一種基于環(huán)形器的差分對線接口的制作方法

本發(fā)明屬于PCB電路設計領域，具體涉及一種基于環(huán)形器的差分對線接口。
背景技術：
：在傳統(tǒng)無線收發(fā)器設計中，50Ω單端接口廣泛用于射頻和中頻電路，而在現(xiàn)代收發(fā)器設計中，差分接口常用在高頻電路中以獲得更好的性能。單端信號是一種不平衡信號，是通過信號與固定參考點之間的差值來進行衡量的；一旦有誤差源被引入信號路徑，就會產(chǎn)生問題。因此，單端信號很容易受噪聲和電磁耦合干擾的影響。差分信號則是由成對的平衡信號組成，這些信號幅度相同，相位相反；正和負平衡信號之間的差值對應于復合差分信號。如果誤差被引入差分系統(tǒng)路徑中，它將以相同的幅度同時增加到兩個平衡信號上，使得差分信號鏈不易受噪聲和干擾的影響；差分信號的上述固有的誤差抵消功能還可以提供更好的共模抑制比(CMRR)和電源抑制比(PSSR)。因此，差分信號在高端電子設計領域，尤其是PCB板設計中應用越來越廣泛。有鑒于此，實際設計過程中，顯然需要一套優(yōu)良的轉(zhuǎn)換電路，從而有效的實現(xiàn)50Ω單端接口與差分信號的互連問題。傳統(tǒng)的50Ω單端接口與差分信號的互連都是采用差分放大電路或單端-差分轉(zhuǎn)化器等方式來實現(xiàn)，該類方式一方面電路面積較大，顯然已經(jīng)不適用于越來越要求小型化和高度集成化的產(chǎn)品設計中；另一方面結構也較為復雜，隨之帶來制作研發(fā)成本的高昂化。如何尋求一種新型的轉(zhuǎn)換結構，能夠在有效解決目前50Ω單端接口與差分信號的互連問題的同時，還能夠保證整體結構的緊湊化和簡約化，達到產(chǎn)品愈加小型化和集成化的應用要求，為本領域技術人員近年來所亟待解決的技術難題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種更為高效快捷的基于環(huán)形器的差分對線接口，其結構緊湊而工作可靠性高，不但可在PCB板上直接將射頻信號轉(zhuǎn)化為差分信號，以便于送入到所需的集成芯片上，同時還能夠保證整體結構的緊湊化和簡約化，進而達到產(chǎn)品愈加小型化和集成化的應用要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種基于環(huán)形器的差分對線接口，其特征在于：本差分對線接口包括微帶混合環(huán)，微帶混合環(huán)的輸入端接50Ω射頻端口，微帶混合環(huán)的隔離端接50Ω表貼電阻；本差分對線接口還包括由兩根彼此平行等寬且緊耦合的微帶線形成的差分對線，構成差分對線的每根微帶線的輸入端口分別經(jīng)由一個匹配巴倫連接至微帶混合環(huán)的其中一個輸出端處，且構成差分對線的每根微帶線的輸出端口連接外部差分信號接收設備：所述微帶混合環(huán)、50Ω表貼電阻、匹配巴倫以及差分對線位于同一塊平面微帶板上且該平面微帶板貼附于作為安置基體的介質(zhì)板的一側(cè)板面處，介質(zhì)板的另一側(cè)板面覆銅；介質(zhì)板上的用于貼附微帶混合環(huán)的一側(cè)板面凹設有槽腔，從而使得平面微帶板與該槽腔共同圍合形成空氣腔。所述匹配巴倫外形為三角形漸變線狀，兩條匹配巴倫的相鄰邊彼此平行且該相鄰邊平行差分對線長度方向。所述差分對線的阻抗為100Ω，構成差分對線的兩根微帶線的寬度為0.25mm，構成差分對線的兩根微帶線之間的間距為0.25mm；以差分對線長度方向為匹配巴倫長度方向，所述匹配巴倫長度為3mm。由空氣腔的槽底處垂直的向平面微帶板處凸設有短路圓柱，所述短路圓柱與微帶混合環(huán)彼此同軸。以介質(zhì)板厚度方向為空氣腔腔體高度方向，所述空氣腔腔體高度為1.3mm。介質(zhì)板所用材質(zhì)為Rogers4350板材，其介電常數(shù)為3.66，厚度為0.508mm。貫穿平面微帶板及介質(zhì)板而開設有金屬化通孔，所述金屬化通孔的開設位置與微帶混合環(huán)、50Ω表貼電阻、匹配巴倫以及差分對線間彼此避讓。本發(fā)明的有益效果在于：1)、拋棄了傳統(tǒng)的采用差分放大電路或單端-差分轉(zhuǎn)化器等方式實現(xiàn)射頻信號與差分信號轉(zhuǎn)換，所帶來的諸如構造復雜及設備體積大等諸多缺陷。本發(fā)明通過采用微帶混合環(huán)將射頻信號進行雙端口的彼此反相轉(zhuǎn)換及輸出，并依靠匹配巴倫將微帶混合環(huán)的雙輸出端平穩(wěn)匹配至阻抗為100歐姆的差分對線處，再通過一對平行等寬緊耦合線所形成的差分對線來實現(xiàn)差分信號的可靠傳輸效果。50歐姆表貼電阻，作為連接至微帶混合環(huán)隔離端處的負載，其作用在于將微帶混合環(huán)的隔離端處的信號匹配吸收，從而提高微帶混合環(huán)兩輸出端之間的隔離度。短路圓柱則起到匹配駐波的作用。上述各結構以平面微帶板的結構而至于介質(zhì)板上，整體尺寸較小，可以根據(jù)PCB布圖的需要隨意擺放，形式簡單，結構緊湊。綜上可知，本發(fā)明結構緊湊而工作可靠性高其解決了微帶板上天饋射頻信號直接轉(zhuǎn)換差分信號的問題，不但可直接在PCB板上將射頻信號轉(zhuǎn)化為差分信號，以便于送入到所需的集成芯片上，同時還能夠保證整體結構的緊湊化和簡約化，進而達到產(chǎn)品愈加小型化和集成化的應用要求。2)、本發(fā)明由于采用了三角形漸變線狀的匹配巴倫，從而可使得微帶混合環(huán)輸出端口處的50Ω微帶線與100歐姆的差分對線實現(xiàn)較好的匹配狀態(tài)。實際操作時，可通過調(diào)節(jié)匹配巴倫的長度，使得不同的長度值可對應實現(xiàn)本發(fā)明的駐波和插損。通過上述長度值的不斷調(diào)節(jié)和擇優(yōu)選取，最終可使匹配巴倫實現(xiàn)最為良好的接口轉(zhuǎn)換效果；其工作頻段內(nèi)損耗較小，VSWR較低，可普遍適用于微帶板的差分對線接口轉(zhuǎn)換中。3)、微帶形式的差分對線要實現(xiàn)100歐姆的特性阻抗，關鍵是通過調(diào)節(jié)構成該差分對線的兩條微帶線的寬度及其兩線之間間距。在將兩線之間間距優(yōu)化值定位0.25mm的前提下，調(diào)節(jié)兩條微帶線的寬度。通過比較差分對線的駐波和插損的性能，最終寬度選為為0.25mm，此時駐波最好，插損最小。附圖說明圖1為本發(fā)明的模型圖；圖2為微帶混合環(huán)的結構原理圖；圖3為發(fā)明的測試結構圖；圖4本發(fā)明的損耗仿真結果；圖5本發(fā)明的駐波仿真結果；圖6為圖3所示測試結構的損耗實測結果；圖7為圖3所示測試結構的駐波實測結果。附圖中各標號與本發(fā)明的各部件名稱對應關系如下：a-平面微帶板b-金屬化通孔c-固定孔10-微帶混合環(huán)20-50Ω表貼電阻30-差分對線40-匹配巴倫50-介質(zhì)板51-空氣腔52-短路圓柱具體實施方式為便于理解，此處結合附圖對本發(fā)明的具體實施結構及工作流程作以下描述：本發(fā)明的具體結構，如圖1-2所示，其包括作為承載體的介質(zhì)板50。介質(zhì)板50的一側(cè)板面覆銅，而另一側(cè)板面設置槽腔結構；在該槽腔結構上覆蓋有如圖1所述的平面微帶板a。平面微帶板a的主體結構包括微帶混合環(huán)10、50Ω表貼電阻20、匹配巴倫40以及差分對線30。其中：參照圖2所示，射頻信號由微帶混合環(huán)10的輸入端也即圖2中的端口④輸入，轉(zhuǎn)而形成等幅反相信號再由兩個輸出端也即圖2中端口②和端口③，最后經(jīng)過三角形漸變線狀的匹配巴倫40轉(zhuǎn)化成差分信號并進入差分對線30，最終再由差分對線30傳輸至外部的相應接收模塊處。圖1及圖3中所示的短路圓柱52，則起到匹配微帶混合環(huán)10的作用。匹配巴倫40為三角形漸變線狀構造，通過調(diào)節(jié)匹配巴倫40的長度使之實現(xiàn)良好的接口轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)良好的性能指標。不同的匹配巴倫40長度值對本發(fā)明的駐波和插損影響如表1所示。通過表1可以看出匹配巴倫40長度值L＝3mm時，本發(fā)明的駐波≤1.03，插損≤0.39dB。表1漸變線長度(mm)駐波插損(dB)L＝21.361.74L＝2.51.210.95L＝31.030.39L＝3.51.290.67L＝41.391.58微帶混合環(huán)10的工作原理可如圖2所示，各支路的電阻20均為倍的端口輸入電阻20值。當需要作等幅同相輸出時，通過端口①輸入的信號均經(jīng)過1/4波長到達作為輸出端的端口②和端口③，即可形成等幅同相的輸出信號。當需要作等幅反相輸出時，通過端口④輸入的信號經(jīng)過3/4波長到達端口②，經(jīng)過1/4波長到達端口③，所以端口②和端口③輸出的信號幅度相等相位相差180°，本發(fā)明所使用的即為該種輸出模式。對于微帶形式的差分對線30，要實現(xiàn)100歐姆的特性阻抗關鍵是通過調(diào)節(jié)兩條微帶線的寬度及兩線間距，在將兩線間距的優(yōu)化值S定位0.25mm的前提下，調(diào)節(jié)兩條微帶線的寬度W，通過比較差分對線30的駐波和插損的性能，最終可選定寬度W為0.25mm，此時駐波最好，插損最小。不同的寬度在兩線間距為0.25mm時對差分對線30駐波和插損的影響如下表2所示：表2寬度W(mm)兩線間距S(mm)駐波插損(dB)W＝0.2S＝0.251.10.62W＝0.25S＝0.251.040.23W＝0.3S＝0.251.060.36由于直接將單個的本發(fā)明進行測試時，往往無法有效的比對其損耗值，因此在實際進行測試時，可如圖3所示，將用于實際使用的兩個結構完全一致的本發(fā)明以差分對線30彼此對接的方式相連接。其中，固定孔c用于實現(xiàn)本發(fā)明或圖3所示測試結構的固定，同時還貫穿介質(zhì)板50及平面微帶板a從而密布金屬化通孔b。通過兩個差分對線接口處輸入端之間的傳輸系數(shù)及反射系數(shù)，可以驗證本發(fā)明的工作性能，具體測試構造參照圖3所示。測試環(huán)境選擇在24GHz～24.3GHz的工作頻帶內(nèi)，由圖3結構經(jīng)實際測試后可知：該測試結構整體損耗為0.8dB，所以一個差分對線接口轉(zhuǎn)換巴倫40的損耗為0.4dB，損耗仿真結果如圖4所示。而由圖5可看出，該測試結構的兩個輸入端在工作頻段內(nèi)的駐波均小于1.05，實現(xiàn)了較好的端口匹配。如圖6所示，該測試結構在工作頻帶內(nèi)的整體插損約為1dB左右，即單個差分對線接口轉(zhuǎn)換的損耗為0.5dB，與仿真結果較為吻合。如圖7所示，該測試結構在工作頻帶內(nèi)的兩個SMA端口駐波均小于1.25，因此顯然實現(xiàn)了良好的端口匹配功能。當前第1頁1 2 3