CN101460006B - 一种信号分路器及信号传输设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信号分路器，设置在PCB板中，所述信号分路器包括设置在PCB板内部的分路传输线，所述分路传输线具有三个端部及一个节点，所述每个端部与所述节点之间的距离不为零，且所述三个端部引出并延伸至该PCB板的表面。相应地，本发明实施例还公开了一种信号传输设备。能明显改善电气特性，并提高电路的可靠性和降低电路成本。

Description

一种信号分路器及信号传输设备 

技术领域

本发明涉及分路器技术，尤其涉及一种信号分路器及信号传输设备。 

背景技术

分路器是一种很常见的器件，在现有技术中，利用分立电阻来实现信号分路是电路设计的常用方法，其原理可参见图1所示。在图1中，示出了一种由三个分立电阻组成的无源信号分路器网络。其中，三个分立电阻R1、R2、R3的阻值均为50欧姆的三分之一，即16.7欧姆，这样使得当信号分路器的三个端口(端口1，端口2，端口3)中，任意两个端口端连接有50欧姆的标准负载时，从第三个端口看上去的其阻抗都是50欧姆，这样就实现了阻抗匹配，使信号传输处于最佳状态。在图1中，电阻R1、R2、R3为构成信号分路器的三个电阻，电阻R4、R5、R6是分路器端接的匹配电阻，假设信号从端口1馈入，端口2和端口3接匹配负载电阻R4和R5，此时端口1不接电阻R6；则从端口1看进去的该分路器的输入阻抗为：16.7+(16.7+50)//(16.7+50)＝50欧姆。由于从端口1到端口2和到端口3两路电路是完全对称的，这样就可以将从端口1输出的信号完全等分为两部分后从端口2和端口3输出。由于三个端口完全对称，因此，这种信号分配器是个互易网络，任意一路信号输入都可以等分为两路信号输出。上述示出的是一种等分的分路器，如果使电阻R1、R2、R3中的阻值不完全相同，则可以形成非等分的信号分路器。 

由于信号分路器原理简单，实现方便，在故很多电路中都有应用，常见的实现方式如图2、图3所示。在这两个图中，均是将三个分立电阻R1、R2、R3用传输线连接起来，并形成三个端口。图2和图3的区别主要在于R1到R2和R3的距离不同，即传输线的长度不同。 

考虑到传输线的影响，图1可以变形为图4所示的结构。 

在一些应用中，在传送高频信号时，也需要应用到信号分路器。但是，由于高速信号是宽带数字信号，其信号频谱很宽，利用上述的图2或图3的结构应用在高速信号传输时，由于传输线效应的影响，如果电阻之间的传输线太长，则会引起很大的反射和损耗，导致输出信号的信号质量变差。其中，传输线效应主要指诸如信号波长与传输线的长度可比拟时所发生的反射散射等现象。为说明该传输线效应，可参见图5中的信号仿真的眼图。 

针对例如图2中的布局方式，当R1到R2和R3之间的传输线长度不同时，可得到不同的仿真结果，图5示出了在总传输线相同时，而R1到R2和R3之间4种不同的线长(20mil、100mil、200mil、500mil)的收端眼图。从中不难看出，传输线越长信号质量越差，故现有的信号分路器的性能与PCB设计中的传输线的长度有密切的关系。 

另外，在现有的分路器中，各分立器件的寄生参数对分路器性能有非常明显的影响。分立器件的寄生参数是其封装引入的，是器件本身的属性，只能减小不能消除。在高速电路设计中需要考虑到器件寄生参数对整个电路性能的影响。利用分立器件设计的高速信号分路器同样会受到电阻寄生参数的影响。利用现有的高频结构仿真软件(如，HFSS)对分立电阻进行建模，用这个模型来仿真信号分路器，可以得到如图6所示所示的结果，其中左侧的眼图为没有寄生参数的仿真结果，右边的眼图则是考虑了分立电阻寄生参数的眼图。不难看出，电阻的寄生参数对高速信号的信号质量影响比较明显。 

而且，在现有的信号系统分路器中，需要对构成分路器的各分立器件进行焊接，组装等多道工序，这样会降低电路的不可靠性，且装配成本较高同时降低了电路的可靠性。 

发明内容

有鉴于此，本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种信号分路器及高速信号传输设备，可消除传输线、分立器件的寄生参数对信号分路器性能的影响，并且电路可靠性高。 

一种信号分路器，设置在PCB板中，该信号分路器包括设置在PCB板内部的分路传输线，所述分路传输线包括三个埋设在PCB板内部的埋阻，所述三个埋阻均有一端在节点处直接电气连接，所述三个埋阻的另一端形成所述信号分路器的端部，包括一个输入端及两个输出端。 

一种信号传输设备，包括PCB板，设置在所述PCB板上的信号分路器，其中，所述信号分路器包括设置在PCB板内部的分路传输线，所述分路传输线包括三个埋设在PCB板内部的埋阻，所述三个埋阻均有一端在节点处直接电气连接，所述三个埋阻的另一端形成所述信号分路器的端部，包括一个输入端及两个输出端。 

本发明实施例的信号分路器及信号传输设备，由于采用埋设在PCB板内部的传输线来代替分立器件来实现信号分路的功能，减少甚至消除分立器件的寄生参数的影响，能明显改善电气特性，并提高电路的可靠性和降低电路成本。 

图1是现有技术中一种由分立元件组成的无源分路器结构原理示意图； 

图2是现有技术中一种信号分路器的布局示意图； 

图3是现有技术中另一种信号分路器的布局示意图； 

图4是图1中加入传输线的结构示意图； 

图5是现有技术中一种信号分路器的一种布局的信号仿真眼图； 

图6是现有技术中一种信号分路器中分立器件的信号仿真眼图； 

图7是本发明信号分路器的一个实施例的俯视图； 

图8是图7中A-A剖面视图； 

图9是现有技术中一种弯折形埋阻示意图； 

图10是本发明信号分路器的另一个实施例的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图以优选实施例对本发明进行详细说明。 

如图7所示，是本发明信号分路器的一个实施例中的俯视图，并结合图8中的剖面图；从中可以看出，该信号分路器1设置在一层PCB板2的内部，该信号分路器1包括设置在PCB板内部的分路传输线14，所述分路传输线14具有三个端部10及一个节点12，该每个端部10与节点12之间的距离均不为零，如可以具有一定距离，该三个端部引出并延伸至该PCB板1的表面，其中该信号分路器1在PCB板2内部的部分在图中以虚线表示，在PCB板2表面的部份以实线表示。 

在本发明的一些实施例中，该构成信号分路器1的传输线可以采用埋阻来实现，故有必要在要描述本发明的这些实施例之前，对埋阻技术进行简要说明。 

埋阻，又称平面电阻(Planar Resistor)或薄膜电阻(Thin Film Resistor)。其是将电阻以薄膜的形式制作于印制电路板(PCB板)的内层，用来替代实现分立电阻的功能。 

常用埋阻形状有条形(BAR)和弯折形(MEANDER)，在一些情形下也会用到环形电阻。其中，条形和弯折形的电阻稳定性较环形电阻更好。 

图9示出了现有技术中一种弯折形(MEANDER)的埋阻的示意图。其包括多个拐角电阻和方块电阻，其中，拐角电阻的两个相仿的侧面分别与不同的方块电阻结合，从而形成不同形状的弯折形的埋阻。这种弯折形的埋阻的阻值计算公式为R＝(0.559M+N)×Rs，其中，M为拐角电阻数量；N为方块电阻数量；Rs为材料的方阻值。每一块拐角电阻的阻值是每块方块电阻的0.559倍。这样，给定电阻阻值，根据上面的公式就可以计算出M、N的值，从而设计出具体的弯折形埋阻的大小和形状。。 

如图10所示，是本发明的另一实施例的示意图，其中示出了采用三个埋阻来实现信号分路器的结构。为便于理解，请一并结合前述的图7与图8。 

本发明实施例中信号分路器，其分路传输线14包括三个埋设在所述PCB板2内部的埋阻(R1、R2和R3)，该三个埋阻均有一端在节点处直接电气相连，该三个埋阻的另一端(端口1、端口及端口3)形成信号分路器的端部10，其中，包括一个输入端及两个输出端，例如，在一个具体实例中，信号可以从端口1输出，从端口2和端口3输出，在其他的实施中，信号也可能从端口2输入，从端口1和端口3输出；或者从端口3输入，从端口1和端口2输出。示出了本发明信号分路器的一个实施例的结构示意图。该信号分路器1包括三个埋阻，该三个埋阻埋设在一PCB板2的内部；所述三个埋阻均有一端直接电气相连，所述三个埋阻的另一端形成所述信号分路器的三个端口10，其中包括一个输入端及两个输出端，该三个端口端部10引出并延伸至该PCB板2表面，在该PCB板2的表面上与铜皮层电连接。在其他的实施例中，该PCB板可以是多层PCB板，该分路器1埋设在其中一层PCB中，例如可以埋设在该多层PCB板的第一层或最后一层；所述三个端口10引出并延伸到该PCB板的该层的表面(如，该PCB板中第一层或最后一层中铺有铜皮的一面)。 

上述三个电阻均为弯折形埋阻，其形状和大小可根据上述提到的公式结合设计要求的阻值通过计算获得。通过对该三个埋阻的形状(如长度)进行改变，可以很容易地改变埋阻的阻值，从而设计出不同信号分路器，诸如等分信号分路器，不等分信号分路器(如4∶9比例的输出功率)，适合不同信号匹配及功率分配的信号分路器等。 

图10中仅以弯折形埋阻为例进行说明，在其他的实施例中亦采用其他形状的埋阻(如条形或环形等)来构成本发明的信号分路器。 

本发明实施例中的分路器可以应用在多种涉及高速信号传输的领域。本发明的另一个实施例可以提供一种信号传输设备，其包括PCB板，设置在所述PCB板上的信号分路器，其中，该信号分路器包括设置在PCB板内部的分路传 输线，该分路传输线具有三个端部及一个节点，每个端部与所述节点之间的距离不为零(如，具有一定距离)，且三个端部引出并延伸至该PCB板的表面。在具体实现时，该分路传输线包括三个埋设在该PCB板内部的埋阻，该三个埋阻均有一端在节点处直接电气相连，该三个埋阻的另一端形成该信号分路器的端部，包括一个输入端及两个输出端。更多细节，可参见上述对分路器的介绍。在一些实际的应用中，该信号传输设备可以诸如是高端光模块单板设备，例如其光电、电光信号转换速率在10Gbps或者40Gbps以上的光模块产品。在其他的对10Gbps及其以上速率的信号进行功率分配的设备中，采用本发明实例的实现信号分路器的方案会明显优于采用分立电阻来实现信号分路器的方案。上述提到的应用场合仅为一个举例，本发明包括但不仅限于此。本发明的实施例同样可以为其他电路的PCB设计中，采用埋阻来代替分立电阻。 

综上，可以看出，本发明实施例提出的信号分路器和信号传输设备，与采用分立器件所实现的分路器或相应设备相比有如下优点： 

采用埋设PCB板中的分路传输线(埋阻)的设计，可以明显改善电气特性，由于没有分立器件，寄生电感值小，减少了表面EMI污染； 

三个电气相连的埋阻电阻直接连接，其缩短或去掉了三者之间的传输线长度，进一步可提高分路器的信号质量； 

三个埋阻总共引出三个端部至PCB板表面，减少了其上的焊点数量，可提高抗震抗冲击性；同时，节省PCB单板表层面积，提高单板集成度； 

电阻埋于PCB板内，减少了受污染的机会，从而提高了电路的可靠性；并减少了装配工序，  降低了PCB加工复杂度，从而可以降低PCB成本。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种信号分路器，设置在PCB板中，其特征在于，所述信号分路器包括设置在PCB板内部的分路传输线，所述分路传输线包括三个埋设在PCB板内部的埋阻，所述三个埋阻均有一端在节点处直接连接，所述三个埋阻的另一端形成所述信号分路器的端部，包括一个输入端及两个输出端。

2.如权利要求1所述的信号分路器，其特征在于，所述三个埋阻的另一端形成的所述信号分路器的端部延伸至该PCB板的表面。

3.如权利要求2所述的信号分路器，其特征在于，所述信号分路器的三个端部引出延伸至该PCB板表面，与所述PCB板表面的铜皮电连接。

4.如权利要求2或3所述的信号分路器，其特征在于，所述埋阻为条形、弯折形或环形。

5.一种信号传输设备，包括PCB板，设置在所述PCB板上的信号分路器，其特征在于，

所述信号分路器包括设置在PCB板内部的分路传输线，所述分路传输线包括三个埋设在PCB板内部的埋阻，所述三个埋阻均有一端在节点处直接连接，所述三个埋阻的另一端形成所述信号分路器的端部，包括一个输入端及两个输出端。

6.如权利要求5所述的信号传输设备，其特征在于，所述三个埋阻的另一端形成的所述信号分路器的端部延伸至该PCB板的表面。

7.如权利要求6所述的信号传输设备，其特征在于，所述信号分路器的 三个端部引出延伸至该PCB板表面，与所述PCB板表面的铜皮电连接。

8.如权利要求7所述的信号传输设备，其特征在于，所述PCB板为多层PCB板，所述分路器的埋阻埋设在所述多层PCB板的第一层或最后一层中。

9.如权利要求6至8任一项所述的信号传输设备，其特征在于，所述埋阻为条形、弯折形或环形。

10.如权利要求9所述的信号传输设备，其特征在于，所述信号传输设备为光模块单板设备。 

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