Встречно-штыревые конденсаторы 40а и 40b размещены на внутренних металлизированных слоях как часть первой ступени. Структуры комбинации последовательно соединенных L-C размещены на второй ступени. Величина компенсации первой ступени, которая является главным образом емкостной компенсацией и не содержит добавленного последовательно соединенного индуктивного элемента, является сравнительно плоской относительно частоты. С другой стороны, емкостная компенсация второй ступени вынуждена увеличиваться с ростом частоты благодаря размещению структур комбинации последовательно соединенных L-C в слоях ПП. В результате, чистая компенсационная перекрестная помеха (преднамеренно созданная перекрестная помеха) соединителя, составляющая компенсационную перекрестную помеху первой ступени минус компенсационную перекрестную помеху второй ступени, снижается с ростом частоты. Другими словами, чистая компенсационная перекрестная помеха становится переменной в зависимости от частоты, так что настоящее изобретение обеспечивает более низкий уровень компенсационной перекрестной помехи на высокой частоте, чем был бы уровень, нормально существующий без последовательно подсоединенной катушки индуктивности. Это минимизирует перекомпенсацию перекрестной помехи в соединителе на высоких частотах. При этом зависящая от частоты компенсация обеспечивает более высокий уровень компенсационной перекрестной помехи на низкой частоте для минимизации недостаточной компенсации перекрестной помехи на низких частотах в соединителе. Обеспечивая низкий уровень компенсационной перекрестной помехи на высокой частоте, настоящее изобретение улучшает высокочастотную границу соединителя, когда штырь низкой перекрестной помехи вводят в гнездо. С другой стороны, обеспечивая высокий уровень компенсационной перекрестной помехи на низкой частоте, настоящее изобретение улучшает низкочастотную границу соединителя, когда штырь сильной перекрестной помехи вводят в гнездо.
Другим способом обеспечения роста эффективной емкости с ростом частоты является использование характеристики саморезонанса встречно-штыревого конденсатора, описанное в статье, озаглавленной как "Встречно-штыревые конденсаторы и их применение в интегральных схемах СВЧ-диапазона с элементами, имеющими сосредоточенные параметры" ("Interdigital Capacitors and their Application to Lump-element Microwave Integrated Circuits"), Гари Д. Олли (Gary D. Alley) и опубликованной в журнале "Труды Института инженеров по электротехнике и электронике в области СВЧ теории и техники" ("IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques"), том МТТ-18, № 12, дек. 1970, стр. 1028-1033. В этой статье Олли показывает, что встречно-штыревой конденсатор демонстрирует саморезонанс при частоте, определенной его соотношением длины/ширины.
Как показано на Фиг.5, встречно-штыревой конденсатор 70 включает в себя первый и второй гребни 70а и 70b, которые зацепляются взаимно друг с другом, и зажимы 72. Длина (L) и ширина (W) определяются, как показано на фигуре. При росте соотношения длины/ширины (L/W) встречно-штыревого конденсатора снижается частота, при которой он демонстрирует саморезонанс. Это проявляется в более высокой скорости роста эффективной емкости по всей полосе частот, представляющей интерес, при условии, что частота резонанса остается выше этой полосы частот. Это показано на Фиг. 6, на которой приведена диаграмма зависимости эффективной емкости от частоты встречно-штыревых конденсаторов с различными соотношениями L/W. Эта диаграмма показывает результат моделирования посредством программного обеспечения "hfss", предложенного инофирмой Ансофт Инк., и сравнивает частотную зависимость различных геометрий встречно-штыревого конденсатора, а также конденсатора с параллельными пластинчатыми обкладками. Как показано на Фиг. 6, удлиненный встречно-штыревой конденсатор, имеющий соотношение 10.39, демонстрирует самую высокую скорость роста эффективной емкости относительно растущей частоты по сравнению со встречно-штыревыми конденсаторами, имеющими соотношения L/W, равные 1,27 и 0,195, и по сравнению с конденсатором с параллельными пластинчатыми обкладками. Все характеристики на диаграмме нормализованы до 1Пф при 100 МГц для такого сравнения.
Характеристика саморезонанса удлиненного встречно-штыревого конденсатора, обсужденная выше, используется для обеспечения компенсации ППБКЛ в системе многоступенчатой компенсации согласно второму воплощению настоящего изобретения. Фиг. 7А является видом сбоку соединителя согласно этому второму воплощению настоящего изобретения, а Фиг. 7В - видом сверху ПП и элементов компенсации ППБКЛ по Фиг. 7А. Второе воплощение идентично первому воплощению за исключением того, что используются различные типы элементов компенсации ППБКЛ. В частности, конденсаторы первой ступени компенсации реализованы с использованием первого и второго конденсаторов с параллельными пластинчатыми обкладками 50 и 51, а элементы компенсации второй ступени реализованы с использованием первой пары удлиненных встречно-штыревых конденсаторов 57а и 58а и второй пары удлиненных встречно-штыревых конденсаторов 57b и 58b. Конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками является конденсатором, образованным из двух параллельных металлических обкладок, каждая из которых имеет различный потенциал, и этот конденсатор является известным.
Две обкладки (50а и 50b по Фиг. 7А) первого конденсатора 50 с параллельными пластинчатыми обкладками образованы соответственно на втором и третьем металлизированных слоях ML2 и ML3. Таким же образом образованы две обкладки второго конденсатора 51 с параллельными пластинчатыми обкладками соответственно на втором и третьем металлизированных слоях ML2 и ML3. Обкладка 50а конденсатора 50 подсоединена к кольцу r1 через плакированное сквозное отверстие 48b. Обкладка 50b конденсатора 50 подсоединена к кольцу r3 через плакированное сквозное отверстие 48а. Обкладка 51а второго конденсатора 51 с параллельными пластинчатыми обкладками подсоединена с наконечником t1 через плакированное сквозное отверстие 48с, а обкладка 51b конденсатора 51 подсоединена с наконечником t3 через плакированное сквозное отверстие 48d.
Первая пара удлиненных встречно-штыревых конденсаторов 57а и 58а образована как часть металлизированного слоя ML2, а вторая пара удлиненных встречно-штыревых конденсаторов 57b и 58b образована как часть третьего металлизированного слоя ML3. Один конец каждого из удлиненных конденсаторов 57а и 57b электрически подсоединен к кольцу r1 через плакированное сквозное отверстие 32с, тогда как другой конец каждого из удлиненных конденсаторов 57а и 57b электрически подсоединен к наконечнику t3 через плакированное сквозное отверстие 32b. Поэтому встречно-штыревые конденсаторы 57а и 58b электрически размещены параллельно для достижения более высокой емкости. Аналогичным образом один конец каждого из удлиненных конденсаторов 58а и 58b электрически подсоединен к кольцу r3 через плакированное сквозное отверстие 32f, тогда как другой конец каждого из удлиненных конденсаторов 58а и 58b электрически подсоединен к наконечнику t1 через плакированное сквозное отверстие 32е. Поэтому конденсаторы 58а и 58b электрически размещены параллельно для достижения более высокой емкости.
Величина емкостной связи первой ступени компенсации получена соответственно сравнительно плоской относительно частоты благодаря размещению конденсаторов с параллельными пластинчатыми обкладками на первой ступени соединителя. Емкостная связь второй ступени компенсации получена возрастающей с ростом частоты благодаря размещению удлиненных встречно-штыревых конденсаторов с большими соотношениями L/W на второй ступени соединителя. В результате этого чистая компенсационная перекрестная помеха соединителя снижается с ростом частоты.
В третьем воплощении настоящего изобретения объединены способы реализации первого и второго воплощений. В частности, в третьем воплощении элементы компенсации второй ступени реализованы с использованием структуры комбинации последовательно соединенных L-C, где эта структура, как показано, например, на Фиг. 8, включает в себя спиральный индуктор 72, соединенный последовательно с удлиненным встречно-штыревым конденсатором 74, имеющим большое соотношение L/W и размещенным на ПП 10. Другими словами, соединитель третьего воплощения идентичен соединителю первого воплощения, показанному на Фиг. 4А и 4В, за исключением того, что каждый из встречно-штыревых конденсаторов 46а, 46b, 56а и 56b второй ступени является удлиненным, чтобы иметь большое соотношение L/W.
В четвертом и пятом воплощениях настоящего изобретения способ второго и третьего воплощений может быть соответственно реализован с использованием сложенного удлиненного встречно-штыревого конденсатора вместо встречно-штыревого конденсатора с большим соотношением длины/ширины, показанного на Фиг. 8. Пример сложенного удлиненного встречно-штыревого конденсатора показан в трехмерном виде на Фиг. 9.
Более конкретно, в четвертом воплощении два обычных удлиненных встречно-штыревых конденсатора 57а и 57b, образованных соответственно на металлизированных слоях ML2 и ML3 печатной платы ПП, как показано на Фиг. 7А и 7В второго воплощения, заменены одним сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором с его слоями, образованными на металлизированных слоях ML2 и ML3 печатной платы ПП, как показано на Фиг. 9. Аналогичным образом два обычных удлиненных встречно-штыревых конденсатора 58а и 58b, образованных соответственно на металлизированных слоях ML2 и ML3 печатной платы ПП, как показано на Фиг. 7А и 7В второго воплощения, заменены одним сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором с его слоями, образованными на металлизированных слоях ML2 и ML3 печатной платы ПП, как показано на Фиг. 9.
Пятое воплощение идентично третьему воплощению за исключением того, что обычный удлиненный встречно-штыревой конденсатор 74, показанный на Фиг. 8 третьего воплощения, заменен сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором 78, как показано на Фиг. 10. Этот сложенный удлиненный встречно-штыревой конденсатор 78 имеет ту же самую структуру, что и сложенный удлиненный встречно-штыревой конденсатор, показанный на Фиг. 9. Поскольку третье воплощение идентично первому воплощению, показанному на Фиг. 4А и 4В, за исключением использования удлиненных встречно-штыревых конденсаторов, показанных на Фиг. 7А и 7В, пятое воплощение является просто идентичным первому воплощению, показанному на Фиг. 4А и 4В, за исключением того, что встречно-штыревые конденсаторы 46а, 46b, 56а и 56b заменены сложенными удлиненными встречно-штыревыми конденсаторами, имеющими большие соотношения L/W.
Более конкретно, в пятом воплощении два обычных встречно-штыревых конденсатора 46а и 46b, образованных соответственно на металлизированных слоях ML2 и ML3 печатной платы ПП, как показано на Фиг. 4А и 4В первого воплощения, заменены одним сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором со слоями, образованными на первом и втором металлизированных слоях ML1 и ML2 (например, как показано на Фиг. 9). Таким же образом два обычных встречно-штыревых конденсатора 56а и 56b, образованных соответственно на металлизированных слоях ML2 и ML3 печатной платы ПП, как показано на Фиг. 4А и 4В второго воплощения, заменены одним сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором со слоями, образованными на металлизированных слоях ML1 и ML2.
Фиг. 11 - диаграмма, сравнивающая в качестве примера характеристику зависимости эффективной емкости от частоты первого, четвертого и пятого воплощений настоящего изобретения. Эта диаграмма показывает результат моделирования, получаемого программным обеспечением "hfss", предложенным инофирмой Ансофт, Инк., причем все характеристики на диаграмме нормализованы до 1Пф при 100МГц для этого сравнения. Как показано на Фиг. 11, комбинация спирального индуктора и сложенного удлиненного встречно-штыревого конденсатора, подсоединенных последовательно, на второй ступени согласно пятому воплощению (характеристика 80) дает в результате рост эффективной емкости с частотой, который выше роста эффективной емкости, ожидаемого от схем компенсации согласно первому воплощению (характеристика 81) или согласно четвертому воплощению (характеристика 82).
Фиг. 12А - вид сбоку соединителя согласно шестому воплощению настоящего изобретения, и Фиг. 12В - вид сверху ПП и элементов компенсации ППБКЛ по Фиг. 10А. Как показано на Фиг. 12А и 10В, это шестое воплощение идентично второму воплощению за исключением того, что разомкнутые линии 92 передачи (92а, 92b, 92c и 92d) используются как элементы компенсации второй ступени. В этом случае компенсирующие конденсаторы первой ступени реализуются с использованием конденсаторов 50 и 51 с параллельными пластинчатыми обкладками, как во втором воплощении, и элементы емкостной компенсации второй ступени реализуются с использованием разомкнутых линий 92 передачи на втором металлизированном слое ML2 на печатной плате ПП 10. Резонанс в этом воплощении имеет место на частоте, где длина линии 92 передачи становится равной четверти длины волны на частоте резонанса.
Хотя были проиллюстрированы четыре слоистые структуры ПП, должно быть очевидным, что любое другое число подложек ПП и/или металлизированных слоев может быть использовано для печатной платы(плат) ПП. Получаемый в результате соединитель настоящего изобретения можно ассоциировать с корпусами, соединителями со сдвигом изоляции, пружинными контактами гнезда и т.д. Так что различные конфигурации и признаки вышеприведенных воплощений могут быть объединены или заменены конфигурациями и признаками других воплощений. Там, где используются конденсаторы встречно-штыревого типа, вместо них могут быть использованы конденсаторы с пластинчатыми обкладками или дискретные конденсаторы. При этом катушки индуктивности могут быть реализованы с использованием геометрий, отличных от геометрии круглой спирали, показанной на Фиг. 4В, например, овальной спирали, квадратной спирали, прямоугольной спирали, с использованием соленоида или дискретных катушек индуктивности. Там, где используются встречно-штыревые конденсаторы, они могут быть продублированы соответствующими другими встречно-штыревыми конденсаторами. В одном соединителе некоторые из встречно-штыревых конденсаторов могут быть реализованы на единственном металлизированном слое или на нескольких металлизированных слоях.
Хотя настоящее изобретение было пояснено его воплощениями, показанными на чертежах, которые описаны выше, обычному специалисту в данной области техники будет понятно, что изобретение не ограничивается его воплощениями, поскольку возможны различные изменения или модификации без отхода от сущности изобретения.
1. Схемная структура для снижения перекрестной помехи в печатной плате (ПП), включающей в себя множество подложек и множество металлизированных слоев между подложками, при этом структура включает в себя первую компенсирующую структуру, предусмотренную на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП в зоне первой ступени ПП, и вторую компенсирующую структуру, предусмотренную в зоне второй ступени ПП для увеличения компенсирующей емкости с увеличением частоты.
2. Структура по п.1, в которой вторая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, одну комбинацию последовательно соединенных катушки индуктивности-конденсатора, включающую в себя катушку индуктивности и, по меньшей мере, один конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности.
3. Структура по п.2, в которой катушка индуктивности размещена на наружном металлизированном слое, выше или ниже металлизированного слоя ПП, или внутри ПП.
4. Структура по п.3, в которой катушка индуктивности является спиральным индуктором.
5. Структура по п.3, в которой, по меньшей мере, один конденсатор включает в себя первый встречно-штыревой конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности и размещенный на первом металлизированном слое, и второй встречно-штыревой конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности и размещенный на втором металлизированном слое ПП.
6. Структура по п.2, в которой первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
7. Структура по п.1, в которой вторая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один удлиненный встречно-штыревой конденсатор на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП.
8. Структура по п.7, в которой первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
9. Структура по п.7, в которой вторая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один удлиненный встречно-штыревой конденсатор, который является сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором.
10. Структура по п.9, в которой первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
11. Структура по п.2, в которой, по меньшей мере, один конденсатор комбинации последовательно соединенных катушки индуктивности-конденсатора является, по меньшей мере, одним удлиненным встречно-штыревым конденсатором на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП.
12. Структура по п.11, в которой первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
13. Структура по п.11, в которой, по меньшей мере, один удлиненный встречно-штыревой конденсатор является сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором.
14. Структура по п.13, в которой первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
15. Структура по п.1, в которой вторая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, одну разомкнутую линию передачи на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП.
16. Структура по п.15, в которой первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
17. Соединитель для снижения перекрестной помехи, включающий в себя печатную плату (ПП), включающую в себя множество подложек и множество металлизированных слоев между подложками, первую компенсирующую структуру, предусмотренную на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП в зоне первой ступени ПП, вторую компенсирующую структуру, предусмотренную в зоне второй ступени ПП для увеличения компенсирующей емкости с увеличением частоты, и, по меньшей мере, один проводящий контакт, предусмотренный выше ПП.
18. Соединитель по п.17, в котором вторая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, одну комбинацию последовательно соединенных катушки индуктивности-конденсатора, включающую в себя катушку индуктивности и, по меньшей мере, один конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности.
19. Соединитель по п.18, в котором катушка индуктивности размещена на наружном металлизированном слое, выше или ниже металлизированного слоя ПП, или внутри ПП.
20. Соединитель по п.19, в котором катушка индуктивности является спиральным индуктором.
21. Соединитель по п.19, в котором, по меньшей мере, один конденсатор включает в себя первый встречно-штыревой конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности и размещенный на первом металлизированном слое, и второй встречно-штыревой конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности и размещенный на втором металлизированном слое ПП.
22. Соединитель по п.18, в котором первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
23. Соединитель по п.17, в котором вторая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один удлиненный встречно-штыревой конденсатор на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП.
24. Соединитель по п.23, в котором первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
25. Соединитель по п.23, в котором, по меньшей мере, один удлиненный встречно-штыревой конденсатор является сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором.
26. Соединитель по п.25, в котором первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
27. Соединитель по п.18, в котором, по меньшей мере, один конденсатор комбинации последовательно соединенных катушки индуктивности-конденсатора является, по меньшей мере, одним удлиненным встречно-штыревым конденсатором на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП.
28. Соединитель по п.27, в котором первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
29. Соединитель по п.27, в котором, по меньшей мере, один удлиненный встречно-штыревой конденсатор является сложенным удлиненным встречно-штыревым конденсатором.
30. Соединитель по п.29, в котором первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
31. Соединитель по п.17, в котором вторая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, одну разомкнутую линию передачи на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП.
32. Соединитель по п.31, в котором первая компенсирующая структура включает в себя, по меньшей мере, один встречно-штыревой конденсатор или, по меньшей мере, один конденсатор с параллельными пластинчатыми обкладками.
33. Структура для снижения перекрестной помехи в печатной плате (ПП), включающей в себя множество подложек и множество металлизированных слоев между подложками, включающая в себя компенсирующую часть, предусмотренную на, по меньшей мере, одном металлизированном слое ПП в зоне первой ступени ПП, и средство, предусмотренное в зоне второй ступени ПП, для увеличения компенсирующей емкости с увеличением частоты.
34. Структура по п.2, в которой, по меньшей мере, один конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности во второй компенсирующей структуре, является, по меньшей мере, одним конденсатором с параллельными пластинчатыми обкладками.
35. Соединитель по п.18, в котором, по меньшей мере, один конденсатор, последовательно соединенный с катушкой индуктивности во второй компенсирующей структуре, является, по меньшей мере, одним конденсатором с параллельными пластинчатыми обкладками.
