新型小型化共模噪声抑制电路的研究

To meet the growing demand of the emerging GHz common-mode noise suppression in the modern digital circuits, this proposal will study the characteristics and application of a series of common-mode suppression circuits based on the low temperature co-fired ceramic and GaAs integrated passive device techniques, including: (1) Designing several novel GHz common-mode suppression circuits; (2) Mode analyzing and equivalent circuit modeling of the proposed common-mode suppression circuits; (3) Exploring the mechanism of the common-mode noise suppression stopband and broadening it; (4) Evaluating the practical application effects (i.e. reduction of the electromagnetic interference) of the proposed common-mode suppression circuits. This proposal will provide technical reserves for the design and application of the miniaturized and integrated common-mode suppression circuits for GHz.

本申请针对现代高速数字电路中GHz频率共模噪声抑制的迫切需求，开展基于低温共烧陶瓷技术和砷化镓无源集成技术的小型化共模噪声抑制电路的研究，设计多个新型共模噪声抑制电路并对其进行理论分析与等效电路建模；探索其共模噪声抑制的机理，进一步展宽共模噪声抑制阻带带宽；最后，开展所设计的共模噪声抑制电路在实际高速数字电路中的应用实验研究，测试其对电磁干扰的改善程度；为国内在小型化、高集成GHz共模噪声抑制电路的研究和应用方面做好技术储备。

针对现代高速电子电路系统中由共模噪声所引起的信号完整性问题，进而引发的对新型GHz频段共模噪声抑制技术的需求，在2017-2019年国家自然科学基金青年基金项目的资助下，本项目课题组基于先进的低温共烧陶瓷工艺、无源器件集成技术设计出多款高性能表贴式共模滤波器，旨在保护GHz频段差模信号的信号完整性并抑制宽频带范围内的共模噪声。本项目针对GHz频段多模超宽带共模滤波器的课题展开了深入研究，主要工作内容如下：1）本项目所设计的共模滤波器具有结构对称的特点，以避免有用的差模信号向共模噪声转换，确保差模信号的完整传输；同时，将非对称短路支节加载的谐振器应用到共模滤波器的设计当中，构造出偶模激励下的多模谐振器单元，从而实现多个共模传输零点。通过调节短路支节加载的位置来调控各共模传输零点在阻带内的分布位置，进而优化共模阻带抑制性能。测试结果表明所设计的共模滤波器具有电路尺寸相对较小、-3dB差模截止频率高、-10dB共模阻带相对带宽超宽及共模抑制深度较深的性能优势。2）基于双耦合路径的设计思路，将改进型四分之一波长传输线谐振器、嵌入式差分耦合微带线、改进型半波长传输线谐振器及金属地在垂直方向上集成在一起，实现了滤波器的小型化。偶模激励下，差分线会通过宽边耦合向上、向下激励起两传输线谐振器的多模谐振，从而产生多个共模传输零点，进而实现超宽频段范围内的共模噪声抑制性能。3）基于传统微波滤波器理论，设计出具有四传输零点的共模滤波器电路拓扑。奇模激励下，该电路拓扑表现为高阶π型低通滤波器，可以保证截止频率内差模信号的完整传输；偶模激励下，该电路拓扑在dc-10GHz共可产生4个共模传输零点，所能实现的-10dB共模阻带相对带宽达128%，共模阻带相对带宽超宽，且共模抑制深度较深。基于低温共烧陶瓷工艺及无源器件集成技术，上述所设计的共模滤波器均已加工成实用器件，应用前景广阔，对我国高速数字电路和平衡微波电路共模抑制等产品设计、分析及制造方面的水平具有重大的推动作用。.依托本项目成果共发表期刊和会议学术论文18篇，其中SCI论文14篇（IEEE Trans.权威期刊论文11篇），国内外会议论文4篇，部分研究成果支撑项目负责人成功获得1项国家自然科学基金面上基金项目资助。授权发明专利1项，申请发明专利2项。协助指导硕士研究生2人。