一种基于传输线理论的新型GHz共模噪声抑制电路

钱志宇，施永荣

（中国电子科技集团公司第五十五研究所，南京 210000）

0 引言

差分信号由于具有抗噪声、低串扰和低电磁辐射[1-2]等优点而被广泛用于传输高速数字信号。例如：许多高速接口（HDMI、USB3.0、SATA-III、PCI-E）均采用差分布线来传输 Gbps的高速数字信号。然而，在实际电路中，由于差分信号的抖动及差分信号路径布线不对称等原因会不可避免地引入共模噪声。尤其是，共模噪声伴随差分信号传输到线缆上时，会引起严重的电磁干扰，继而影响周围电路的正常工作。因此，需要在保证差分信号高质量传输的基础上，有效抑制共模噪声。

目前国内外报导的 GHz的共模噪声抑制电路主要围绕缺陷地结构[3-4]、蘑菇型多层电路结构[5-7]、传输线理论[8-9]展开设计。文献[8-9]中基于四分之一波长谐振器设计的共模噪声滤波器单元共模阻带相对带宽较窄，难以满足共模噪声宽带抑制的性能需求。针对于此，本文通过耦合贴片在两个四分之一波长阶梯阻抗谐振器之间引入宽边耦合，设计出适用于GHz的宽阻带共模噪声抑制电路。为深入理解该多层电路结构的物理机理，本文利用传输线模型建立起奇、偶模等效电路，准确预测了该电路结构的性能，文中建立等效电路的方法同样适用于其

图8 S参数仿真与测试结果对比图

图9 差模信号群时延

根据上述分析设计的共模噪声抑制电路整体尺寸为16mm×4.4mm，相对于共模阻带中心频率的电尺寸为 0.36λg×0.087λg，具有小型化的特征。图7为该共模噪声抑制电路的测试实物图。如图 8，该共模噪声抑制电路的仿真与实测结果符合地很好，在dc-6 GHz频段内差模插损（|Sdd21|）小于3 dB，表明该共模噪声抑制电路在频域内可以保证差模信号传输的信号完整性，差模插损实测较仿真略大主要原因是导体损耗及介质损耗。同时，该电路在1.9～4.5GHz频段内实现了对共模噪声-10dB的抑制，共模阻带相对带宽达81%，实测结果中两个共模传输零点分别位于 2.05GHz和 4.2GHz，较仿真略有偏移，但在实验误差允许的范围内，其主要原因是加工存在一定的误差。如图 9，为差模信号通过该共模噪声抑制电路的群时延，可以看出在dc-6GHz频段内差模信号的群时延约为 120ps，群时延抖动较小，表明该电路可以在时域内保证差模信号传输的完整性。

4 结论

本文基于传输线理论，设计了一种新型 GHz宽阻带共模噪声抑制电路。利用传输线模型建立该结构的奇、偶模等效电路，等效电路模型的S参数与全波仿真结果符合地很好，验证了等效电路模型的正确性。此外，实验结果与全波仿真相符合：该电路在 1.9～4.5GHz频段内实现了对共模噪声-10dB的抑制，共模阻带相对带宽达81%；同时，在dc-6GHz频段内差模插入损耗小于3dB，且时域内差模信号群时延抖动较小，表明该电路可以很好地保证差模信号传输的信号完整性。该共模噪声抑制电路具有小型化、共模阻带宽、差模信号插损小的优点，实用性较强。

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