一种基于单端信号的伪差分抗干扰电路及通信器件

技术领域

本申请涉及通信设备技术领域，特别涉及一种基于单端信号的伪差分抗干扰电路及通信器件。

背景技术

在一些使用低速信号线的场景下，由于不易受到外界干扰的影响，因而往往采取单端信号走线。但是实际的诸如静电放电（Electro-Static discharge,EMC）、浪涌（Surge）、辐射抗扰测试（Radiated Susceptibility，RS）等电磁抗扰度测试，由于干扰电磁场强度较高，同样会通过耦合噪声到单端信号上来影响产品的功能。由于单端信号线参考的是地平面，其受到外界的电磁干扰和地平面上受到的同一干扰的表现差异很大，导致单端走线的干扰和回流路径中的干扰无法相互抵消。因此单端信号线相比于差分信号线抗电磁干扰能力明显较弱，耦合到单端信号上的噪声或干扰可以直接进入源端或负载端，影响产品正常性能甚至损坏芯片。因此，需要提供一种能够解决单端信号线抗干扰问题的电路。

发明内容

有鉴于现有技术中存在的上述至少一个技术问题而提出本申请。根据本申请一方面，提供了一种基于单端信号的伪差分抗干扰电路，所述电路包括信号发射端、信号接收端，以及用于连接所述信号发射端和所述信号接收端的两个通路；

其中所述信号为单端信号；所述两个通路包括单端信号通路和伪差分信号通路，且所述单端信号通路和伪差分信号通路相平行并等长；在没有外界电磁干扰的情况下，所述伪差分信号通路用于所述单端信号通路的零电势参考；在受到外界电磁干扰的情况下，所述伪差分信号通路用于接收与所述单端信号通路等同的共模噪声，以滤除所述单端信号通路的共模噪声。

在一些实施例中，所述电路还包括差分放大器，所述差分放大器用于将所述伪差分信号通路上的输出电压或电流经过减法运算后再输出给所述信号接收端。

在一些实施例中，所述差分放大器设置于所述信号接收端内部。

在一些实施例中，所述差分放大器设置于所述信号接收端外部，且靠近所述信号接收端。

在一些实施例中，所述单端信号通路和所述伪差分信号通路均包括微带线。

在一些实施例中，所述信号发射端设置有第一滤波器。

在一些实施例中，所述信号接收端设置有第二滤波器。

在一些实施例中，所述电路包括四个集总端口，所述四个集总端口用于对所述第一滤波器和所述第二滤波器的参数进行设置。

在一些实施例中，所述信号接收端包括中央处理器。

本申请实施例另一方面提供了一种通信器件，所述通信器件包括如上所述的基于单端信号的伪差分抗干扰电路。

本申请实施例的基于单端信号的伪差分抗干扰电路包括信号发射端、信号接收端，以及用于连接所述信号发射端和所述信号接收端的两个通路，即单端信号通路和伪差分信号通路，且所述单端信号通路和伪差分信号通路相平行并等长，在受到外界电磁干扰的情况下，伪差分信号通路用于接收与所述单端信号通路等同的共模噪声，以滤除所述单端信号通路的共模噪声，信号接收端接收到的只有差模信号，从而保证了信号质量，同时起到保护电路不受电磁干扰的作用；而且本申请实施例的电路能够对不同频段的电磁干扰均起到抑制作用。

附图说明

图1示出根据本申请实施例的基于单端信号的伪差分抗干扰电路的示意图；

图2示出根据本申请实施例的差分放大器200的电路结构示意图；

图3示出根据本申请实施例的单端信号通路和伪差分信号通路的建模示意图；

图4示出根据本申请一个示例所使用的平面波激励信号示意图；

图5（a）示出传统技术中单端信号线在受到入射波干扰时，耦合到单端信号线上的干扰电流的对数坐标值；

图5（b）示出传统技术中单端信号线在受到入射波干扰时，耦合到单端信号线上的干扰电流的线性坐标值；

图6（a）示出根据本申请实施例的为未经过差分器之前，耦合到单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的对数坐标值；

图6（b）示出根据本申请实施例的未经过差分器之前，耦合到单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的线性坐标值；

图6（c）示出根据本申请实施例的经过差分放大器处理之后，单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的对数坐标值；

图6（d）示出根据本申请实施例的经过差分放大器处理之后，单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的线性坐标值；

图7示出根据本申请实施例的通信器件的示意性框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本申请实施例的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。

在电子产品中，诸如高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）、通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）、显示端口（Display Port）等应用高速信号线的场景下，往往采用差分走线的形式。差分走线由于信号大小相等、方向相反，所以两根差分走线之间的耦合就很好，阻抗变换也更匹配，外界的噪声信号基本上都会同时被耦合到两条线上，而接收端只关注两根信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全消除，起到提高信号传输质量的作用。

而像I2C、串行外设接口（Seriel Peripheral Interface，SPI）等使用相对低速的信号线的场景下，由于不易受到外界干扰的影响，因而往往采取单端信号走线。但是实际的诸如静电放电（Electro-Static discharge,EMC）、浪涌（Surge）、辐射抗扰测试（RadiatedSusceptibility，RS）等电磁抗扰度测试，由于干扰电磁场强度较高，同样会通过耦合噪声到单端信号上来影响产品的功能。

以笔记本电脑上所使用的触控板为例，触控板与主板通常采用普通的柔性扁平线缆（Flexible Flat Cable，FFC）连接。由于触控板是一个单独的模块，其镶嵌在机身之中，四周会有很多缝隙，外界电磁干扰很容易通过这些缝隙对FFC形成干扰。由于FFC主板端与EC/CPU采用单端信号线连接，一定强度的电磁干扰可能会导致系统功能紊乱，严重的会导致嵌入式控制器（Embedded Controller，EC）或中央处理器（Central Processing Unit，CPU）损坏。

传统技术通常采用以下两种方式来解决单端信号线的抗电磁干扰问题：

（1）结构屏蔽方式，使铁件或铝箔覆盖触控板与机身之间的缝隙，并与触控板的金属件通过螺丝锁附搭接，从而屏蔽外界电磁噪声对信号线的直接影响。但这种方式组装难度较大，成本相对较高，生产过程中容易出现过组装不良的问题，难以保证一致性；

（2）在单端信号线路上采用电容、TVS等器件进行旁路、滤波，来消除电磁噪声干扰。这种方式受滤波器件本身参数的限制，滤波范围有限，而且滤波器件引入的寄生参数可能会影响信号完整性。

基于前述的至少一个技术问题，本申请提供了一种基于单端信号的伪差分抗干扰电路，所述电路包括信号发射端、信号接收端，以及用于连接所述信号发射端和所述信号接收端的两个通路；其中所述信号为单端信号；所述两个通路包括单端信号通路和伪差分信号通路，且所述单端信号通路和伪差分信号通路相平行并等长；在没有外界电磁干扰的情况下，所述伪差分信号通路用于所述单端信号通路的零电势参考；在受到外界电磁干扰的情况下，所述伪差分信号通路用于接收与所述单端信号通路等同的共模噪声，以滤除所述单端信号通路的共模噪声。本申请实施例的电路中，由于信号接收端接收到的只有差模信号，从而保证了信号质量，同时起到保护电路不受电磁干扰的作用；而且本申请实施例的电路能够对不同频段的电磁干扰均起到抑制作用。

图1示出根据本申请实施例的基于单端信号的伪差分抗干扰电路的示意性流程图；如图1所示，根据本申请实施例的基于单端信号的伪差分抗干扰电路100可以包括信号发射端101、信号接收端102，以及用于连接所述信号发射端和所述信号接收端的两个通路。

其中所述信号为单端信号；所述两个通路包括单端信号通路103和伪差分信号通路104，且所述单端信号通路103和伪差分信号通路104相平行并等长；在没有外界电磁干扰的情况下，所述伪差分信号通路用于所述单端信号通路的零电势参考；在受到外界电磁干扰的情况下，所述伪差分信号通路用于接收与所述单端信号通路等同的共模噪声，以滤除所述单端信号通路的共模噪声。

由于外界的电磁干扰通常是以共模的形式对信号线进行耦合，在信号线上形成共模感应电流来进行干扰。本申请实施例通过加入伪差分信号通路（或者地线），在受到外界电磁波干扰时，伪差分信号通路上会形成等同于单端信号通路上的共模感应电流，经过差分放大器之后，单端信号通路和伪差分信号通路上的共模干扰信号相互抵消，信号接收端接收到的只有差模信号，从而保证了信号质量，同时起到保护信号接收端不受电磁干扰的效果。本申请实施例的电路可应用于大多数的单端信号线电路。

继续结合图1，所述单端信号通路和所述伪差分信号通路均由微带线构成。在单端信号结旁边增加伪差分线，该伪差分线可以是地线。然后按照差分走线的要求控制两根微带线的线距，并匹配两根微带线等长。本申请实施例相比采用结构屏蔽来消除电磁干扰的方案，能够更可靠和稳定的滤除电磁干扰，并且节约物料成本。

在本申请的一个实施例中，所述电路还包括差分放大器，所述差分放大器用于将所述伪差分信号通路上的输出电压或电流经过减法运算后再输出给所述信号接收端。

如图2所示，为差分放大器200的电路结构示意图。图2中的差分放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器。

其中，R

假设差分放大器的两个输入为V

其中，

通常以差模增益和共模增益的比值，即共模抑制比(

其中，

由上式可知，当共模增益

因此对于完全对称的差分放大器来说，输出电压V

其中，

可见，差分放大器可以完全消除两根输入信号上的共模噪声。

在一个示例中，所述差分放大器设置于所述信号接收端内部。

在另一个示例中，所述差分放大器设置于所述信号接收端外部，且靠近所述信号接收端。也就是说差分放大器距离信号接收端的距离小于距离信号发射端的距离。

在本申请的一个实施例中，所述信号发射端设置有第一滤波器。

在本申请的另一个实施例中，所述信号接收端设置有第二滤波器。

其中，第一滤波器和第二滤波器均可以由电阻R、电感L和电容C构成，即RLC滤波器。

在本申请的一个实施例中，所述电路包括四个集总端口（lumped port），所述四个集总端口用于对所述第一滤波器和所述第二滤波器的参数进行设置。

其中，集总端口相当于本申请实施例的内阻，需设定端口的阻抗,一般地端口宽度和微带线宽度相同，上下边缘和参考地向接。

在本申请的一个实施例中，结合图1，所述信号接收端可以包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。信号发射端可以包括源集成电路（Source IC）。

在本申请的一个实施例中，如图3所示，为本申请实施例的单端信号通路和伪差分信号通路的建模示意图。图中的单端信号通路和伪差分信号通路包括两根微带线，一根是单端信号线，一根是伪差分信号线。两根微带线平行放置。图3中的两个可以根据需要封装或固定平行设置，因此从外观上看为一根比较粗的封装好的线。在一个示例中，微带线的两端分别接至连接器（Connector）和集成电路（IC）。在另一个示例中，可以在单端信号线和伪差分信号线采用四个集总参数端口，分别对单端信号线和伪差分信号线两端的RLC滤波器进行参数设置。

作为一个示例，如图4所示，为本申请实施例所使用的平面波激励信号示意图。例如，信号强度为3V/m，沿X轴方向极化，入射方向为Y轴负半轴方向。

如图5（a）和图5（b）所示，为传统技术中单端信号线在受到入射波干扰时，耦合到单端信号线上的干扰电流的对数坐标值和线性坐标值。例如，最大值约为1.77mA。

如图6（a）所示，为未经过差分器之前，耦合到单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的对数坐标值。如图6（b）所示，为未经过差分器之前，耦合到单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的线性坐标值。例如，最大值约为1.23mA。

如图6（c）所示，为经过差分放大器处理之后，单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的对数坐标值。如图6（d）所示，为经过差分放大器处理之后，单端信号线和伪差分信号线上的干扰电流的线性坐标值。例如，最大值约为0.05mA。

在本申请实施例中，还可以对单端信号线和伪差分信号线上受到的不同频段的电磁干扰起到抑制作用，降幅可以达到95%以上。

相对于传统技术的采用结构屏蔽消除电磁干扰的技术方案，本申请实施例能够更可靠和稳定的滤除电磁干扰，并且节约物料成本。相对于传统技术的采用滤波电路消除电磁干扰的方案，本申请实施例能够消除更宽频率范围的电磁干扰，并且不会影响线路自身的信号质量。

本申请实施例的基于单端信号的伪差分抗干扰电路在实现起来非常简易，其在易受扰的单端信号线旁边加入一条等长且平行走线的地线（GND trace）作为伪差分线，并运用差分放大器对单端信号和伪差分信号上的共模噪声进行滤除。在没有外界电磁干扰的情况下，此GND trace可以看作零电势参考，不影响单端信号的正常工作；在受到外界电磁干扰的情况下，此GND trace上会接收到和单端信号线上等同的共模噪声，在经过差分放大器后滤除共模噪声。

本申请实施例的基于单端信号的伪差分抗干扰电路中，由于信号接收端接收到的只有差模信号，从而保证了信号质量，同时起到保护电路不受电磁干扰的作用；而且本申请实施例的电路能够对不同频段的电磁干扰均起到抑制作用。

下面结合图7介绍本申请实施例的一种通信器件700，其特征在于，所述通信器件包括如图2所述的基于单端信号的伪差分抗干扰电路。

本申请实施例的通信器件，由于能够实现前述的基于单端信号的伪差分抗干扰电路，因此具有和前述的基于单端信号的伪差分抗干扰电路相同的优点。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器（DSP）来实现根据本申请实施例的一些模块的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序（例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。