專利名稱：應(yīng)用頻率相關(guān)有效電容的近端串音高頻的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連接器中的近端串音(NEXT)補(bǔ)償，更具體地說(shuō)，涉及一種在多級(jí)補(bǔ)償系統(tǒng)中通過(guò)設(shè)置頻率相關(guān)有效電容消除或減小NEXT的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在連接器中導(dǎo)體之間的噪聲或者信號(hào)串?dāng)_被稱作串音。在利用連接器的通訊裝置中串音是個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題。特別是，在經(jīng)常和電腦一起使用的模塊插頭與模塊插孔緊密適配的通訊系統(tǒng)中，插孔和/或插頭中的電線(導(dǎo)體)產(chǎn)生近端串音(NEXT)，即，短距離臨近位置的電線之間的串音。一個(gè)插頭由于它的結(jié)構(gòu)或者電纜線終止于其中的方式能夠產(chǎn)生高串音或者低串音。帶有高串音的插頭在本文被稱為高串音插頭，帶有低串音的插頭在本文被稱為低串音插頭。
授予Adriaenssens等人的美國(guó)專利號(hào)5997358(以下稱“‘358號(hào)專利”)描述了補(bǔ)償此類NEXT的兩級(jí)方案?！啊?58號(hào)”專利的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在本文中。更進(jìn)一步，美國(guó)專利號(hào)5915989；6042427；6050843和6270381的主題內(nèi)容也通過(guò)引用結(jié)合在本文中。
‘358號(hào)專利通過(guò)通常在插孔內(nèi)分兩級(jí)加入制造的或者人為的串音減小模塊插頭的電線對(duì)之間的NEXT(原始串音)，因此適合于插頭-插孔組合消除或者減小總體串音。此制造的串音在本文被稱為補(bǔ)償串音。這一想法通常在兩級(jí)中利用電容器和/或電感補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)。這一想法能夠這樣實(shí)現(xiàn)，例如，將在連接器中被補(bǔ)償?shù)囊粚?duì)組合對(duì)中的一方的一個(gè)導(dǎo)體的通路相交兩次，因此提供了兩級(jí)NEXT補(bǔ)償。此方案比之在單級(jí)加補(bǔ)償?shù)姆桨父咝实販p少NEXT，特別是，就如經(jīng)常發(fā)生的情況，除了一段時(shí)間延遲后之外當(dāng)補(bǔ)償不能被引入時(shí)就更是如此。
雖然有效，‘358號(hào)專利的NEXT補(bǔ)償方案有一個(gè)缺點(diǎn)是，相對(duì)于Telecommunication Industry Association(TIA)的限制線，當(dāng)高串音插頭和插座一起使用時(shí)在低頻(大約100MHz以下)處NEXT容限會(huì)有退化，而當(dāng)?shù)痛舨孱^和插座一起使用時(shí)在高頻(大約250MHz以上)處NEXT容限會(huì)有退化。更具體地說(shuō)，當(dāng)一個(gè)兩級(jí)補(bǔ)償?shù)牟孱^中的凈補(bǔ)償串音少于原始串音(即，當(dāng)一個(gè)高串音插頭插入插座時(shí))時(shí)，插頭-插座組合被稱為補(bǔ)償不足，結(jié)果的NEXT頻率特性將在低頻上在零位插入某一頻率點(diǎn)之前出現(xiàn)一個(gè)峰，此頻率點(diǎn)由級(jí)間延遲和補(bǔ)償級(jí)的數(shù)量確定。然后NEXT數(shù)量頻率響應(yīng)的斜率從該零位前的較淺平的斜率轉(zhuǎn)變?yōu)榱阄缓蠖盖偷男甭?，因此?dǎo)致NEXT在高頻，即在這些零位外的頻率處迅速退化。
另一方面，當(dāng)一個(gè)此類插頭中的凈補(bǔ)償串音多于原始串音(即，當(dāng)一個(gè)低串音插頭插入插座)時(shí)，插頭-插座組合被稱為過(guò)補(bǔ)償，結(jié)果的NEXT頻率特性將沒(méi)有零位，而NEXT頻率特性的斜率在很高頻率處將逐漸增加而趨向60dB/decade，大大超過(guò)20dB/decade的TIA限制斜率。
因而，當(dāng)一個(gè)高串音插頭和插座一起使用時(shí)，雖然低頻容限(連接器的低頻性能)可以通過(guò)增加補(bǔ)償水平改進(jìn)，但是當(dāng)一個(gè)低串音插頭和插座一起使用時(shí)這一行為將使高頻容限(連接器的高頻性能)進(jìn)一步退化。相反地，當(dāng)一個(gè)低串音插頭和插座一起使用時(shí)，雖然高頻容限可以通過(guò)減小補(bǔ)償水平改進(jìn)，但是當(dāng)一個(gè)高串音插頭和插座一起使用時(shí)，這一行為將使低頻容限進(jìn)一步退化。
因此，需要一種技術(shù)能夠同時(shí)減少或者消除當(dāng)使用低串音插頭時(shí)在高頻處的和當(dāng)使用高串音插頭時(shí)的低頻處的NEXT。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了減少連接器中NEXT的相關(guān)技術(shù)的問(wèn)題和限制。具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種多級(jí)串音補(bǔ)償方案，在此方案中組合的電容器耦合以這樣的方式偏置當(dāng)頻率增加時(shí)減少總的補(bǔ)償水平，因此明顯改進(jìn)了連接器的高頻NEXT的性能而不使低頻NEXT的性能退化。這可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)第一級(jí)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)第一級(jí)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)有隨著頻率增加相對(duì)平坦的有效電容器響應(yīng)，同時(shí)設(shè)置一個(gè)第二級(jí)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，這個(gè)第二級(jí)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)有隨著頻率增加而增加的有效電容器響應(yīng)。
本發(fā)明改進(jìn)了模塊輸出和面板的低頻(例如1-100MHz)串音性能以及高頻(例如250-500MHz；或者500MHz及以上)串音性能。
本申請(qǐng)書(shū)的這些和另外的目的通過(guò)下文的詳細(xì)描述將變得更清楚。但是，可以理解的是，雖然表明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但這些詳細(xì)描述和具體實(shí)例的給出僅僅是說(shuō)明性的方式，因?yàn)閷?duì)于本領(lǐng)域的熟練人士通過(guò)該詳細(xì)描述在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種改進(jìn)和修改將是很明顯的。


通過(guò)以下的詳細(xì)描述和附圖本發(fā)明將被更充分地理解，這些附圖僅是說(shuō)明性的，因此并非對(duì)本發(fā)明的限制，其中
圖1顯示了應(yīng)用于本發(fā)明的串聯(lián)電感-電容器組合結(jié)構(gòu)；
圖2是一個(gè)簡(jiǎn)化的印刷電路板(PCB)的透視圖，圖中顯示了圖1中串聯(lián)電感-電容器組合可以怎樣根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例實(shí)施的實(shí)例；
圖3是一個(gè)曲線圖，圖中顯示了圖2中顯示的PCB結(jié)構(gòu)的有效電容器對(duì)于頻率響應(yīng)的模擬實(shí)例；
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的連接器的側(cè)面圖4B是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖4A的PCB和NEXT補(bǔ)償元件的頂視平面圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的交叉指形電容器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例；
圖6是一個(gè)曲線圖，圖中顯示具有不同長(zhǎng)寬比的交叉指形電容器的有效電容對(duì)于頻率響應(yīng)的模擬實(shí)例；
圖7A是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的連接器的側(cè)面圖7B是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖7A的PCB和NEXT補(bǔ)償元件的頂視平面圖8是一個(gè)簡(jiǎn)化的PCB的透視圖，圖中顯示了圖1的串聯(lián)電感-電容器組合可以怎樣根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例實(shí)施的實(shí)例；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器的實(shí)例；
圖10是一個(gè)簡(jiǎn)化的PCB的透視圖，圖中顯示了圖1的串聯(lián)電感-電容器組合可以怎樣根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例實(shí)施的實(shí)例；
圖11是一個(gè)曲線圖，圖中作為一個(gè)實(shí)例比較了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的NEXT補(bǔ)償PCB的有效電容對(duì)于頻率響應(yīng)的關(guān)系。
圖12A是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的連接器的側(cè)面圖12B是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的圖12A的PCB和NEXT補(bǔ)償元件的頂視平面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)附解這些實(shí)施例的實(shí)例。在此申請(qǐng)書(shū)中，“級(jí)”是指補(bǔ)償?shù)奈恢?，該補(bǔ)償產(chǎn)生于補(bǔ)償延遲點(diǎn)上。本發(fā)明提供了各種能夠替代‘358號(hào)專利中圖7A的印刷線路板的印刷電路板(PCB)的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供了在連接器多級(jí)NEXT補(bǔ)償系統(tǒng)的第二級(jí)的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。此第二級(jí)有隨頻率增加而增加的有效電容響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的不同具體實(shí)施例，這可以通過(guò)使用串聯(lián)電感(L)-電容器(C)組合結(jié)構(gòu)，高長(zhǎng)/寬比的交叉指形電容器，折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器，或者連接器中的開(kāi)路傳輸線實(shí)現(xiàn)。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)。該L-C組合結(jié)構(gòu)的有效電容(Ceff)的公式如下所示Ceff=C1-(2πf)2LC]]>其中f是頻率，C代表電容器的電容量，L代表電感器的電感量。從這個(gè)式子中可以看到，在小于串聯(lián)L-C組合的諧振頻率的頻率處有效電容Ceff隨頻率增加而增加。諧振頻率fres被定義如下fres=12πLC]]>
根據(jù)本發(fā)明，選擇L和C使諧振頻率fres發(fā)生在所研究帶寬的最高工作頻率以上。這樣使有效電容隨著頻率增加而增加直到諧振頻率fres。
圖2是一個(gè)簡(jiǎn)化的PCB的透視圖，圖中顯示了圖1的串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)怎樣根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例實(shí)施。如圖2所示，圖1的串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)配備一個(gè)PCB。這里，印刷電路的細(xì)節(jié)沒(méi)有顯示。在此例中電感L用一個(gè)螺旋狀電感實(shí)施，該電感具有位于PCB的頂面上的螺旋結(jié)構(gòu)。在此例中電容器C用這樣的電容器結(jié)構(gòu)實(shí)施，該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)互相電氣并聯(lián)的位于PCB內(nèi)層的交叉指形電容器構(gòu)成。交叉指形電容器是指具有兩個(gè)分別處于不同電位上的相互交錯(cuò)嚙合的金屬梳齒的共平面配置的電容器，并且是一種已知的電容器。電容器C通過(guò)諸如電鍍的通孔的通路8電連接到電感L。要注意的是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的目的，圖1的串聯(lián)電容器也可以通過(guò)使用構(gòu)造在PCB的兩層上的簡(jiǎn)單的平板電容器實(shí)現(xiàn)。
圖3是一個(gè)曲線圖，圖中顯示了圖2中顯示的PCB結(jié)構(gòu)的有效電容對(duì)于頻率響應(yīng)的模擬實(shí)例。這一曲線圖通過(guò)利用Ansoft公司提供的已知的模擬軟件“hfss”模擬。電容值在100MHz歸一化到1pF，此曲線圖顯示了圖2中顯示的PCB的有效電容隨頻率增加而增加。簡(jiǎn)單的平板電容器存在相似的響應(yīng)情況。
圖4A和4B顯示了根據(jù)第一實(shí)施例串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)如何被應(yīng)用于這個(gè)實(shí)例中來(lái)補(bǔ)償連接器中的1-3對(duì)NEXT。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的連接器的側(cè)面圖，圖4B是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖4A的PCB和NEXT補(bǔ)償元件的頂視平面圖。
參考圖4A和4B，連接器包括具有交叉渡越線14的彈簧觸點(diǎn)30和一個(gè)PCB10。插頭20與連接器緊密配合。插頭20可以是諸如電話線末端使用的插頭或者用于連接個(gè)人電腦和墻上輸出的接插線的模塊插頭。觸點(diǎn)30可被焊接到或者壓配合入位于PCB10上適當(dāng)部分的電鍍通孔32并可以是彈簧線觸點(diǎn)。而且，觸點(diǎn)30有一個(gè)電流承載部分30b和一個(gè)非電流承載部分30a，其中部分30a和30b之間的分界線BD在圖4A中被標(biāo)明。觸點(diǎn)30和PCB10可以被包容在諸如模塊插口的外殼中，因此當(dāng)插頭20插入插口時(shí)，插頭20上的電觸點(diǎn)與PCB10上的電觸點(diǎn)通過(guò)觸點(diǎn)30緊密配合。
PCB10是由樹(shù)脂或者其它已知的適合作為PCB材料的原材料制成的多層板。在此例中，PCB10由三個(gè)襯底(S1-S3)和四個(gè)金屬化層(ML1-ML4)交替疊加而成。更具體地說(shuō)，襯底和金屬化層按以下次序疊加(從頂?shù)降?ML1，S1，ML2，S2，ML3，S3，ML4。金屬化層ML1-ML4的每一層都代表了形成于直接在該相應(yīng)金屬化層下的襯底的上表面上的金屬導(dǎo)電圖形。金屬化層的某些部分通過(guò)諸如電鍍通孔的一個(gè)或者更多的導(dǎo)體通路32相互相連以達(dá)到電連通。所示彈簧觸點(diǎn)30形成于第一金屬化層ML1上。
彈簧觸點(diǎn)30可以是多個(gè)導(dǎo)線對(duì)P，每一個(gè)導(dǎo)線對(duì)P包括被標(biāo)注為環(huán)(r)和尖(t)的觸點(diǎn)。在圖4B中設(shè)置了四對(duì)，它們是(t1，r1)，(t2，r2)，(t3，r3)和(t4，r4)。環(huán)已知是導(dǎo)體的負(fù)極，尖已知是導(dǎo)體的正極。
第一和第二對(duì)交叉指形電容器40a和40b作為第一級(jí)NEXT補(bǔ)償?shù)碾娙菪匝a(bǔ)償并且分別形成在PCB10的第二和第三金屬化層ML2和ML3上或者作為其一部分。在此例中，在部分30b中的插孔彈簧被設(shè)置在交叉渡越線14后用于為電感性補(bǔ)償作貢獻(xiàn)也作為第一級(jí)補(bǔ)償?shù)囊徊糠?。在層ML2上的第一對(duì)交叉指形電容器40a在層ML3上重復(fù)作為第二對(duì)電容器40b。第一對(duì)交叉指形電容器40a由設(shè)置在層ML2上的電容器40a1和40a2組成。第二對(duì)交叉指形電容器40b由設(shè)置在層ML3上的電容器40b1和40b2組成。第一對(duì)中的第一電容器40a1的末端分別通過(guò)一對(duì)電鍍通孔48a和48b與環(huán)r3和r1電接觸。第一對(duì)中的第二電容器40a2的末端分別通過(guò)一對(duì)電鍍通孔48c和48d與尖t1和t3電接觸。第二對(duì)交叉指形電容器40b是電容器40b1和40b2，它們以和第一對(duì)交叉指形電容器40a同樣的方式設(shè)置在層ML3上。通過(guò)電鍍通孔48a和48b，電容器40a1和40b1并聯(lián)電相連。同樣地，通過(guò)電鍍通孔48c和48d，電容器40a2和40b2并聯(lián)電相連。
更進(jìn)一步，串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)作為第二級(jí)NEXT補(bǔ)償結(jié)構(gòu)被設(shè)置在PCB上。第一串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)包括螺旋電感44和第一和第二交叉指形電容器46a和46b。螺旋電感44設(shè)置在第一金屬化層ML1上或者在其之上，然而第一和第二交叉指形電容器46a和46b分別設(shè)置于第二和第三金屬化層ML2和ML3上。以相似的方式，第二串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)包括螺旋電感54和第三和第四交叉指形電容器56a和56b。螺旋電感54設(shè)置在第一金屬化層ML1上或者在其之上，然而第三和第四交叉指形電容器56a和56b分別設(shè)置于第二和第三金屬化層ML2和ML3上。在此例中，層ML2上的第一和第三電容器46a和56a在層ML3上分別被重復(fù)作為第二和第四電容器46b和56b。通過(guò)電鍍通孔33a和32c，電容器46a和46b并聯(lián)電連接。通過(guò)電鍍通孔33b和32f，電容器56a和56b并聯(lián)電連接。
在本申請(qǐng)書(shū)中，關(guān)于補(bǔ)償電容的“重復(fù)”意味著完全相同地復(fù)制在所有指定的金屬化層上。比如，電容器40a與電容器40b將具有完全相同的形狀和尺寸并且將垂直地對(duì)齊。重復(fù)交叉指形電容器的理由是為了增加電容量而不必增加印跡(表面覆蓋度)。此外可以使用更大印跡的交叉指形電容器而不需要這樣的重復(fù)。另一方面，如果印刷電路板由更多金屬化層構(gòu)成，如果需要的話交叉指形電容器可以在超過(guò)兩層的金屬化層上重復(fù)以產(chǎn)生更小的印跡。需要注意的是在第一實(shí)施例的精神中，平板電容器可以被用來(lái)替代交叉指形電容器46a、46b、56a和56b。此外第一級(jí)電容器40a和40b也可以使用平板電容器，例如，在以后將要討論的圖10中使用的那樣。
電感44與每個(gè)第一和第二交叉指形電容器46a和46b通過(guò)電鍍通孔33a串聯(lián)。電感44的一端通過(guò)電鍍通孔32b與尖t3電相連。每個(gè)第一和第二電容器46a和46b都有一端通過(guò)電鍍通孔32c與環(huán)r1電相連。以相似的方式，電感54與每個(gè)第三和第四交叉指形電容器56a和56b通過(guò)電鍍通孔33b串聯(lián)。電感54的一端通過(guò)電鍍通孔32e與尖t1電相連。每個(gè)第三和第四電容器56a和56b都有一端通過(guò)電鍍通孔32f與環(huán)r3電相連。
根據(jù)本發(fā)明，作為兩級(jí)補(bǔ)償方法的第二級(jí)NEXT補(bǔ)償，在此例中顯示為1-3對(duì)組合的串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，如果插頭20是低串音插頭則改進(jìn)了高頻的性能，如果插頭20是高串音插頭則改進(jìn)了低頻的性能。以下將解釋這一工作是如何實(shí)現(xiàn)的。
NEXT歸結(jié)于兩個(gè)因素電容耦合與電感耦合。兩個(gè)緊密接近的導(dǎo)線將產(chǎn)生電容器耦合，然而流過(guò)其中的電流產(chǎn)生電感耦合。因此，當(dāng)插頭20與觸點(diǎn)30緊密配合時(shí)，它不僅引入電容耦合還引入電感耦合。這些因素的加入都將導(dǎo)致近端串音或者NEXT。
為了減少或者補(bǔ)償NEXT，一般使用兩級(jí)補(bǔ)償。第一級(jí)與插頭NEXT反相而第二級(jí)與插頭NEXT同相。這在‘358號(hào)專利中已知并已披露。與插頭方向相關(guān)的補(bǔ)償?shù)姆较蛉鐖D4A中箭頭V1至V5所示。
此外，在連接器遠(yuǎn)端產(chǎn)生的串音被稱為FEXT。為了補(bǔ)償這個(gè)參數(shù)，普通NEXT補(bǔ)償?shù)哪承┎糠诌€必須包括電感部件。這一部件是所述兩級(jí)補(bǔ)償器的第一級(jí)中的一部分。這發(fā)生在正好在交叉渡越線14另一邊的插孔彈簧導(dǎo)線的部分30b中。在這個(gè)補(bǔ)償區(qū)域，補(bǔ)償對(duì)于頻率相對(duì)穩(wěn)定。
用于NEXT的第一級(jí)補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)相當(dāng)大的部分是電容補(bǔ)償并且通過(guò)應(yīng)用電容器40a和40b提供。在圖4A和4B中，第一級(jí)的這一部分在起始于原始串音的最小延遲處，處于PCB的一個(gè)部分，在該部分其通過(guò)觸點(diǎn)30的非電流承載部分30a直接電相連到插頭20的觸點(diǎn)在此與觸點(diǎn)30相交的地方。凈第一級(jí)補(bǔ)償指交叉渡越線14之前的電容部分加上正好在交叉渡越線14另一邊的電感部分，與插頭中產(chǎn)生的串音相反。第二級(jí)處于從第一級(jí)有進(jìn)一步延遲之處，處于PCB10上的一個(gè)部分，在該部分與插頭20的觸點(diǎn)通過(guò)觸點(diǎn)30的電流承載部分30b與觸點(diǎn)30相交之處有一定的距離。它有與插頭串音同方向的補(bǔ)償方向。
交叉指形電容器40a和40b被放置在內(nèi)金屬化層上作為第一級(jí)的一部分。串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)被放置在第二級(jí)。使大部分為電容性的而且沒(méi)有加入的串聯(lián)電感元件的第一級(jí)補(bǔ)償?shù)牧繉?duì)于頻率的關(guān)系相對(duì)平坦。另一方面，通過(guò)在PCB層次中放置串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)，使第二級(jí)電容補(bǔ)償隨頻率而增加。結(jié)果，由第一級(jí)補(bǔ)償串音減去第二級(jí)補(bǔ)償串音組成的連接器的凈補(bǔ)償串音(制造的串音)隨著頻率增加而降低。即，凈補(bǔ)償串音根據(jù)頻率而可變，因此本發(fā)明在高頻提供了比在適當(dāng)位置沒(méi)有串聯(lián)電感而正常存在的補(bǔ)償更低水平的補(bǔ)償串音。這使連接器中在高頻的串音過(guò)補(bǔ)償減到最小。此外頻率相關(guān)的補(bǔ)償在低頻提供了高水平的補(bǔ)償串音以使連接器中在低頻的串音補(bǔ)償不足減到最小。通過(guò)在高頻提供低水平的補(bǔ)償串音，當(dāng)?shù)痛舨孱^插入插口時(shí)，本發(fā)明改進(jìn)了連接器的高頻容限。另一方面，通過(guò)在低頻提供高水平的補(bǔ)償串音，當(dāng)高串音插頭插入插口時(shí)，本發(fā)明改進(jìn)了連接器的低頻容限。
另一個(gè)達(dá)到使有效電容隨頻率增加而增加的方法是開(kāi)發(fā)如論文“交叉指形電容器及其在集總元件微波集成電路中的應(yīng)用”(Gray D.Alley，IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques，Vol.MTT-18，No.12，Dec.1970，pp.1028-1033.)所描述的交叉指形電容器的自諧振特性。在這篇論文中Alley指出交叉指形電容器在由其長(zhǎng)寬比確定的頻率上顯示自諧振。
如圖5所示，交叉指形電容器70包括相互交錯(cuò)嚙合的第一和第二梳齒70a和70b，和終端72。指形電容器的長(zhǎng)(L)和寬(W)如圖所示定義。當(dāng)指形電容器的長(zhǎng)寬比(L/W)增加時(shí)，顯示自諧振的頻率降低。這表明，如果諧振頻率保持在帶寬之上，則在所研究的全部帶寬上較高的有效電容增加率。這在圖6中顯示為一個(gè)曲線圖，圖中顯示具有不同L/W比的交叉指形電容器的有效電容對(duì)于頻率響應(yīng)的關(guān)系。此曲線圖顯示了由Ansoft公司提供的軟件“hfss”模擬的結(jié)果并且比較了不同的交叉指形電容器幾何圖形以及平板電容器的頻率相關(guān)性。如圖6所示，與具有長(zhǎng)寬比為1.27和0.195的交叉指形電容器以及平板電容器相比較，具有長(zhǎng)寬比為10.39的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器具有相對(duì)于頻率增加的最高的有效電容增加率。為了此項(xiàng)比較，曲線圖中所有的響應(yīng)都在100MHz處歸一化為1pf。
上述細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器的自諧振特性被應(yīng)用于在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的多級(jí)補(bǔ)償系統(tǒng)中提供NEXT補(bǔ)償。圖7A是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的連接器的側(cè)面圖，圖7B是圖7A的PCB和NEXT補(bǔ)償元件的頂視平面圖。除了使用了不同類型的NEXT補(bǔ)償元件外，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例完全相同。具體地說(shuō)，第一級(jí)補(bǔ)償電容使用第一和第二平板電容器50和51實(shí)施，第二級(jí)補(bǔ)償元件使用第一對(duì)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器57a和58a和第二對(duì)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器57b和58b實(shí)施。平板電容器如所知的是由兩塊各自處于不同電位的平行的金屬板組成的電容器。
第一平板電容器50的兩塊板(圖7A中的50a和50b)分別形成于第二和第三金屬化層ML2和ML3上。以同樣的方式，第二平板電容器51的兩塊板分別形成于第二和第三金屬化層ML2和ML3上。電容器50的板50a通過(guò)電鍍通孔48b與環(huán)r1相連。電容器50的板50b通過(guò)電鍍通孔48a與環(huán)r3相連。相似地，第二平板電容器51的板51a通過(guò)電鍍通孔48c與尖t1相連，并且電容器51的板51b通過(guò)電鍍通孔48d與尖t3相連。
第一對(duì)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器57a和58a形成為金屬化層ML2的一部分，第二對(duì)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器57b和58b形成為第三金屬化層ML3的一部分。細(xì)長(zhǎng)指形電容器57a和57b都有一端通過(guò)電鍍通孔32c與環(huán)r1電連接，然而細(xì)長(zhǎng)指形電容器57a和57b的另一端通過(guò)電鍍通孔32b與尖t3電連接。因此，交叉指形電容器57a和57b設(shè)置成電氣并聯(lián)以獲得較高電容。以相似的方式，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)指形電容器58a和58b都有一端通過(guò)電鍍通孔32f與環(huán)r3電連接，然而細(xì)長(zhǎng)指形電容器58a和58b的另一端通過(guò)電鍍通孔32e與尖t1電連接。因此交叉指形電容器58a和58b設(shè)置成電氣并聯(lián)以獲得較高電容。
因此，通過(guò)在連接器的第一級(jí)設(shè)置平板電容器，使第一級(jí)補(bǔ)償電容耦合的量對(duì)于頻率相對(duì)平坦。通過(guò)在連接器的第二級(jí)設(shè)置具有大L/W比的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器，使第二級(jí)補(bǔ)償電容耦合隨著頻率而增加。結(jié)果，連接器的凈補(bǔ)償串音隨著頻率的增加而降低。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，將第一和第二實(shí)施例中的方法進(jìn)行組合。具體地說(shuō)，在第三實(shí)施例中，第二級(jí)補(bǔ)償元件使用串聯(lián)L-C組合結(jié)構(gòu)實(shí)施，其中例如圖8中所示的該結(jié)構(gòu)包括與具有大L/W比的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器74串聯(lián)并且設(shè)置在PCB10上的螺旋電感72。即，除了每個(gè)第二級(jí)交叉指形電容器46a，46b，56a和56b被延長(zhǎng)而具有大L/W比外，第三實(shí)施例中的連接器與圖4A和4B中顯示的第一實(shí)施例的連接器完全相同。
在本發(fā)明的第四和第五實(shí)施例中，第二和第三實(shí)施例的方法可分別通過(guò)用折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器代替圖8中所示的高長(zhǎng)寬比交叉指形電容器而實(shí)現(xiàn)。折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器的實(shí)例顯示于圖9的分解圖中。
更具體地說(shuō)，在第四實(shí)施例中，分別形成在如第二實(shí)施例的圖7A和圖7B中所示的PCB的金屬化層ML2和ML3上的兩個(gè)正規(guī)的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器57a和57b，被一個(gè)設(shè)置在如圖9中所示的金屬化層ML2和ML3上的帶有其各個(gè)層次的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器替代。以同樣的方式，分別形成在如第二實(shí)施例的圖7A和圖7B中所示的PCB的金屬化層ML2和ML3上的兩個(gè)正規(guī)的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器58a和58b，被一個(gè)設(shè)置在如圖9中所示的金屬化層ML2和ML3上的帶有其各個(gè)層次的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器替代。
除了第三實(shí)施例的圖8中顯示的正規(guī)的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器74被圖10所示的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器78替代外，第五實(shí)施例與第三具體實(shí)施例完全相同。此折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器78與圖9所示的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器具有相同的結(jié)構(gòu)。因?yàn)槌耸褂脠D7A和圖7B中所示的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器以外，第三實(shí)施例與圖4A和圖4B所示的第一實(shí)施例完全相同，因此除了交叉指形電容器46a，46b，56a和56b被具有大L/W比的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器所代替以外，第五實(shí)施例簡(jiǎn)單地與圖4A和圖4B所示的第一實(shí)施例完全相同。
更具體地說(shuō)，在第五實(shí)施例中，分別形成在如第一實(shí)施例的圖4A和圖4B中所示的PCB的金屬化層ML2和ML3上的兩個(gè)正規(guī)的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器46a和46b，被一個(gè)設(shè)置在第一和第二金屬化層ML1和ML2(例如如圖9中所示)上的帶有其各個(gè)層次的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器替代。以同樣的方式，分別形成在如第二實(shí)施例的圖4A和圖4B中所示的PCB的金屬化層ML2和ML3上的兩個(gè)正規(guī)的細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器56a和56b，被一個(gè)設(shè)置在金屬化層ML2和ML3上的折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器替代。
圖11是一個(gè)曲線圖，圖中作為一個(gè)實(shí)例比較了本發(fā)明的第一、第四和第五實(shí)施例的有效電容對(duì)于頻率響應(yīng)的關(guān)系。該曲線圖顯示了由Ansoft公司所提供的軟件“hfss”產(chǎn)生的模擬結(jié)果，并且在圖中為了進(jìn)行比較所有的響應(yīng)在100MHz處歸一化到1pf。如圖11中所示，根據(jù)第五實(shí)施例在第二級(jí)串聯(lián)的螺旋電感和折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器的組合(響應(yīng)80)產(chǎn)生隨頻率增加的有效電容，該值比用根據(jù)第一實(shí)施例(響應(yīng)81)或者第四實(shí)施例(響應(yīng)82)的方案所得到的值高。
圖12A是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的連接器的側(cè)面圖，圖12B是圖12A的PCB和NEXT補(bǔ)償元件的頂視平面圖。如12A和12B所示，除了開(kāi)路傳輸線92(92a、92b、92c和92d)被用作第二級(jí)補(bǔ)償元件外，第六實(shí)施例與第二實(shí)施例完全相同。在該情況下，第一級(jí)補(bǔ)償電容采用如第二實(shí)施例中的平板電容器50和51實(shí)施，第二級(jí)電容性補(bǔ)償元件采用PCB10上的第二金屬化層ML2上的開(kāi)路傳輸線92實(shí)施。這個(gè)實(shí)施例中的諧振產(chǎn)生在這樣的頻率上，傳輸線92的長(zhǎng)度等于該諧振頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的四分之一。
雖然圖示了四層PCB結(jié)構(gòu)，但很明顯任何其他數(shù)量的PCB襯底和/或者金屬化層都可以被用于PCB。本發(fā)明的組合的連接器可以與外殼、絕緣移位連接器、插口彈簧觸點(diǎn)等相關(guān)聯(lián)。此外，上述實(shí)施例中各種結(jié)構(gòu)和特征可以和其它的實(shí)施例結(jié)合或者被其他實(shí)施例替換。使用交叉指形電容器的場(chǎng)合可以用平板電容器或者分立式電容器所替代。此外電感可以使用圖4B中顯示的圓螺旋形之外的諸如橢圓螺旋、方螺旋、矩形螺旋、螺旋管的幾何圖形或者分立式電感實(shí)施。無(wú)論哪個(gè)使用交叉指形電容器的地方，這種電容器都可以相關(guān)于其他相應(yīng)的交叉指形電容器被重復(fù)復(fù)制。在一個(gè)連接器中，某些交叉指形電容器可以在單個(gè)金屬化層上或者多個(gè)金屬化層上實(shí)施。
雖然本發(fā)明通過(guò)上述附圖所顯示的實(shí)施例進(jìn)行解釋，對(duì)于本領(lǐng)域普通的熟練人員可以理解的是，本發(fā)明并不限于這些具體實(shí)施例，而是可以不背離本發(fā)明精神對(duì)其進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于減低印刷電路板(PCB)中的串音的線路結(jié)構(gòu)，該P(yáng)CB包括多個(gè)襯底和多個(gè)該襯底之間的金屬化層，其特征在于，此線路結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在PCB的第一級(jí)區(qū)域上的PCB的至少一層金屬化層上的第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；和設(shè)置在PCB的第二級(jí)區(qū)域上的用于隨著頻率的增加而增加補(bǔ)償電容的第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)串聯(lián)電感-電容組合，該串聯(lián)電感-電容組合包括電感器和至少一個(gè)和該電感器串聯(lián)的電容器。
3.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中電感被設(shè)置在PCB的外部金屬化層，該金屬化層之上或者之下，或者在PCB的內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述電感器是螺旋電感器。
5.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述至少一個(gè)電容器包括與所述電感器串聯(lián)并且設(shè)置在PCB的第一金屬化層上的第一交叉指形電容器；和與所述電感器串聯(lián)并且設(shè)置在PCB的第二金屬化層上的第二交叉指形電容器。
6.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
7.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括在PCB的至少一個(gè)金屬化層上的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器。
8.如權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
9.如權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括該至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器，該細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器為折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器。
10.如權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
11.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中串聯(lián)電感-電容組合的所述至少一個(gè)電容器是PCB的至少一個(gè)金屬化層上的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器。
12.如權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
13.如權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器是折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器。
14.如權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
15.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括在PCB的至少一個(gè)金屬化層上的至少一個(gè)開(kāi)路傳輸線。
16.如權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
17.一種用于減低串音的連接器，其特征在于，包括包括多個(gè)襯底和該襯底之間的多個(gè)金屬化層的印刷電路板(PCB)設(shè)置在PCB的第一級(jí)區(qū)域上的PCB的至少一層金屬化層上的第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；設(shè)置在PCB的第二級(jí)區(qū)域上，用于隨著頻率的增加而增加補(bǔ)償電容的第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)；和設(shè)置在PCB之上的至少一個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)。
18.如權(quán)利要求17所述的連接器，其特征在于，其中第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)串聯(lián)電感-電容組合，該串聯(lián)電感-電容組合包括電感器和至少一個(gè)和該電感器串聯(lián)的電容器。
19.如權(quán)利要求18所述的連接器，其特征在于，其中所述電感器設(shè)置于PCB的外部金屬化層，該金屬化層之上或者之下，或者在PCB的內(nèi)部。
20.如權(quán)利要求19所述的連接器，其特征在于，其中所述電感器是螺旋電感器。
21.如權(quán)利要求19所述的連接器，其特征在于，其中所述至少一個(gè)電容器包括與所述電感器串聯(lián)并且設(shè)置在PCB的第一金屬化層上的第一交叉指形電容器；和與所述電感器串聯(lián)并且設(shè)置在PCB的第二金屬化層上的第二交叉指形電容器。
22.如權(quán)利要求18所述的連接器，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
23.如權(quán)利要求17所述的連接器，其特征在于，其中第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括在PCB的至少一個(gè)金屬化層上的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容。
24.如權(quán)利要求23所述的連接器，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
25.如權(quán)利要求23所述的連接器，其特征在于，其中所述至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器為折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器。
26.如權(quán)利要求25所述的連接器，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
27.如權(quán)利要求18所述的連接器，其特征在于，其中串聯(lián)電感-電容組合的所述至少一個(gè)電容器是在PCB的至少一個(gè)金屬化層上的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器。
28.如權(quán)利要求27所述的連接器，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
29.如權(quán)利要求27所述的連接器，其特征在于，其中所述至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器是折疊式細(xì)長(zhǎng)交叉指形電容器。
30.如權(quán)利要求29所述的連接器，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
31.如權(quán)利要求17所述的連接器，其特征在于，其中第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括在PCB的至少一個(gè)金屬化層上的至少一個(gè)開(kāi)路傳輸線。
32.如權(quán)利要求31所述的連接器，其特征在于，其中第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)交叉指形電容器或者至少一個(gè)平板電容器。
33.一種用于減低印刷電路板(PCB)中的串音的結(jié)構(gòu)，該P(yáng)CB包括多個(gè)襯底和該襯底之間的多個(gè)金屬化層，其特征在于，此結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在PCB的第一級(jí)區(qū)域上的PCB的至少一層金屬化層上的補(bǔ)償部分；和設(shè)置于PCB的第二級(jí)區(qū)域上，用于隨著頻率增加而增加補(bǔ)償電容的裝置。
34.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中在第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中與所述電感器串聯(lián)的所述至少一個(gè)電容器是至少一個(gè)平板電容器。
35.如權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中在第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中與所述電感器串聯(lián)的所述至少一個(gè)電容器是至少一個(gè)平板電容器。
全文摘要
一種連接器被提供用來(lái)同時(shí)改進(jìn)使用低串音插頭時(shí)的NEXT高頻率性能以及使用高串音插頭時(shí)的NEXT低頻率性能。此連接器包括設(shè)置在PCB的第一級(jí)區(qū)域上的PCB的內(nèi)部金屬化層上的第一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，和設(shè)置在PCB的第二級(jí)區(qū)域上，用于隨著頻率的增加而增加補(bǔ)償電容的第二補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H05K1/16GK1707859SQ20051007141
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者阿米德·哈希姆, 朱莉安·羅伯特·法尼 申請(qǐng)人:科馬斯科普溶液器具公司