成對多層電介質的獨立無源元件結構的製作方法
2023-12-02 15:15:01 5
專利名稱：成對多層電介質的獨立無源元件結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是保護電子線路免受電磁場幹擾(EMI)、過壓和防止電磁輻射的濾波器。更具體地說，本發明涉及的是一個多功能電子元件，其物理結構可抑制不期望有的來自於其他信號源或由差模和共模電流在電子線路內部產生的電磁輻射。另外，由於電子元件的物理結構和材料組分，過壓浪湧保護和磁特性可以完全與差模和共模濾波合併。
背景技術：
目前生產的大多數電子儀器，尤其是計算機、通訊系統、汽車、軍事監測儀器、音響和家庭娛樂設備、電視和其他設備中包含有實現新的高速功能的小型化元件並且根據其生產原料或其尺寸進行電連接，其尺寸對電磁幹擾或電線上出現的瞬態電壓產生的寄生電能非常敏感。瞬態電壓可以嚴重損壞或破壞如微電子元件或電連接從而使電子儀器不工作，並且需要大量經費進行大量的修理或更換。
EMI或RFI形式的電氣幹擾可由這樣的信號源如無線電廣播天線或其他電磁波發生器引入電線中。EMI也可由需要屏蔽EMI的電路產生。差模和共模電流通常產生於電纜和電路板印製線中。在很多情況下，由這些起天線作用的導體發射電磁場。必須控制這些導體/發射器的輻射來阻止產生或對不期望的噪聲敏感的其他電路或電路的其他部分互相干擾。其他幹擾源由與電線耦合的儀器產生，如計算機、電源開關和其他各系統，它們可產生很大的幹擾，期望消除這些幹擾以滿足國際上對輻射和/或敏感度的要求。
出現在電線上的瞬態電壓可由在很短時間內產生大量電勢的閃電引入。同樣地，核電磁脈衝(EMP)在很寬的頻率範圍上在更快的上升時間脈衝內產生更大的電壓尖峰，這對絕大多數設備是有害的。其他大瞬態電壓源與在一些電子供電儀器的電源開或關上出現的電壓浪湧有關，同時由大地勢能的改變引起大地迴路幹擾。現有的保護設備，最初只根據結構和原料進行防護，而對單個的集成組件不能充分保護。
基於上述已知的電磁輻射和瞬態電壓浪湧現象，已設計有各種濾波器和浪湧抑制電路結構，這可很明顯地從現有技術中看出。現有技術的各種發明的詳述公開於美國專利號5,142,430中，這裡作為參考。
′430專利本身描述的是電源線濾波器和浪湧保護電路元件和電路，它們用於電氣儀器中實現設備保護。電路元件包括具有期望的電氣特性如變阻器或電容特性的材料的晶片或碟片。碟片具有電極圖案並且與它上面的小孔共同在元件表面形成絕緣帶，從而使元件能方便有效地與系統的電氣導體進行電氣連接。這些電極圖案互相連接，在材料介於兩個電極柵之間的情況下，這些電極柵形成公共電極。′430專利最初針對雙鉸線濾波。本發明提高和改進了雙鉸線這一概念，因為本發明用於採用低電壓低電流的數據通信線和直接面向具有高電壓的工業和家庭應用裝置，如三相供電線、電機噪聲濾波、LAN和計算機和電子設備。
因此，針對前述的現有技術中存在的缺陷，這裡提出了本發明。
發明內容
根據以上所述，我們發現需要提供一個多功能電子元件，其衰減電路、單線、雙線和多股絞線中的差模和共模電流引起的電磁輻射。由於電子技術的敏感特性，還需要集成有浪湧保護的電磁濾波器以消除對外部源的過壓和輻射的敏感。由於今天電子工業的高度競爭，使得這種差模和共模濾波器/浪湧保護器必須便宜、微型化、費用低並且可高度集成於大多數電子產品中。
因此，本發明的主要目的是提供一種易於製造和使用的多功能電子元件，它可濾掉由差模和共模電流產生的電磁輻射。
本發明的另一目的是提供一種保護電路裝置，它可大量生產並且可在一個元件組件中封裝一個或多個保護電路以提供對瞬態電壓、過壓和電磁幹擾的保護。
本發明的另一目的是提供具有內部地的保護電路，它提供一個削弱EMI和過壓的路徑而不必將混合電子元件與電路或大地耦合。
本發明的這些和其他目的及優點是通過在相應的電極板周圍採用多個公共接地導電板實現的，電極板被具有任一或多個電氣性能組合的材料分隔。通過導體對與公共接地導電板耦合併且選擇導體與電極板耦合，線與線和線與地元件耦合來實現差模和共模電磁幹擾濾波和/或浪湧保護。電路裝置包括至少一個線性調整電路元件作為極板。電極圖案在極板的一個表面產生，然後電極表面與電路的電導體電氣耦合。電極圖案，所用的絕緣材料和公共接地導電板在電導體的電極之間產生公共端，它用電氣導體之間線與線耦合的電氣元件和線與地耦合的電氣元件從各個電氣導通產生一個平衡(相等但反向)電路裝置。
差模和共模濾波器的電氣特性取決於所選用的電極板之間的材料和所用的地屏蔽，它將電極板有效地保護在一個或多個法拉第盒中。如果選取了一種特殊的絕緣材料，得到的濾波器將主要是一個容性裝置。絕緣材料和電極板以及公共接地導電板將在每個電氣導體中共同產生一個線與線的電容和線與地的電容。如果用金屬氧化物變阻器(MOV)材料，則該濾波器將是容性濾波器，其過流和浪湧保護特性由MOV型材料產生。公共接地導電板和電極板將再次形成線與線的和線與地的容性板，其在高瞬態電壓的情況下提供差模和共模濾波。在這些條件下，MOV型變阻器材料基本上是一個用於抑制高瞬態電壓的非線性電阻，它將產生作用限制可能出現在電氣導體之間的電壓。
在另一個實施方案中，可以使用鐵氧體增加差模和共模濾波器的附加內部電感。如前所述，公共接地導電板和電極板形成線與線的電容和線與地的容性板同時鐵氧體材料增加裝置的電感。使用鐵氧體還可提供瞬態電壓保護，在某一電壓門限下，鐵氧體變為導體使過限的瞬態電壓分流到公共接地導電板，有效地限制了通過電氣導體的電壓。
因此，本發明提供了一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸。
本發明還提供了一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面，而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得所述中央板使所述第二電極與所述第三電極彼此完全屏蔽。
本發明還提供了一種製造電極裝置的方法，它包括設置第一電極，第一電極至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；設置第二電極，第二電極至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；設置第三電極，第三電極至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得所述中央板使所述第二電極與所述第三電極彼此完全屏蔽。
本發明還提供了一種發射信號的方法，它包括設置一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸；將所述第二電極和所述第三電極連接成一個電路；以及將信號至少發射給所述第二電極或所述第三電極。
在上述電極裝置中，所述第二電極和所述第三電極彼此都有大體上相同的尺寸及形狀。
其中所述第二電極和所述第三電極彼此相對地排成相反的取向排列。
在上述電極裝置中，所述第二電極和所述第三電極彼此都有大體上相同的尺寸及形狀；而且，其中，所述第二電極和所述第三電極彼此相對地排成相反的取向排列。
所述的電極裝置還包括一種有預定特性、可用作介質的材料。其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸。
所述的電極裝置還包括一種這樣的裝置至少所述電極裝置中的全部所述電極中各電極分別包括至少一對孔；以及所述電極裝置的全部所述電極中的各所述相應的一對孔包括至少一個絕緣孔和一個耦合孔。
所述的電極裝置的方法還包括一種這樣的裝置所述電極裝置中的全部所述電極中各電極分別包括至少一對孔；以及其中，所述電極裝置的全部所述電極中的各所述相應的一對孔包括至少一個絕緣孔和一個耦合孔。
所述的電極裝置的方法還包括一種有預定特性、可用作介質的材料；以及其中，所述材料至少可用於將所述電極裝置中的所述電極相互隔開；其中，所述第二電極和所述第三電極彼此都有基本上相同的尺寸及形狀；而且，其中，所述第二電極和所述第三電極彼此相對地排成相反取向排列；而且，其中，所述電極裝置可用作電磁濾波裝置。
所述的發射信號的方法中，所述電極裝置中的所述第三電極和所述中央板都各自以這樣的方式來定位，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸。
所述的發射信號的方法中，所述電極裝置中的全部所述電極都各自包括至少一對孔；以及其中，所述電極裝置中的全部所述電極中的所述各自的所述一對孔包括至少一絕緣孔和一耦合孔。
本發明還提供了一種電極裝置，它包括一直導電地相互耦合的多個屏蔽電極，其中，所述多個屏蔽電極包括至少三個屏蔽電極；導電地與所述多個屏蔽電極隔離並相互導電地隔離的一受屏蔽的電極；以及其中，所述多個屏蔽電極中的各屏蔽電極彼此相對地被這樣的定位及定尺寸，使得穿過所述一對受屏蔽的電極的任何直線與所述多個屏蔽電極中的所述各屏蔽電極接觸。
所述的電極裝置還包括被安排得插入所述至少三個屏蔽電極的所述多個屏蔽電極中的第一對屏蔽電極。
所述的電極裝置還包括被安排得插入所述至少三個屏蔽電極中的至少一個屏蔽電極的所述多個屏蔽電極中的第二對屏蔽電極。
所述的電極裝置還包括至少一個線對線電容器以及至少兩個線對地電容器。
所述的電極裝置可用作電容器。
所述的電極裝置可用作屬於至少一個激勵電路中的一部分的電磁濾波裝置。
本發明還提供了一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；其中，所述中央板具有一中央板外邊界；以及其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的一條直線或穿過內部，或與所述中央板外邊界接觸。
其中所述第二電極板具有第二電極板主表面，而所述第二電極板主表面大致上成「C」形。
其中所述第三電極板具有第三電極板主表面，而所述第三電極板主表面大致上成「C」形。
其中所述第二電極板主表面的所述「C」形與所述第三電極板主表面的所述「C」形彼此相對地排列。
其中所述第二電極板主表面確定一個穴，還包括所述穴中的第一導電區以及所述穴中的第二導電區。
其中，所述第一導電區具有確定第一孔的表面，而所述第二導電區具有確定第二孔的表面。
本發明還提供了一種用於RJ45連接器的連接器結構，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；其中，所述中央板具有一中央板外邊界；以及其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的一條直線或穿過內部，或與所述中央板外邊界接觸。
本發明還提供了一種包括上述結構和一IC晶片的結構，其中，所述連接器電連接於所述IC晶片中的導體。
本發明還提供了一種包括上述結構和一PC板的結構，其中，所述連接器機械地連接於所述PC板。
本發明還提供了一種包括上述結構和一機殼的結構，其中，所述連接器機械地連接於所述機殼。
在所述的結構中，所述連接器同樣電連接於所述PX板上的導體。
其中，所述連接器同樣電連接於所述機殼上的導體。
這裡還公開了基於本發明的上述目的和優點的許多其他的裝置和結構，以說明本發明範圍內的差模和共模濾波器的多功能性和廣泛的應用。
圖1所示是根據本發明的差模和共模濾波器的分解透視圖；圖1A所示是圖1所示的濾波器的另一實施方案的分解透視圖；圖2A和圖2B是圖1所示的濾波器的原理框圖，其中圖2A為純原理說明，圖2B為物理結構的原理說明。
圖3是圖1的濾波器與包含現有技術的晶片電容的濾波器比較的對數圖，插入損耗作為信號頻率函數；圖4是用於連接器中的多導體差模和共模濾波器的分解透視圖；圖5A和圖5B所示是差模和共模濾波器和現有技術濾波器的原理圖，其中圖5A是現有技術中所用的多電容元件，圖5B是圖4中差模和共模濾波器的物理實施方案的電氣說明；圖6是組成的高密度多導體差模和共模濾波器實施方案的多個公共接地導電板和電極板的頂視圖；圖6A是如圖6所示的組成的另一高密度多導體差模和共模濾波器的多個公共接地導電板和電極板的頂視圖；圖7A和圖7B是電極板的前正視圖，其中圖7A和圖7B分別是電極板的前後視圖；圖8所示是圖1的差模和共模濾波器的另一實施方案的側視圖，它採用圖7A和圖7B的電極板；圖9所示是圖8的濾波器的前正視圖；圖10A和圖10B所示是差模和共模濾波器的表面貼裝晶片的實施方案，其中圖10A是透視圖，圖10B是分解透視圖；圖11A和圖11B所示是圖10A和圖10B中所示的濾波器的改進的實施方案，其中圖11A是濾波器剖面的透視圖，圖11B是其原理圖；圖12A-圖12D所示是多濾波器表面貼裝元件；其中12A是濾波器的頂視圖，圖12B至12D是內部電極層的頂視圖；圖13是圖12A中所示的濾波器的剖面的正視圖；圖14是差模和共模濾波器的改進的實施方案中的獨立的薄膜板的分解透視圖；圖15是工作方式下圖14的薄膜板的剖面的前正視圖；圖16A-圖16D是主要用於電機中的差模和共模濾波器的改進的另一實施方案；圖16A是電機濾波器實施方案的頂視圖；圖16B是其側視圖；圖16C是其剖面的側視圖；圖16D是圖16A中所示的濾波器的物理實施方案的電氣說明；圖17A-圖17B所示是與電機電耦合和物理耦合的電機差模和共模濾波器的實施方案；圖17A所示是與電機耦合的濾波器的頂視圖；圖17B所示是其側視圖；圖18是一個對數圖，它表示含有標準濾波器的電機和含有圖17A、17B的差模和共模濾波器的電機在作為頻率的函數以dBuV/m為單位的輻射程度的比較；圖19A-圖19C所示是電機差模和共模濾波器的改進的另一實施方案；圖19A所示是多個電極板的頂視圖；圖19B所示是與多個電導體電氣耦合的電極板的分解透視圖；圖19C是電機差模和共模濾波器的物理實施方案的電氣說明；
圖20A和圖20B所示是差模和共模濾波器的大功率實施方案，其中圖20A是濾波器的原理說明，圖20B是其部分原理/方框圖；圖21A和圖21B所示是大功率差模和共模濾波器，圖21A是部分分解透視圖，圖21B是其原理說明；圖22A-圖22D所示是本發明改進的另一實施方案；圖22A是用於連接器中的另一多導體差模和共模濾波器的分解透視圖；圖22B是圖22A中所示的濾波器的前正視圖；圖22C是圖22A中所示的濾波器的物理實施方案的電氣說明；圖22D是圖22A中所示的濾波器的物理實施方案的另一電氣說明；圖23A和23B表示的是本發明的濾波器的一個應用，其中圖23A是圖23B中所示的具有浪湧和電磁幹擾(EMI)設備的物理實施方案的電氣說明；圖24A和24B表示的是本發明的濾波器的另一應用，其中圖24A是圖24B中所示的有電容的浪湧保護設備的物理實施方案的電氣說明；圖25A和25B表示的是本發明的濾波器的另一應用，其中圖25A是差模和共模穿孔濾波器和一組浪湧保護設備的組合體的物理實施方案，圖25B是圖25A中所示的組合體的電氣說明；圖26A-圖26C是電極板的另一實施方案的正視圖，其中圖26A和圖26C分別是電極板的前後視圖，圖26B是電極板的剖面的側視圖；圖27是在電路中有兩個如圖26中所示的電極板的應用的剖面的側視圖；圖28是電路中有兩個如圖26中所示的電極板和一個接地板的另一應用的剖面的側視圖；圖29是組成多元件條帶濾波器的獨立內層的分解圖，其中每個內層所示的是該層的底視圖；圖30A-30D所示是圖29中所示的多元件條帶濾波器，其中圖30A是頂視圖，圖30B是前側視圖，圖30C是後側視圖而圖30D是底視圖；圖31是組成另一多元件條帶濾波器的獨立內層的分解圖，其中每個內層所示的是該層的底視圖；圖32是組成另一多元件條帶濾波器的獨立內層的分解圖，其中每個內層所示的是該層的底視圖；圖33A-E所示是圖32中所示的多元件條帶濾波器，其中圖33A是頂視圖，圖33B是前側視圖，圖33C是後側視圖，圖33D是底視圖而圖33E是末端正視圖；圖34是組成另一多元件條帶濾波器的獨立內層的分解圖，其中每個內層所示的是該層的底視圖；圖35A-35E所示是圖34中所示的多元件條帶濾波器，其中圖35A是頂視圖，圖35B是前側視圖，圖35C是後側視圖，圖35D是底視圖而圖35E是末端正視圖；圖36是組成另一多元件條帶濾波器的獨立內層的分解圖，其中每個內層所示的是該層的底視圖；圖37A-37E所示是圖36中所示的多元件條帶濾波器，其中圖37A是頂視圖，圖37B是前側視圖，圖37C是後側視圖，圖37D是底視圖而圖37E是末端正視圖；圖38是組成多元件濾波器的獨立內層的分解圖，其中每個內層所示的是該層的底視圖；圖39是圖38中所示的多元件濾波器的原理說明；圖40A-40C所示是圖38中所示的多元件濾波器的立體圖，其中圖40A是濾波器的頂視圖，圖40B是濾波器的前正視圖，圖40C是濾波器的側視圖；圖41A-41D所示是圖38中所示的多元件濾波器的改進的實施方案，為了改善性能增加了接地板，其中圖41A是多元件濾波器的獨立內層的分解圖，圖41B是多元件濾波器的原理說明，圖41C是在不同測試頻率下多元件濾波器的衰減值的表，圖41D是在圖41C中所列的不同的測試頻率下多元件濾波器的衰減值的曲線；圖42A和圖42B所示是差模和共模濾波器表面貼裝元件實施方案的改進的應用，其中圖42A是改進的應用的透視圖，它包含集成了部分分解的無源濾波器的相位T網絡，圖42B是集成了無源濾波器的相位T網絡的原理說明。
具體實施例方式
由於日常工作中電子產品的使用不斷增加和產生的大量的電磁幹擾(EMI)和輻射，規定了應用於各種數字和模擬應用如在家中、醫院、汽車、飛機和衛星工業中的電磁兼容要求(EMC)。本發明直接針對的是在一個封裝中集成有EMI抑制、寬帶I/O線濾波、EMI去耦噪聲衰減和浪湧保護的電子元件的物理結構。
電磁能量的傳播需要兩個場，電場和磁場。電場通過兩個或多個點之間的電勢差將能量耦合進電路。磁場通過感應耦合將能量耦合進電路。磁場源於路徑中流過的電流，路徑可以是簡單的導線迴路。在這樣的迴路中，存在兩個場並且這兩個場還包括在印刷電路板上的電路線中。這些場在1MHz的頻率之上開始分離。
如上面提到的，傳播的電磁能量是電場和磁場的交合物。典型地，重點放在將載有DC到高頻噪聲的電路導體中的EMI濾波。這有兩個原因，一個是在自由空間中改變電場將產生磁場，第二個原因是隨時間變化的磁通量將產生電場。其結果是，不存在單一的隨時間變化的磁場或電場。場可以最初是電場或最初是磁場，但是二者不能獨立產生。
輻射發射問題的主要起因是由於兩種導電電流，差模和共模電流。這些電流產生的場導致EMI輻射。差模(DM)電流是流經導線環路，電路板走線和其他導線中的電流，其方式是與這些電流有關的場源於導體確定的迴路。
共模和差模電流的不同之處在於它們流經不同的電路路徑。共模噪聲電流是與地相關的表面現象，並且例如流徑電纜的外表皮，該外表皮通常接地到機殼。為了削弱、減小和抑制噪聲，需要提供一個接地的低阻抗路徑，同時短路所有的噪聲電流迴路。
現在參見圖1，它所示的是共模和差模濾波器10的物理結構的分解透視圖。濾波器10包括一組公共接地導電板14，公共接地導電板14至少有兩個電極板16a和16b，每個電極板16夾在兩個公共接地導電板14之間。至少一對電導體12a和12b穿過公共接地導電板組14的隔離孔18或耦合孔20和電極板16a和16b同時電導體12a和12b還有選擇地與電極板16a和16b的耦合孔20相連。在本優選實施方案中，公共接地導電板14包括所有導電材料如金屬。至少一對隔離孔18穿過每個公共接地導電板14從而在允許電導體12穿過其中的同時保證公共接地導電板14和電導體12電氣隔離。公共接地導電板組14可選擇在預定和匹配的位置配有固定孔22，從而通過標準緊固裝置如螺釘和螺栓使公共接地導電板組14中的每一個與另一個可靠地耦合。固定孔22還可用於將共模和差模濾波器10緊固在另一表面上如用於連接的電子設備濾波器10的包裝或外殼。
電極板16a和16b類似於公共接地導電板14之處在於它包括導電材料並且有電導體12a和12b穿過孔。不同於公共接地導電板14的是電極板16a和16b與兩個電導體12中的一個有選擇地電氣連接。如圖1所示，電極板14畫得比公共接地導電板14小，這不是必須的，但是採用這樣的結構可以避免電極板16通過固定孔22的物理耦合裝置受到幹擾。
電導體12提供電流流徑，其流動方向由電導體12兩端的箭頭表示，如圖1所示。電導體12a表示電信號的傳輸路徑，電導體12b表示信號返回的路徑。雖然只示出了一對電導體12a和12b，申請人考慮配置共模和差模濾波器10為一組電導體對濾波，產生高密度多導體共模和差模濾波器。
組成共模和差模濾波器10的最終元素是有一個或多個電氣特性並且圍繞公共接地導電板14中心的材料28，兩個電極板16a和16b以及穿過最外面的兩個公共接地導電板14之間的部分電導體12a和12b，這樣所有板和導體完全相互隔離，除了導體12a和12b以及耦合孔20產生連接。共模和差模濾波器10的電氣性能由所選的材料28確定。如果選擇絕緣材料，濾波器10首先為電容特性。材料28還可以是金屬氧化物變阻器材料，它具有電容特性和浪湧保護特性。還可以用其他材料如鐵氧體和燒結多晶體，其中鐵氧體材料具有內部電感和浪湧保護特性從而提高了由互耦合抵消效應產生的共模噪聲對消。燒結多晶體材料具有導電、絕緣和磁特性。燒結多晶體在美國專利號5,500,629中作了詳細說明，這裡一起作為參考。
還可以使用輔助材料，它是美國專利No.5,512,196中公開的高電容率鐵電材料和高磁導率鐵磁材料的混合物，這裡作為參考。這樣的鐵電-鐵磁混合材料可形成同時具有電感和電容特性的緊湊的單一元件，其作用如同LC型濾波器。該元件緊湊、可成型和濾波的特性對抑制電磁幹擾是有用的。在某實施方案中，鐵電材料是鈦酸鋇而鐵磁材料是鐵氧體材料如基於銅鋅鐵氧體材料。鐵電-鐵磁混合物的電容和電感特性具有衰減能力即在高於1GHz的頻率下沒有信號。鐵電-鐵磁混合物的幾何尺寸將影響使用該混合物的濾波器的最終的容性和感性。在生產過程中可以改變混合物使濾波器的特性能夠在特定的應用和環境下產生適當的衰減。
仍參見圖1，下面將更詳細說明公共接地導電板14、電極板16a和16b、電導體12a和12b以及材料28之間的物理關係。首先是中央的公共接地導電板14。中央的板14使一對電導體12穿過各自的隔離孔18，從而保持公共接地導電板14和電導體12a和12b之間的電氣隔離。另外，中央的公共接地導電板14的上下是電極板16a和16b，每個電極板有一對電導體12a和12b穿過。與中央的公共接地導電板14不同，只有一個電導體12a或12b通過隔離孔18與每個電極板16a或16b隔離。電導體對12a或12b之一與分別通過耦合孔20的電極板16a或16b電氣耦合。耦合孔20通過標準連接如能提供穩固可靠的電氣連接的焊錫焊接、穩固配合或其他方法與電導體對12之一連接。為了使共模和差模濾波器10正確工作，上面的電極板16a必須與相對的電導體12a電氣耦合，而下面的電極板16b必須與相對的電導體12b電氣耦合。共模和差模濾波器10可包括一組外部公共接地導電板14。這樣的外部公共接地導電板14提供較大面積的接地板以幫助衰減電磁輻射並且提供較大的表面積使過壓和浪湧在其中消耗掉。當公共接地導電板組14不與電路或大地電氣耦合而是依賴於提供內部地，這一點尤其重要。如前面所述，公共接地導電板14和兩個電極板16a和16b之間插入並維持的是材料28，它可以是有不同電氣特性的一組或多組材料。
圖1A所示是濾波器10的另一實施方案，它附加了電導體或電路板連接與濾波器耦合的方法。基本上，公共接地導電板組14與外邊緣導電帶或導電面14a電氣連接。另外，每個電極板16a和16b分別有各自的外邊緣導電帶或導電面40a和40b。為了在電極板16a和16b和其各自的導電帶40a和40b之間提供電氣連接的同時保證濾波器10的其他部分之間電氣隔離，每個電極板16為窄帶並且其位置為電極板16a的窄帶部分直接正對電極板16b的方向。電極板16a的窄帶部分還延長了距離使在附加的距離內公共接地導電板組14通過附加材料28與外邊緣導電帶40a和40b隔離。每個帶和板之間的電氣連接通過每個帶和公共接地導電板14或電極板之間的物理連接實現。
圖2所示是共模和差模濾波器10的兩個圖示。圖2a是具有在電導體12a和12b之間並且與電導體12a和12b耦合的線到線電容30和兩個在電導體對12之一和內部地34之間耦合的線到地電容32的濾波器10的原理圖。
圖2b所示是濾波器10的物理實施方案的準原理圖和與圖2a中所示的電容元件的關係。線到線電容30包括電極板16a和16b，其中電極板16a與電導體對之一12a耦合而另一電極板16b與相對的電導體12b耦合，從而形成了組成電容所必須的兩個平行板。中央的公共接地導電板14作為內部地34並且還作為每個線到地電容32的兩個平行板之一。
每個線到地電容32所需的另一平行板由相應的電極板16提供。通過仔細參考圖1和圖2b，將明顯地看到電容板的關係。通過用具有電氣性能的材料28隔離中央的公共接地導電板14和每個電極板16a或16b，這樣形成一個在電導體12a和12b之間有共模旁路電容30和每個電導體12a和12b與內部地34耦合得到的線到地去耦電容32。
後面將更詳細地說明內部地，但是這裡直接將它假設為等於大地或電路地。為了耦合由中央和附加的公共接地導電板14形成的內部地34，通過常用的方法如穿過緊固孔22焊接或安裝螺釘使一個或多個公共接地導電板14與電路或大地耦合，從而與電氣設備的外殼或接地外殼耦合。如果有同大地或電路地耦合的內部地34的共模和差模濾波器10工作良好，則濾波器的物理結構的一個優點是不須物理接地。
再看圖1，共模和差模濾波器10的附加特性分別由順時針和逆時針磁通場24和26說明。每個磁通場的方向可通過安培定律和右手規則確定和表示。是這樣做的，將大拇指平行並指向電導體12a或12b中流經電流的方向，電流方向由導體兩端的箭頭表示。一旦大拇指的指向與電流的流向相同，則彎曲的其餘手指的方向表示磁通場旋轉方向。由於電導體12a或12b位置相鄰並且代表了一個電流迴路如許多I/O和數據線結構中所見，則流進和流出共模和差模濾波器10的電流相反從而產生能相互抵消的相反的磁通場並且減小了電感。由於當今儀器中不斷提高的開關速度和快速的脈衝上升時間產生不能接受的電壓尖峰，它只能通過小電感浪湧設備控制，所以在當今I/O和高速數據線中，小電感是有利的。
還可以看到，從勞動強度方面來看，使用共模和差模濾波器10與現有技術中使用分立元件相比，前者提供了一種簡單有效的生產方式。由於只需連接電導體12的兩端以得到差模耦合電容和兩個共模去耦電容，所以節省了時間和空間。
圖3所示是插入損耗的變化與現有技術的幾片電容的頻率的關係以及與採用本發明的共模和差模濾波器10的比較。該曲線表示的82pF的線到線電容50或82pF的線到地電容56都表示出了變化的非線性特性。另一方面，以下列方式配置的濾波器10在高達100MHz頻率下具有較低的線性插入損耗(1)用82pF的線到線電容54代替有相同值的傳統電容50；(2)用82pF的線到地電容58代替有相同值的傳統電容56；(3)用41pF的線到地電容52代替兩個傳統電容50和56。
本發明另一實施方案是圖4中所示的共模和差模多導體濾波器110。濾波器110與圖1和1A的濾波器10的相似之處在於它包括一組公共接地導電板112和一組導電電極118a至118h形成差模耦合電容和共模去耦電容作用於一組電導體對上，圖4中沒有示出該電導體對但它類似於圖1和1A中所示的電導體12a和12b。如前面所述的圖1中所示的單導體對濾波器10，公共接地導電板112、導電電極118和多個電導體通過預先選定的具有預定的電氣性能的材料122如絕緣材料、鐵氧體材料、MOV型材料和燒結多晶體材料使它們之間相互隔離。公共接地導電板組112中的每一個都有一組隔離孔114，電導體穿過隔離孔114使其與各自的公共接地導電板112電氣隔離。為了能容納一組電導體，共模和差模濾波器110必須使用圖1和1A中的改進的電極板。
為了給每一對電導體對提供多個獨立的導電電極，支撐材料116包括具有所需的電氣性能的材料122之一。支撐板116a包括印刷在板116a一面上的一組導電電極118b、118c、118e和118h，每個電極有一個耦合孔120。支撐板116b也包括印刷在板116b一面上的一組導電電極118a、118d、118f和118g。支撐板116a和116b由公共接地導電板組112分隔並被其包圍。每個輸入的電導體對在濾波器110中有相應的電極對。電導體穿過公共接地導電板組112和相應的導電電極，但是圖中沒有示出。通過選擇耦合孔120和隔離孔114確定是否連接。公共接地導電板組112與導電電極118a至118h共同實現的功能與圖1和1A的電極板16a和16b的功能基本相同。
圖5所示是用現有技術的多電容元件和本發明共模和差模多導體濾波器110的原理框圖。圖5a是用現有技術的電容陣列130的原理圖。基本上，形成的一組電容132相互耦合為陣列130提供了公共地136，同時開路端134使電導體與每個電容132相連。當每個電容132的開路端134與每個電導體電氣連接時，這些用現有技術的電容陣列只允許每個電導體共模去耦。
圖5b所示是有四個共模和差模濾波器引腳對結構的共模和差模多導體濾波器110的原理說明。穿過每個電極對的水平線代表公共接地導電板112，它有環繞電極對上的線即隔離柵112a。隔離柵112a與公共接地導電板112電氣耦合，產生一個內部地網絡使每個電極板118a至118h互相分隔。位於中央公共接地導電板112之上和之下的支撐材料板116a和116b上相應的導電電極118a至118h形成線到地的共模去耦電容。每個板、公共接地導電板112和支撐材料板116a和116b由絕緣材料122互相分隔。當濾波器110通過耦合孔120如電極板118a至118c上的孔與電導體對連接時，濾波器110產生一個線到線差模濾波電容。
再次參看圖4，所示的多導體濾波器110不僅有中央公共接地導電板112還有外部公共接地導電板112。如圖1和1A中所述，外部公共接地導電板112給濾波器110提供了很大面積的地，這有助於衰減電磁輻射，為分散和/或吸收過壓、浪湧和噪聲提供了較大的表面，作為法拉第屏蔽盒是很有用的。當公共接地導電板組112與電路或大地電氣連接而是產生一個內部地時，這一點尤為確切。
圖22所示是本發明的進一步改進，即共模和差模多導體濾波器680。濾波器680優選用於計算機和通信設備中並且其結構適用於RJ45連接器。為了改善濾波器性能，濾波器680包括置於機殼內和電路板低頻噪聲阻隔電容和一組共模和差模濾波器。如圖22a中所示，濾波器680的物理結構基本類似於圖4中所示的濾波器110，並且包括一組公共接地導電板112，具有多個導電電極的第一和第二電極板676和678，形成包括機殼和電路板阻隔電容的多個共模和差模濾波器。如前面的實施方案中所述，公共接地導電板112，導電電極686，688，690和692，阻隔電極682和684，以及穿過各個板的電導體(圖中未示)通過材料122相互隔離。為實現濾波器680中預定的電氣性能，如本發明的其他實施方案中所有的電氣性能，材料122可以包括絕緣材料、鐵氧體、MOV型材料或燒結多晶體。每個公共接地導電板112包括一組隔離孔114，電導體穿過隔離孔114使其與公共接地導電板112電氣隔離。為了得到附加的外殼和電路板噪聲阻隔電容，濾波器680改變了圖1的電極板。
如圖4所述，為了使多個電導體對有多個獨立的元件，材料122還作為支撐材料116，它用於裝配第一和第二電極板676和678。第一電極板676由第一和第二導電電極682和686和阻隔電極688組成，它們都印在支撐材料116的一側。第二電極板678由第一和第二導電電極684和690和阻隔電極692組成，它們也印在支撐材料116的一側。第一和第二電極板676和678則由公共接地導電板112分隔並包圍。濾波器680與前面的實施方案即允許內置於外殼內共模和差模濾波器和電路板噪聲阻隔電容混合的濾波器的不同之處在於第一和第二電極板676和678上的第一和第二導電電極和阻隔電極的結構。第一電極板676的第一和第二導電電極686和688在電極上均包括一個耦合孔120。阻隔電極682部分包圍第一和第二導電電極686和688並且包括一組隔離孔114和耦合孔120。第二電極板678與第一電極板678對等，第一和第二導電電極690和692對應第一電極板678的第一和第二導電電極686和688，阻隔電極684對應第一電極板678的阻隔電極682。如圖22a中清楚地所示，當各公共接地導電板112之間耦合時，第一和第二電極板676和678的方向相反。當用於連接器中時，第一和第二電極板676和678的這一特殊排列方式允許濾波器680有傳統的RJ45的引腳輸出結構。應該注意的是，本申請包括電導和阻隔電極的其它結構的引腳輸出或期望的接線格式，而不需要反向第一和第二電極板676和678位置。
如在其它的實施方案中，許多電導體將穿過公共接地導電板112和第一和第二電極板676和678。雖然沒有電導體，圖22b所示是濾波器680的特殊實施方案即對於RJ45連接器標準有八個導體。濾波器680內的各導電電極的相互作用將參考圖22a至圖22d進行說明，其中圖22b包括濾波器680的物理實施方案和電氣圖的進一步的關係。圖22d是濾波器680的另一電氣圖，它也是所需參考的電氣圖。濾波器680的信號地(SG)由作為內部地的公共接地導電板112提供。第一和第二電極板676和678的各導電電極通過公共接地導電板112的導電板進行物理分隔，這就為濾波器680提供了一個作為地並且有助於衰減電磁輻射輸入的實質上的地極板，提供了較大的表面積以分散和/或吸收過壓、浪湧和噪聲，並且作為法拉第盒有效地保護濾波器免受外部噪聲並且由濾波器680防輻射。
參見圖22b、22c和22d中所示的各電導體1至8，電導體3和5通過耦合孔120分別與第一和第二導電電極686和688相連。電導體4和6通過耦合孔120分別與導電電極690和692相連。導體1和7通過耦合孔120與阻隔電極684相連而電導體2和8同樣通過耦合孔120與阻隔電極682相連。參見圖22d，電導體3和6由第一和第二導電電極686和692的相互作用進行差分濾波，第一和第二導電電極686和692作為相對的板在電導體3和6之間形成線到線電容。電導體3和6通過第一和第二導電電極686和692的相互作用以及公共接地導電板112形成的線到地電容接收共模濾波，由多個公共接地導電板112在每個電導體和內部地之間形成線到地電容。
分別與第一和第二導電電極690和688相連的電導體4和5也存在同樣的關係。第一和第二導電電極690和688形成線到線電容並且每個導電電極與公共接地導電板112相互作用為每個電導體形成各自的共模濾波電容。除了由各導電電極和公共接地導電板之間相互作用產生的多個共模和差模濾波器之外，公共接地導電板112和阻隔電極682和684的相互作用還產生機殼和電路板噪聲阻隔電容。例如，機殼地與電導體1和7相連，電導體1和7均通過耦合孔120與阻隔電極682相連從而形成噪聲阻隔電容的一個極板。噪聲阻隔電容的另一個極板由公共接地導電板112形成，它與阻隔電極682相互作用。雖然可互換，電導體2和8還提供了由公共接地導電板112和阻隔電極682相互作用形成的電路板噪聲阻隔電容。機殼和電路板噪聲阻隔電容均允許公共接地導電板112形成的內部地被電容去耦從而阻止信號接入導體中的低頻電氣噪聲。這樣就通過基本電氣清理公共接地導電板112形成的內部地改善了共模和差模濾波器的性能。
圖6說明了本發明的改進的實施方案，它為當今高密度信息和數據總線的大量的電導體對提供了輸入/輸出數據線成對濾波。共模和差模高密度濾波器150包括一組公共接地導電板112，它包含多個隔離孔114和有電極對118的導電電極116a和116b，隔離孔114和耦合孔120。從圖6中的堆棧排列可見絕緣材料圍繞每個極板，如前面的實施方案中所述。
圖6A表示共模和差模高密度濾波器150的另一方法，它利用電極的三向耦合提高地和線到線的電容。另外，濾波器150包括一組公共接地導電板112，每個板有多個隔離孔114，有各自的電極對117a至117c的導電電極板119a至119c。每個導電電極板119a至119c包括在預定的位置上的一組隔離孔114和耦合孔120，它允許電導體對穿過，同時有選擇地耦合電導體產生期望的濾波器結構。圖6A中的堆棧排列也類似於圖1、1A、4和6並且有預定的不同厚度的絕緣材料122圍繞每個極板。
圖7、8和9表示的是單孔電極板70和在本發明的共模和差模濾波器的另一實施方案中該板的應用。圖7所示是電極板70的兩面，其中圖7a是前面而圖7b是後面。參見圖7a，電極板70包括有預定的電氣性能的材料72，如前面所述的絕緣材料或其他材料，這裡材料72壓模成期望的形狀，本例中為圓盤。孔78位於電極板70中允許電導體穿過。電極板70的前面的一部分覆蓋了導電面74從而在電極板70的外徑產生隔離帶82。圍繞孔78的是焊接帶80，一經加熱，該孔將與穿過孔78的電導體焊接上並且使導體和導電面74電氣連接。參見圖7b，電極板70的後面與電極板70的前面相似，導電面74與材料72粘接從而在電極板的外徑產生隔離帶82。與前面不同的是，隔離帶76圍繞孔78以阻止電極板70的後面的電導體和導電面74之間電氣連接。
圖8和9表示的是如何用多個電極板70產生共模和差模濾波器90。濾波器90的結構類似於前面的實施方案，其中公共接地導電板98夾在至少兩個電極板70之間以產生形成一組電容元件所必須的平行板結構。如圖9中所示，一個電極板70與公共接地導電板98的一面耦合同時第二個電極板70與公共按地導電板98的另一面耦合併且間距足夠大，允許電導體92a和92b穿過一個電極板70而不影響另一電極板70與公共接地導電板98的反面相耦合。雖然圖中未表示清楚，但是很顯然公共接地導電板98包括位於預定位置上的孔，它與電極板70的孔一起作用允許電導體92a和92b穿過，如圖8中所示。
公共接地導電板98作為並提供了內部地96，如果需要可將它與大地或信號地連接。固定孔22允許濾波器90與結構機械耦合。圖8中表示了電極板70與公共接地導電板98物理耦合的一種方法。夾於公共接地導電板98和電極板70的後面之間的是焊縫84，一旦加熱，焊縫與電極板70後面的導電面74和公共接地導電板98的相應表面連接。當電極板70與公共接地導電板98連接時，電極板70的後面總是面對公共接地導電板98的相應面。同樣的機械耦合方法用於電極板。每個電極板70中還表示出了焊接帶80，它只將兩個電導體92a和92b之一與其相應的電極板耦合。公共接地導電板98和電極板70的結構在電導體92a和92b之間提供了線到線差模濾波並且為每個電導體提供了線到地的去耦。差模濾波由兩個電極板70的前面上的導電面74實現，兩個電極板70作為電導體92a和92b或線到線之間的耦合電容的平行極板。線到地的去耦由作為一個電容極板的每個電極板70和作為另一平行電容極板的公共接地導電板98的導電面74實現。由公共接地導電板98提供的平行電容極板作為內部地96，為電導體92a和92b中的每一個提供對地的去耦連接。
圖8和9中所示的共模和差模濾波器90的優點在於其結構相對簡單並且其電壓和電流處理電容只受其物理結構限制，其物理結構可根據期望的特性很容易地增大或減小。
圖26、27和28所示是雙孔電極板600和在本發明的共模和差模濾波器的另一實施方案中該板的應用。參見圖26a，電極板600包括有預定的電氣性能的材料616，材料616壓模成期望的形狀，這裡所示為圓盤。圖26a中所示是雙孔電極板600的第一面，它包括第一和第二孔602和604，每個孔均有一個隔離帶606將孔與第一導電面608分開。圖26c中所示是雙孔電極板600的第二面，它包括有一個隔離帶606的第一孔602和直接與導電面610連接的第二孔604，它佔據了雙孔電極板600的第二面的絕大部分，除了沿板600外圈的隔離帶612。圖26b所示是第一導電面608與環繞雙孔電極板600的側導電面614的電氣耦合。位於雙孔電極板600的第二面的外圈的隔離帶612將第一和第二導電面608和610彼此之間物理分離並且電氣隔離。
當兩個電導體穿過第一和第二孔602和604時，只有穿過孔604的電導體與第二導電面610電氣連接。雙孔電極板600的功能與圖7中所示的單孔電極板70的不同之處在於電極板600不必偏離放置使圖9所示和所述的相對的電導體通過。
圖27表示的是如何用多個雙孔電極板600產生共模和差模濾波器626，它是通過將兩個雙孔電極板600電氣連接實現的，即每個電極板600的第一面，圖26a中所示，與相對的電極板600的第一面相對，同時每個電極板600的第一導電面608通過現有技術的方法進行電氣連接，如在兩個第一導電面608之間焊接焊點622。兩個電導體618和620穿過每個雙孔電極板600上排列的孔，同時電導體618與電極板600b的第二導電面610b電氣連接，電導體620與電極板600a的第二導電面610a電氣連接。遵循與前述相同的本發明共模和差模結構的原則，第一導電面608a和608b形成並作為公共接地導電板，為共模和差模濾波器626提供了內部地。每個電極板600a和600b的第二導電面610a和610b作為獨立的導電電極形成了耦合於電導體618和620之間的差分電容的兩個極板。第二導電面610a和610b與作為內部地的第一導電面608a和608b一起還形成了共模去耦電容。與圖7所示的單孔電極板70相比，雙孔電極板600的一個優點是不必分隔開公共接地導電板。第一導電面608a和608b作為並形成了公共接地導電板。如果需要，排列有隔離孔的分隔開的公共接地導電板624可位於雙孔電極板600a和600b之間，如圖28中所示，用較大的導電面積生成更大的內部地以分散電氣噪聲和散熱。
現代電子設備的一個趨勢是儀器和組成儀器的電子元件不斷地小型化。共模和差模濾波器中的關鍵元件電容也不例外，其尺寸不斷減小以至於它們可存在於矽片和嵌入集成電路中，我們只能用顯微鏡看到它們。流行的一種小型化電容是片式電容，它比標準穿心電容或間隙電容小得多。片式電容通過表面貼裝技術與電路板上的電導體和走線物理地和電氣地連接。本發明的共模和差模濾波器結構的多功能性展示於如圖10中所示的表面貼裝技術。圖10a所示是表面貼裝共模和差模濾波器400，圖10b是其內部結構。參見圖10b，公共接地導電板412夾於第一差分板410和第二差分板414之間。公共接地導電板412和第一、第二差分板410、414均包括根據所選的材料有期望的電氣性能的材料430。對於本發明的所有實施方案，申請人期望採用各種材料如不局限於絕緣材料、MOV-型材料、鐵氧體材料、薄膜如聚脂薄膜和新開發的材料如燒結多晶體。
第一差分板410包括與材料430上表面耦合的導電電極416，它們以下述的方式耦合，即隔離帶418沿第一差分板410的四個邊中的三個邊圍繞第一差分板410的外圈。隔離帶418是沿材料430邊沿未被導電電極416覆蓋的一部分。第二差分板414基本與第一差分板410相同，除了其物理取向與第一差分板410的不同。第二差分板410包括與材料430上表面耦合的導電電極426，它們以下述的方式耦合，即隔離帶428沿第二差分板414的四個邊中的三個邊圍繞第一差分板410的外圈。值得注意的是第一和第二差分板410和414相互之間的物理取向為每個板上與隔離帶418和428不相切的一邊相隔180。該取向允許每個電導體與一個板410或414而不是兩個板耦合。
公共板412與第一和第二差分板410和414的相似之處在於它包括材料430，公共導電電極424與材料430的上表面耦合。如由圖10b所見，公共板412有兩個隔離帶420和422，它們位於相反的兩端。公共板412排列於第一和第二差分板410和414之間，從而使隔離帶420和422與沒有隔離帶的第一和第二差分板410和414的兩端對齊。所有三個板，公共板412和第一和第二差分板410和414在每個板下沒有任何導電面，因此當一個板堆疊於另一板之上時，導電電極426通過公共板412的後面與公共導電電極424隔離。類似的方式是導電電極426通過包含材料430的第一差分板410的後面與公共導電電極424隔離。
參見圖10a，下面將進一步描述表面貼裝共模和差模濾波器400的結構。當公共板412和第一和第二差分板410和414按照圖10b所示的結構夾在一起時，必須包括將電導體與不同電極耦合的裝置。電導體通過第一差分導電帶404和第二差分導電帶406與表面貼裝共模和差模濾波器400耦合，第一差分導電帶404和第二差分導電帶406通過位於導電帶402、404和406之間的隔離帶408與公共導電帶402隔離。公共導電帶402和隔離帶408沿濾波器400繞360使濾波器四周隔離。第一和第二差分導電帶404和406不只沿濾波器400延伸360°而且分別延伸到頂蓋兩端。
通過從圖10a和10b之間前後看圖，可以看到帶與板之間的耦合。包含端點434的第一差分導電帶404與導電電極416保持電氣耦合，導電電極416使隔離帶418延伸至第一差分板410的一端。第二差分導電帶406分別通過隔離帶422和428與公共板412和第一差分板410電氣隔離。類似的方式如前面所述，包含端點432的第二差分導電帶406與第二差分板414的導電電極426電氣耦合。由於公共板412的隔離帶420和418以及第一差分板410，第二差分導電帶406與第一差分板410和公共板412電氣隔離。
公共導電帶402與公共板412的電氣耦合是通過公共導電帶402的邊436與公共導電電極424物理耦合實現的，公共板412的四邊缺少了隔離帶。為了保持公共導電電極424與第一和第二差分導電帶404和406電氣隔離，公共板412的隔離帶420和418阻止了第一和第二差分導電帶404和406與公共導電電極424之間的任何物理耦合。
正如本發明的共模和差模濾波器的其他實施方案，當電導體與第一和第二差分導電帶404和406耦合時，第一和第二差分板410和414的導電電極416和426作為線到線差模電容。在每個導電電極416和426分別與產生內部地的公共導電電極424之間形成線到地去耦電容。
圖11所示是表面貼裝共模和差模濾波器438，它是圖10中所示的濾波器的改進的實施方案。其剖面透視圖更清楚地表示了第一和第二差分導電帶446和450如何與電極板448和452電氣連接。圖中所示的公共導電帶442和公共接地導電板440之間的電氣連接與圖10中所示的不同之處在於公共導電帶442沒有連續360°環繞表面貼裝濾波器438本身。
圖11的濾波器438和圖10的濾波器400之間另一顯著的區別是濾波器438包括多個電極和公共接地導電板448，452和440。利用多個公共接地導電板和電極板的優點是當表面貼裝濾波器438的尺寸減小時能獲得較大的電容值。像電阻一樣，電容可以串聯和並聯。多個電阻串聯的總的電阻值為各電阻值之和，電容有相反的關係。為了實現附加的效果，電容必須互相併聯，即濾波器438有多個極板與第一和第二差分導電帶446和450及公共導電帶442耦合。如前面的實施方案，具有特定的電氣特性的材料454圍繞電極板組448和452以及公共接地導電板440並且使其相互隔離，即將其相應的電氣特性賦予差模和共模濾波器。圖11b所示是表面貼裝差模和共模濾波器438原理圖以及公共接地導電板組440和電極板組448和452之間的關係。
電極板448和452中的每一個與其各自的導電帶450和446電氣耦合。電導體則與第一和第二差分導電帶446和450耦合，同時並聯的電極板組448和452提供一個耦合於電導體之間作為線到線差模耦合的總電容值。公共接地導電板組440與電極板448和452一起在每個電導體和公共導電帶442之間提供線到地去耦電容。公共接地導電板組440作為內部地，它還可以通過公共導電帶442與信號地或大地連接。另外，本發明的物理結構允許有多種變化，並且通過改變板數量和/或尺寸可得到大範圍變化的電容值和濾波器性能。
圖12所示是另一個多元件表面貼裝差模和共模濾波器，它在一個電子元件中集成了兩個獨立的濾波器。應理解為在一個電子元件中可以集成任意數量的獨立的濾波器，本發明不局限於兩個濾波器。圖12a所示是一種內部連接結構，圖12b-d和圖13表示的是內部電極和公共地導電層。第一和第二差分導電帶154和156分別與電極板153和155耦合併且導電帶154』和156』同樣地與電極板153』和155』耦合。多元件表面貼裝濾波器160還包括分布於電極組和公共地導電層之間的如前面所述的有預定電氣特性的材料166。公共地導電帶164與公共接地導電板163電氣連接。應該注意的是申請人不僅關注多個元件在一個電子封裝中，而且第一和第二差分導電帶154和156以及公共地導電帶164的形狀和結構和/或長寬可改變以適應期望的任何一種印刷電路板板面。導電帶和公共帶只需要與隔離電極板和公共接地導電板163電氣耦合以保持它們之間的電氣隔離。如果需要，圖12中所示的概念可簡單地擴展到合併10、20或100個差模和共模濾波器。多元件表面貼裝差模和共模濾波器160尤其適用於為大量的數據總線典型為32位或64位數據線提供濾波。這些數據總線在非常高的頻率下處理數字信息，發射出大量的電磁能量並且還極易受過流和電壓浪湧影響，導致電路損壞和數據失真。
圖23和24所示是前述的圖11中所示的表面貼裝濾波器的應用，包括應用的電氣表示。圖23所示是與差模和共模電容濾波器400b並聯耦合的差模和共模MOV濾波器400a的組合物，它通過增大電容提供差模和共模浪湧保護，這通常不能由MOV設備獨自實現。圖23b所示是濾波器400a和400b物理堆疊，這樣一來第一差分導電帶446a和446b相互間電氣耦合，第二差分導電帶450a和450b相互間電氣耦合併且公共地導電帶442a和442b相互間電氣耦合，表示為443。除了用於分離各個導電電極的材料的電氣特性不同，濾波器400a和400b的物理結構相同，兩個濾波器的隔離帶444a和444b也是排列對齊的。雖然圖中沒有示出，申請人知道，不完全一致的本發明元件根據元件所處的特殊應用也可以堆疊或組合。本發明的表面貼裝濾波器或元件的物理結構的優點是它們在電路中堆疊可節約空間，這符合現代電子技術小型化的發展趨勢。
圖23a中所示的是其結果，其中電導體(未示出)耦合於第一差分導電帶446a和446b與第二差分導電帶450a和450b之間產生差模和共模濾波和浪湧抑制。由於增大了電容並且有過壓和浪湧保護，該組合體改善了總的濾波響應。圖24所示是另一應用，其中表面貼裝電容720耦合於差模和共模MOV浪湧/濾波器400a的第一和第二差分導電帶446和450之間，其結果是電容720提供了線到線電容。這一電路結構也增加了差模和共模MOV浪湧/濾波器400a的有效電容。如圖23中所示，電導體(未示出)耦合於第一差分導電帶446和第一導電帶724的組合體及第二差分導電帶450和第二導電帶722的組合體之間。
圖38至40是圖23和24中堆疊表示的元件進一步表示，它在一個元件封裝中堆疊了兩個或多個差模和共模濾波器。圖38中所示的多元件濾波器806的結構與本發明的許多其他實施方案相同，除了極板數量是在一個元件封裝中堆疊的元件數量的雙倍、三倍或多倍。圖38中所示的各極板包括多元件濾波器806的第一和第二濾波器814和816並且兩個濾波器的分界線由虛線818表示。第一和第二濾波器814和816有相似的結構。每個濾波器包括一組公共接地導電板808和夾於各公共接地導電板808之間的不同的第一和第二電極板，810和812對應濾波器814而811和813對應濾波器816。利用已知的各種現有技術將每個公共接地導電板808以及第一和第二電極板810至813印刷或蝕刻在有預定的電氣性能的支撐材料上。當堆疊各層時，有預定的電氣性能的輔助材料(未示出)置於各公共接地導電板和電極板之間並且使它們相互間電氣隔離。
如圖39中所示，內部堆疊第一和第二濾波器814和816的結果是兩個或多個差模和共模濾波器並聯耦合。如圖39和40中所示，多元件濾波器806包括第一和第二濾波器814和816，其中每個濾波器的第一電極板810和811共同耦合於第一差分導電帶822，每個濾波器的第二電極板812和813共同耦合於第二差分導電帶822，並且所有的各公共接地導電板共同耦合於公共地導電帶820。圖40所示是內裝多元件濾波器806的標準表面貼裝元件組件的立體圖。組件外罩有絕緣外殼826，除了露出用於濾波器806與外部電路電氣耦合的各導電帶以外。
當一個元件封裝中內部只堆疊有兩個濾波器時，申請人關注內部堆疊的附加元件並且不局限於圖38至40中所示的實施方案。內部堆疊技術的一個特殊應用是將一個高容量濾波器和一個低容量濾波器組合，形成一個寬條帶濾波器，從而改善了濾波器的性能有更寬的頻率範圍。參見圖38，第二濾波器816的第一和第二差分板811和813包括比第一濾波器814中的導電面828小的導電面830。通過改變第一和第二差分板的導電面的尺寸，可以改變濾波器的實際容量值。多元件濾波器806是高容量濾波器814和低容量濾波器816的組合體，該組合體產生的一個多元件濾波器806具有高容量濾波器的優點，改進了高頻特性。
圖41A至41D是圖38至40中所示的在一個元件封裝中堆疊的差模和共模濾波器的另一實施方案。圖41A中所示的多元件濾波器900的結構與圖38中堆疊的差模和共模濾波器相同，它增加了輔助公共接地導電板912。圖41A所示是組成多元件濾波器900的第一和第二濾波器914和916的各金屬化層或極板，兩個濾波器之間的分界線由虛線922表示。第一和第二濾波器914和916的結構相似。每個濾波器包括一組公共接地導電板902以及夾於各公共接地導電板902之間的不同的第一和第二電極板，904和906對應濾波器914而905和907對應濾波器916。利用已知的現有技術，將每個公共接地導電板902以及第一和第二電極板904至907印刷或蝕刻在有預定的電氣性能的支撐材料上。當堆疊各層時，有預定的電氣性能的輔助材料置於各公共接地導電板和電極板之間並使其相互之間電氣隔離。
如前述的實施方案及如圖41B中所示，內部堆疊第一和第二濾波器914和916的結果是兩個或多個差模和共模濾波器並聯耦合。如圖40中所示的多元件濾波器900的前述的實施方案，濾波器900包括第一和第二濾波器914和916，其中每個濾波器的第一電極板904和905共同耦合於第一差分導電帶918，每個濾波器的第二電極板906和907共同耦合於第二差分導電帶920，並且所有的各公共接地導電板共同耦合於公共地導電帶924。圖41B中所示是各導電帶的原理圖表示。雖然圖中沒有示出，多元件濾波器900的表面貼裝組件與圖40中所示的濾波器806相同，其中第一差分導電帶822等同於導電帶918，第二差分導電帶824等同於導電帶920，公共地導電帶820等同於導電帶924。
圖41C和41D列表並圖示出本發明的單個差模和共模濾波器及圖41A和41B中所示的多元件濾波器900的衰減特性。圖41C中表的第一列是測試頻率1MHz至2000MHz範圍內測量到的兩種濾波器的衰減特性。圖41C中的第二和第三列表示在0.1uF的結構下單差模和共模濾波器的衰減測量值。圖41A中，單個0.1uF差模和共模濾波器由916表示。圖41C中的第四和第五列表示多元件濾波器的衰減特性，由0.1uF濾波器916和4.8nF濾波器914堆疊和並聯耦合形成多元件濾波器900。圖41C的第二至第五列中所示的是以分貝表示的衰減值。第二列是測量到的線到地或X到地的衰減特性，如圖41B中所示。第三列是當圖41B的X和Y點短路時測量到的X到地的衰減特性。第四和第五列的測量方法與第二和第三列相同，即第四列是線到地的衰減而第五列是X和Y點短路時測量到的X或線到地的衰減。
圖41D是圖示的兩個濾波器的衰減曲線。如由圖41D中所見，第一和第二濾波器914和916之間的輔助公共接地導電板912與濾波器900的頂層和底層合併的結果是將濾波器900的諧振點提高到更高的頻率。公共接地導電板912提供的輔助隔離可改善串擾和地散射性能同時消除地到與濾波器900耦合的印刷電路板之間的附加場邊帶。輔助公共接地導電板912產生的濾波器900的底層和頂層還使板912內的差模和共模場產生法拉第盒的效果。
圖25表示的是改進的另一應用，它將如圖1中所示的差模和共模濾波器10與兩個MOV電極板700耦合，一個電極板在濾波器10的頂部，一個電極板在濾波器10的底部，形成了一個組合了差模和共模浪湧保護和電容濾波的濾波器，參見圖23中所示。圖25a中的組合體組合了濾波器和MOV元件的優點，同時組合體允許電導體12a和12b穿孔耦合。圖23中所示的實施方案不需要分離MOV，因為根據本發明其結構採用表面貼裝技術。圖25a中所示的實施方案則需要分離MOV，由於MOV上有孔對操作和費用都是不利的，所以一般不用有穿孔耦合孔的MOV元件。為了允許MOV 700與圖1中所示的差模和共模濾波器10內部的電極板電氣耦合，需要將濾波器10的表面做一些改變。差模和共模濾波器10的頂部820和底部822必須改變，如圖25c中所示，由穿孔板耦合孔718取代絕緣孔18。頂部820和底部822的穿孔板耦合孔718分別對應對面的電導體12a或12b。雖然圖中沒有示出，每個穿孔板耦合孔718與嵌於差模和共模濾波器10中的兩個電極板中的一個電氣連接，從而使電導體12a和12b與各自的電極板電氣連接，在導體12a和12b之間形成一個線到線差模電容。為了允許MOV 700與差模和共模濾波器10的頂部和底部耦合，穿孔板耦合孔718包括導電材料帶824，每個MOV 700的兩個觸點中的一個與其電氣連接。每個MOV 700包括兩個端點828和830，MOV 700與其它的電路電氣耦合。如25a中所示，兩個MOV 700的端點830通過標準方法如利用焊點710與差模和共模濾波器10的導電面826物理和電氣耦合。差模和共模濾波器10的導電面826與公共接地導電板14電氣耦合，如圖1中所示。每個MOV 700的端點828通過焊點710與導電帶824物理和電氣耦合，使端點828與各自的電導體12a和12b連接，從而連接差模和共模濾波器10的內部電極板。圖25b中所示是其結果，它包括在端點716a和716b之間有差模和共模MOV浪湧保護同時差模和共模電容濾波的組合體，電導體12a和12b與端點716a和716b電氣耦合。
圖29和30所示的是另一多元件表面貼裝差模和共模濾波器，為適應各種應用，其設計有一條帶濾波器。這一特殊設計適用於多導體電子連接器。如本發明的其它實施方案，條帶濾波器642包括一組公共接地導電板656以及夾於各公共接地導電板656之間的第一和第二電極板662和664。如圖29中所示，條帶濾波器642有四組差模和共模濾波器。每個公共接地導電板656蝕刻在有預定的電氣特性的支撐材料616上，如說明書中所公開的，這樣材料616的一部分在每個公共接地導電板656的兩邊作為絕緣帶，只有接地延伸帶660延伸到支撐材料616的邊緣。在帶狀支撐材料616上也形成各第一和第二電極板662和664使每個電極板由材料616包圍，除了延伸到支撐材料616的邊緣的電極延伸帶666。如由圖29中所見，每個第一電極板662的每個電極延伸帶666與相應的第二電極板664的電極延伸帶666的延伸方向相反。為方便布局使電導體產生耦合，接地延伸帶660和電極延伸帶666的結構可有許多形式。如本發明的其它各實施方案，包含於條帶濾波器642中的每個差模和共模濾波器包括夾於公共接地導電板656之間的第一和第二電極板662和664以及有預定的電氣性能(未示出)的位於各公共接地導電板和電極板之間並使它們相互間電氣隔離的輔助材料。圖30所示是條帶濾波器642的頂視圖、底視圖和側視圖，其第一和第二差分導電帶652和654垂直支撐材料616的長度並且稍重疊於條帶濾波器642的頂部，如圖30a所示。如圖30d所示，條帶濾波器642的底部與頂部相同，允許表面貼裝條帶濾波器642。公共地導電帶650垂直兩端並在條帶濾波器642的頂部和底部延伸，如圖30a和30d中650所標識的部分。在條帶濾波器642的底部與頂部還有輔助公共地導電帶650，但在該結構中它們不延伸至兩邊。第一和第二差分導電帶652和654延伸至條帶濾波器642的相應的一邊，允許每個第一和第二差分導電帶662和664的各電極延伸帶666與其各自的導電帶電氣耦合，從而允許外部電導體與條帶濾波器642的各內部電極板連接。為了清楚地說明，相應的第一和第二電極板662和664以及第一和第二差分導電帶652和654包括後綴(a)至(d)，分別表示條帶濾波器642內的四個差模和共模濾波器中的每一個。圖31是條帶濾波器642的另一實例，它包括一個輔助第一電極板662e。通過增加一個輔助電極板，條帶濾波器642可容納奇數個電導體。一個需要奇數個電導體的應用實例是為典型地有9或15個電導體的D型連接器濾波。圖中沒有示出，圖31中所示的條帶濾波器642的頂視圖、底視圖和側視圖的區別只是需要增加一個輔助導電帶652和一個或多個公共地導電帶650以容納輔助導體的耦合。通過增加第一電極板662e而不是相應的第二電極板，電極板662e在它與公共接地導電板656之間形成線到地電容。雖然沒有與第一電極板662e相應的第二電極板，但是在與第一電極板662e連接的電導體和與第二電極板664a-d耦合的任一電導體之間仍存在差模和共模濾波。
圖32至37所示的是圖29至31中所示多元件表面貼裝差模和共模條帶濾波器的多種變化。參見圖32和33，條帶濾波器800包括一組公共接地導電板656以及夾於各公共接地導電板656之間的第一和第二電極板662和664。如前面的實施方案，條帶濾波器800有四對接點對應同一差模和共模濾波器，1A、4A、5A和8A對應電極板662而2B、3B、6B和7B對應電極板664。每個公共接地導電板656蝕刻在有預定的電氣特性的支撐材料616上，如說明書中所公開的，這樣材料616的一部分在每個公共接地導電板656的兩邊作為絕緣帶。與圖29至31中所示的實施方案不同，每個公共接地導電板656有部分材料616在公共接地導電板656的任一面上縱向延伸。在帶狀支撐材料616上也形成各第一和第二電極板662和664使每個電極板由材料616包圍，除了延伸到支撐材料616的邊緣的電極延伸帶666。有預定的電氣性能(未示出)的輔助材料位於各公共接地導電板和電極板之間並使它們相互間電氣隔離。條帶濾波器800的優點在於它提供了更大的連接的多樣性並有較低的電感。
圖33所示是條帶濾波器800的頂視圖、底視圖和側視圖，其第一和第二差分導電帶652和654垂直支撐材料616的長度並且稍重疊於條帶濾波器800的頂部，如圖33a所示。如圖33d所示，條帶濾波器800的底部與頂部相同，允許表面安裝條帶濾波器800。公共地導電帶650垂直兩端並在條帶濾波器800的頂部和底部延伸，如圖33a、30d和33e中所示。第一和第二差分導電帶652和654延伸至條帶濾波器800的相應的一邊，允許每個第一和第二差分導電帶662和664的各電極延伸帶666與其各自的導電帶電氣耦合，從而允許外部電導體與第一和第二內部電極板連接。
圖34和35所示的是本發明的改進的實施方案條帶濾波器802，它只是每個第一和第二差分導電帶662和664的各電極延伸帶666的實際結構和方向不同。如圖32至35中清楚地所示，條帶濾波器的連接或引腳結構可設置為適應於任何應用。如圖36和37中所示，條帶濾波器804是改進的實施方案，它重點在公共地的連接。參見圖36，通過已知的現有技術將每個公共接地導電板656蝕刻在有預定的電氣特性的支撐材料616上，這樣細長的材料帶616沿每個公共接地導電板656的一邊作為絕緣帶。
圖33所示是條帶濾波器800的頂視圖、底視圖和側視圖，其第一和第二差分導電帶652和654垂直支撐材料616的長度並且稍重疊於條帶濾波器800的頂部，如圖33a所示。如圖33d所示，條帶濾波器800的底部與頂部相同，允許表面安裝條帶濾波器800。公共地導電帶650垂直兩端並在條帶濾波器800的頂部和底部延伸，如圖33a、30d和33e中所示。第一和第二差分導電帶652和654延伸至條帶濾波器800的相應的一邊，允許每個第一和第二差分導電帶662和664的各電極延伸帶666與其各自的導電帶電氣耦合，從而允許外部電導體與第一和第二內部電極板連接。
圖34和35所示的是本發明的改進的實施方案條帶濾波器802，它只是每個第一和第二電極板662和664的各電極延伸帶666的實際結構和方向不同。如圖32至35中清楚地所示，條帶濾波器的連接或引腳結構可設置為適應於任何應用。如圖36和37中所示，條帶濾波器804是改進的實施方案，它重點在公共地的連接。參見圖36，通過已知的現有技術將每個公共接地導電板656蝕刻在有預定的電氣特性的支撐材料616上，這樣細長的材料帶616沿每個公共接地導電板656的一邊作為絕緣帶。第一和第二電極板662和664基本與前面的實施方案中的相同，除了第一和第二電極板662和664的電極延伸帶666從電極板的同一面開始延伸而絕緣帶616在每個公共接地導電板656上延伸。圖37所示是條帶濾波器804的頂視圖、底視圖和側視圖，其第一和第二差分導電帶652和654垂直支撐材料616的長度並且稍重疊於條帶濾波器804的頂部，如圖37a所示。如圖37d所示，條帶濾波器804的底部與頂部相同，允許表面安裝條帶濾波器804。在該實施方案中，公共地導電帶650垂直兩端並在條帶濾波器804的頂部和底部延伸而且完全包圍條帶濾波器804的一面，如圖37c中所示。如第一和第二差分導電帶652和654，公共地導電帶650也在條帶濾波器804的底部與頂部沿覆蓋面的全長延伸。條帶濾波器804的結構尤其適用於需要較大的地板作為屏蔽並能吸收和分散更大量的熱和電磁幹擾的應用。
圖14和15表示在薄膜或聚酯薄膜介質上形成的差模和共模濾波器的進一步實施方案。本實施方案包括一種薄膜介質並且包括一個公共接地導電板480和其後面的第一電極差分板460，然後是另一公共接地導電板480和第二電極差分板500，然後是另一公共接地導電板480。每個極板基本上包括薄膜472，其包括多種材料如聚酯薄膜但不局限於聚酯薄膜，其中薄膜472的一面完全金屬化產生一個金屬化板。利用雷射，可按預定的圖形除去金屬化材料的一部分以產生隔離帶。第一差分板460有兩個雷射邊界隔離帶462和466，它們將第一差分板460分成三個導電區電極464、隔離電極468和公共電極470。第二差分板500與第一差分板460相同之處在於也有兩個隔離帶506和504將第二差分板500分成三個導電區電極510、隔離電極502和公共電極508。對於第一和第二差分板460和500，隔離帶462和506基本上是U形的從而產生大面積包圍第一和第二差分板460和500的電極464和510。U形隔離帶462和506允許電極464和510分別延伸至端點476和514。從隔離帶462和506的延伸部件為474和512而從隔離帶466和510的延伸部件為473和513。為了完全將公共電極470和508與端點476和514隔離，部件474和512垂直於U形隔離帶462和506的端點並從最近的端點476和514開始在U形隔離帶的外圈延伸，部件473和513垂直於隔離帶466和504並從沿其外圈延伸。另外，第一和第二差分板460和480都有隔離電極468和502，它通過隔離帶466和504形成於端點476和514的反面上。
公共接地導電板480包括隔離帶482和492，將公共接地導電板480分成三個導電區公共電極488、隔離電極484和隔離電極494。如圖所示，隔離帶482和492垂直比鄰且平行於公共接地導電板480的左右邊界帶。隔離帶482和492還包括部件496，它在隔離帶482和492的垂直部分的外部垂直延伸，隔離帶482和492的位置是這樣的，當極板460、480和500堆疊時，它們與第一和第二差分板460和500的U形隔離帶462和506的水平部分對齊。
另一特性是公共接地導電板480可被優化以用於AC或DC信號的濾波。如上所述的隔離帶492和482被優化用於DC信號的濾波。對於DC操作，隔離電極484和494需要公共接地導電板480內部很小的面積。當濾波器包括薄膜介質並用於AC信號的濾波時，隔離電極484和494需要較大的面積，這可通過蝕刻改變隔離帶486和490實現。垂直延伸的隔離帶484和494靠得很近並且距公共接地導電板480的中心很近。為了適應這一變化，從垂直部分的外部垂直延伸的部件496比用於DC時的該部件長。雖然每種結構都提供對兩種電流的濾波，隔離電極484和494的面積越大，AC濾波的特性越好。
圖15是薄膜介質差模和共模濾波器540的剖面圖，它包括同圖14相似的一組極板。如圖11中所示的表面貼裝晶片的實施方案，薄膜差模和共模濾波器540還可包括多於五個極板，作為並聯的耦合電容以增加總容值。
濾波器540的頂部和底部包含保護覆蓋層555。位於頂部保護層555下的是公共接地導電板480，其後是電極板460，其後是另一公共接地導電板480，其後是另一電極板500，然後是另一公共接地導電板480。重複上述順序的交替排列的公共接地導電板和電極板可實現附加的容量。如剖面圖中所示，每層或極板包括薄膜558，薄膜558有導電的金屬化上表面556，由雷射在金屬表面上刻隔離帶圖形產生隔離圖形554。終端導電塊550和552由純鋁組成，它沉積在邊沿並穿過薄膜延伸部分產生如由金屬組成的高導電終端。上述的延伸部分由順序堆疊的各極板產生，而每個電極板460或500由公共接地導電板480包圍，如圖15中所示。電極板460或500互相偏離並且偏離公共接地導電板以利於邊界終端。
圖16至19是直接針對優選用於電機的差模和共模濾波器的實施方案。電機是巨大的電磁輻射源。這一點甚至對外行來說也是很顯然的，如有過在工作的電視機前開動吸塵器經歷的大多數人會發現整個屏幕上都是「雪花」。這是由於電機的電磁輻射幹擾了電視。吸塵器決不是唯一的電磁輻射源。電機廣泛地應用於家用電器中如洗衣機、乾衣機、洗碗機、攪拌機和吹風機。另外，大多數汽車有許多電機來控制風擋雨雪刷、電動窗、電動調整鏡、可收回的天線和其他許多功能。由於電機的流行並且加強了電磁輻射標準，所以有差模和共模濾波的需求。
電機濾波器180可以做成多種形狀，但是在圖16中所示的實施方案中它基本上是一個包含有多個預定的電氣性能之一的矩形材料182。圖16a所示是濾波器180的外部結構，它包括矩形材料182、導電帶184和194以及公共導電帶186，材料182有一個穿過濾波器180的中心的絕緣軸穿孔188。圖16b所示是濾波器180的側視圖，由位於導電帶184和194以及公共導電帶186之間的材料182使其相互之間電氣和物理隔離。圖16c所示的是圖16a沿線A的剖面圖。如所有前述的實施方案，本發明的物理結構包括導電電極181和185以及夾在它們之間的公共導電電極183。有預定的電氣特性的材料182散布在所有電極之間以防止各導電電極181和185以及公共導電電極183之間電氣連接。同本發明的表面貼裝實施方案相似，濾波器180周導電帶184和194將濾波器180內部電極與電導體電氣連接。導電電極181完全延伸至與導電帶184相連以提供所需的電氣接口。如圖16c中所示，導電電極181不完全延伸至與導電帶194相連，而是與導電電極185耦合。雖然圖中沒有示出，但公共導電電極183在公共導電帶186之間完全延伸但不與導電帶184和194連接。另外，通過公共導電帶186與信號地或大地耦合，可以產生一個「真實」的地而不是由公共導電帶186產生的內部地。
圖16d是差模和共模電機濾波器180的原理圖，圖中導電電極181和185作為線到線差模耦合濾波電容所必需的兩個平行板，同時它們與公共導電電極183一起作為線-地共模去耦電容，其中公共導電電極183作為內部地。另外圖中所示的導電帶184、194和公共導電帶186允許電機濾波器180與外部電導體連接。圖16的優選實施方案只表示出了一個公共導電電極183和兩個導電電極181和185，申請人關心的是通過與前述的實施方案相似的並聯電容的結果，利用多個電極獲得不同的電容值。
圖17所示是差模和共模電機濾波器180與電機200的電氣和物理耦合。如圖17a中所示，電機濾波器180放在電機200的上面，電機200有向其外部延伸的電機軸202。電機軸202穿過濾波器180的軸孔188，導電帶184和194與連接端196電氣耦合，它們之間與電機200的轉子隔離。雖然圖中沒有示出，但獨立的連接端196則與給電機200供電的電源線電氣連接。一旦電機濾波器180與電機200連接/耦合，則電機面板208放於電機200和濾波器180之上，同時電機軸202穿過電機面板208中心的同一個孔。面板208則通過夾鉗206與電機200的機身物理連接。雖然圖中沒有示出，但可以通過將公共導電帶186與電機外殼耦合或公共導電帶186直接與電路或大地接線從而使用濾波器180的內部地。
圖18的對數圖是電機200的電磁輻射的對比，其中有標準濾波器的電機的頻率函數表示為220而有差模和共模電機濾波器180的頻率函數表示為222。該圖說明在0.01MHz和約10MHz之間有很小的20dB的電磁輻射的衰減而在0.1至1MHz範圍內有更顯著的衰減。可以看到，在10～20MHz和更高的頻率範圍，電磁輻射的衰減不如低頻率下的大，但這不是很嚴重的，因為大多數電機在這以下的頻率範圍工作良好從而電機濾波器180對大多數應用來說能減小電磁輻射，提高了性能。
圖19中所示的差模和共模電機濾波器230是圖16的濾波器的改進的實施方案。圖19的多板實施方案大部分與圖1中所示的濾波器的實施方案相同，除了板的形狀和每個板包括使板和濾波器230與電機的頂部耦合但不幹擾電機軸和其轉動的電機軸孔242。圖19a所示是濾波器230的每個板，包括公共接地導電板232和一對導電板246，三個板都有電機軸孔242。公共接地導電板232包括導電材料，在優選實施方案中它由金屬塊製成。三塊板都有至少兩個孔252，它接收電導體244，如圖19b中所示。圖19a中的兩個導電板246表示的是板246的反面。如其它實施方案中已描述的，導電板246由有預定的電氣性能的材料254製成，其中板246的一面由導電面236覆蓋而板246的另一面為非導電面234。為了使每個電導體244與每個導電板246的相應的導電面2236電氣耦合，兩個孔252之一為耦合孔240而另一孔252由絕緣環238包圍。公共接地導電板232中的兩個孔252由絕緣環238包圍防止公共接地導電板232與任一電導體244之間的電氣連接。
圖19b所示是公共接地導電板232和導電板246的有效的物理耦合。公共接地導電板232夾於導電板246之間，其中每個導電板246的非導電面234相對並且與公共接地導電板232的兩邊之一相連。導電板246被放置得使每個板246的絕緣環238置為只有兩個電導體244之一與導電板246的任一導電面236耦合。一旦公共接地導電板232和導電板246物理耦合，則組成差模和共模電機濾波器230的整個裝置放置在電機的頂部，同時電機軸穿過每個板的軸孔。
圖19c所示濾波器元件的原理圖，它表示導電板的獨立導電面如何相互作用形成線-線和線-地電容，從而濾波器230。由於導電板246基本相同並且排列與公共接地導電板232不同，圖19c中所示原理圖用最初的參考標號表示獨立導電板246的導電面236。
圖20和21所示是本發明的差模和共模濾波器的高功率實施方案。圖20a所示是組成圖20b中所示的濾波器的極板的物理結構的準原理圖。參見圖20a和20b可以看到公共接地導電板292仍夾於分別與電導體275a和275b連接/耦合的兩個導電電極板270和270』之間。每個導電電極板270和270』包括有預定的電氣性能的材料264，同時每個板有導電面產生電連接器。在電導體275a和275b與導電電極板270和270』連接後，導電面由絕緣材料覆蓋。導電電極板270和270』通過已知技術的典型的粘貼材料與公共接地導電板292物理耦合。圖21更清楚地表示了高功率差模和共模濾波器260，其中圖21a表示物理實施方案而圖21b表示原理圖。如圖21a中所示，濾波器260包括夾於有預定的電氣性能的絕緣材料盤264之間的公共接地導電板262。由導電電極270和270』適當地支撐絕緣材料盤264，同時耦合軸278穿過孔266(圖中未示出)並穿過盤264和公共接地導電板262。為了便於設計更高電流和電壓的條件的濾波器260，公共接地導電板262、導電電極270和270』和材料盤264的尺寸典型地比本發明的前面的實施方案大。為了允許濾波器260與外部電導體連接，導電電極270有延伸連接部件284，通過通常的方式如擰緊螺釘或墊圈使其與連接端275a和275b機械耦合。連接端275a和275b安裝在外殼蓋282上面產生包括外殼蓋282、公共接地導電板262、導電電極270和270』和材料盤264的一次裝配。一個元件放在元件外殼276內，從公共接地導電板262延伸出的法蘭盤272與外殼安裝孔280耦合。這一結構提供了一種公共接地導電板262產生的內部地與電路或大地耦合的方法。如本發明的其他實施方案，導電電極270，表示為分離的面，組成在連接端274之間耦合的線-線電容所必須的兩個平行板。導電電極270分別與公共接地導電板262一起組成線-地共模去耦電容而公共接地導電板262作為內部地。
圖42A和42B所示是相位T網絡濾波器940，它是前面公開的各表面貼裝差模和共模濾波器的改進的應用。相位T網絡濾波器940包括差模和共模濾波器942，它有位於差模和共模濾波器942兩端的公共地導電帶944和第一和第二差分導電帶(未示出)。與差模和共模濾波器942兩端耦合的分別是電感鐵氧體外殼952和954。每個電感鐵氧體外殼952和954包括可焊接的鐵氧體材料將差模和共模濾波器942的第一和第二差分導電帶(未示出)與各自的電感鐵氧體外殼內部焊接。外殼954(同952)包括與每個外殼的兩邊物理耦合的電極板端點948(946)，同時一部分穿過孔960使端點946和948與濾波器942的第一和第二差分導電帶電氣連接。這一結構可從虛線966中表示的外殼954(952)的輔助反向圖中更清楚地看到。圖42B是相位T網絡濾波器940的原理圖，圖中多個電感958與差模和共模濾波器942的第一和第二電鍍端946和948耦合從而產生圖42A中所示的相位T網絡濾波器940。
相位T網絡濾波器940在高信號電流和高頻率噪聲應用中有其優越性，因為本實施方案可以將噪聲分流到地並且允許高信號電流流經設備的端點，同時有較大的噪聲衰減。第一和第二電極板的端點946和948為濾波器940提供這種應用所需的高電流載流導體，並且電感鐵氧體外殼952和954產生磁場。這一組合體改善了高頻率濾波器的效應即濾波器940的衰減特性接近40-60dB每十倍的斜率。相位T網絡濾波器940特別適用於低阻抗電路。
可見，差模和共模濾波器結構可以有許多不同的應用並且必須注意的是一些特性通用於所有的實施方案。第一，有預定的電氣特性的材料可以是任何實施方案中的一種，包括絕緣材料、金屬氧化物變阻器材料、鐵氧體材料和其他更多的新型材料如聚脂薄模或燒結多晶體，但並不局限於此。無論用何種材料，公共接地導電板和電極導電板的組合體產生一組電容在電導體對之間形成一個線-線差模耦合電容並且從電導體對形成兩個線-地去耦電容。有電氣特性的材料將改變電容值和/或增加附加的特性如過壓和浪湧保護或增大電感、電阻或上述的組合。
第二，在所有實施方案中，無論是圖示的還是未圖示的，公共接地導電板和電極板的數量可以很多以產生許多並聯的電容，從而產生增大的電容值。
第三，可以在所有的實施方案中用圍繞著中央導電板和一組導電電極的組合體的輔助公共接地導電板來提供一個增大的內部地和浪湧耗散區和真實的法拉第盒。
最後，回顧許多實施方案，很顯然的是，由於其物理結構來自於公共接地導電板和導電電極板的結構，所以可以根據需要的電氣特性或濾波器的應用場合改變形狀、厚度或尺寸。
實際上，在這樣的應用中如通信晶片中，差模和共模濾波器可以簡單地製作在矽片中及直接集成在集成電路中，圖中未示出。差模和共模濾波器可以嵌入並且濾波直接來自電路板連接端的通信或數據線，這樣就減少了電路板實際需要的費用並且減小了所有電路的尺寸，滿足有更簡單的產品的需求。已經有集成電路將電容蝕刻在矽基座上，這就允許本發明的結構採用今天已有的技術。
雖然本發明的主要內容、優選實施方案和優選操作已經在這裡作了詳細的描述，但不必解釋的是它不局限於已公開的特別說明的形式。這樣，對專業技術人員來說顯而易見的是可以不脫離本發明的思想或範圍將這裡的優選實施方案做各種改變。
權利要求
1.一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸。
2.一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面，而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得所述中央板使所述第二電極與所述第三電極彼此完全屏蔽。
3.一種製造電極裝置的方法，它包括設置第一電極，第一電極至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；設置第二電極，第二電極至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；設置第三電極，第三電極至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得所述中央板使所述第二電極與所述第三電極彼此完全屏蔽。
4.一種發射信號的方法，它包括設置一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；而且，其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸；將所述第二電極和所述第三電極連接成一個電路；以及將信號至少發射給所述第二電極或所述第三電極。
5.權利要求1中所述的電極裝置，其中所述第二電極和所述第三電極彼此都有大體上相同的尺寸及形狀。
6.權利要求5中所述的電極裝置，其中所述第二電極和所述第三電極彼此相對地排成相反的取向排列。
7.權利要求2中所述的電極裝置，其中所述第二電極和所述第三電極彼此都有大體上相同的尺寸及形狀；而且，其中，所述第二電極和所述第三電極彼此相對地排成相反的取向排列。
8.權利要求6中所述的電極裝置，還包括一種有預定特性、可用作介質的材料。
9.權利要求2中所述的電極裝置，還包括一種有預定特性、可用作介質的材料；其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸。
10.權利要求8或9中所述的電極裝置，還包括一種這樣的裝置至少所述電極裝置中的全部所述電極中各電極分別包括至少一對孔；以及所述電極裝置的全部所述電極中的各所述相應的一對孔包括至少一個絕緣孔和一個耦合孔。
11.製造權利要求3中所述的電極裝置的方法，還包括一種這樣的裝置所述電極裝置中的全部所述電極中各電極分別包括至少一對孔；以及其中，所述電極裝置的全部所述電極中的各所述相應的一對孔包括至少一個絕緣孔和一個耦合孔。
12.製造權利要求3中所述的電極裝置的方法，還包括一種有預定特性、可用作介質的材料；以及其中，所述材料至少可用於將所述電極裝置中的所述電極相互隔開；其中，所述第二電極和所述第三電極彼此都有基本上相同的尺寸及形狀；而且，其中，所述第二電極和所述第三電極彼此相對地排成相反取向排列；而且，其中，所述電極裝置可用作電磁濾波裝置。
13.權利要求4中所述的發射信號的方法，其中，所述電極裝置中的所述第三電極和所述中央板都各自以這樣的方式來定位，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的任何直線與所述中央板接觸。
14.權利要求13中所述的發射信號的方法，其中，所述電極裝置中的全部所述電極都各自包括至少一對孔；以及其中，所述電極裝置中的全部所述電極中的所述各自的所述一對孔包括至少一絕緣孔和一耦合孔。
15.一種電極裝置，它包括一直導電地相互耦合的多個屏蔽電極，其中，所述多個屏蔽電極包括至少三個屏蔽電極；導電地與所述多個屏蔽電極隔離並相互導電地隔離的一受屏蔽的電極；以及其中，所述多個屏蔽電極中的各屏蔽電極彼此相對地被這樣的定位及定尺寸，使得穿過所述一對受屏蔽的電極的任何直線與所述多個屏蔽電極中的所述各屏蔽電極接觸。
16.權利要求15中所述的電極裝置，還包括被安排得插入所述至少三個屏蔽電極的所述多個屏蔽電極中的第一對屏蔽電極。
17.權利要求16中所述的電極裝置，還包括被安排得插入所述至少三個屏蔽電極中的至少一個屏蔽電極的所述多個屏蔽電極中的第二對屏蔽電極。
18.權利要求1、2、5、6、7、8、9、15、16或17中所述的電極裝置，還包括至少一個線對線電容器以及至少兩個線對地電容器。
19.權利要求1、2、5、6、7、8、9、15、16或17中所述的電極裝置可用作電容器。
20.權利要求1、2、5、6、7、8、9、15、16或17中所述的電極裝置可用作屬於至少一個激勵電路中的一部分的電磁濾波裝置。
21.一種電極裝置，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；其中，所述中央板具有一中央板外邊界；以及其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的一條直線或穿過內部，或與所述中央板外邊界接觸。
22.權利要求21中所述的裝置，其中所述第二電極板具有第二電極板主表面，而所述第二電極板主表面大致上成「C」形。
23.權利要求22中所述的裝置，其中所述第三電極板具有第三電極板主表面，而所述第三電極板主表面大致上成「C」形。
24.權利要求23中所述的裝置，其中所述第二電極板主表面的所述「C」形與所述第三電極板主表面的所述「C」形彼此相對地排列。
25.權利要求22中所述的裝置，其中所述第二電極板主表面確定一個穴，還包括所述穴中的第一導電區以及所述穴中的第二導電區。
26.權利要求25中所述的裝置，其中，所述第一導電區具有確定第一孔的表面，而所述第二導電區具有確定第二孔的表面。
27.一種用於RJ45連接器的連接器結構，它包括第一電極，它至少確定以下元件，(1)上部板，(2)中央板，和(3)下部板，其中，所述上部板在所述中央板的上面而所述中央板在所述下部板的上面；第二電極，它至少確定第二電極板，其中，所述第二電極板在所述上部板的下面而在所述中央板的上面；第三電極，它至少確定第三電極板，其中，所述第三電極板在所述中央板的下面而在所述下部板的上面；其中，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極相互導電地隔離；其中，所述中央板具有一中央板外邊界；以及其中，所述第二電極、所述第三電極和所述中央板彼此相對地被如此定位及定尺寸，使得穿過所述第二電極和所述第三電極的一條直線或穿過內部，或與所述中央板外邊界接觸。
28.一種包括權利要求27中所述結構的結構和一IC晶片，其中，所述連接器電連接於所述IC晶片中的導體。
29.一種包括權利要求27中所述結構的結構和一PC板，其中，所述連接器機械地連接於所述PC板。
30.一種包括權利要求27中所述結構的結構和一機殼，其中，所述連接器機械地連接於所述機殼。
31.權利要求29中所述的結構，其中，所述連接器同樣電連接於所述PX板上的導體。
32.權利要求30中所述的結構，其中，所述連接器同樣電連接於所述機殼上的導體。
全文摘要
本發明涉及的是利用連結不同電介質(16)和電介質材料的組合體產生一個或多個差模和共模濾波器(12)以抑制電磁輻射和浪湧保護的無源電子元件的結構(10)。該結構允許在一個組件如一個集成電路或連接器中集成一個或多個元件(22)。該元件的結構為電介質獨立的並且可以在一個元件中集成不同的電氣特性以實現濾波、去耦、熔合和浪湧保護功能之一或其組合。
文檔編號H02H9/00GK1694328SQ20051006506
公開日2005年11月9日 申請日期1999年1月16日 優先權日1998年1月19日
發明者安東尼·A·安東尼 申請人:X2Y衰減器有限公司, 安東尼·A·安東尼