USB 和 IEEE 1394 是將個人電腦、數位相機，mp3 隨身碟等不同 的電腦週邊設備進行數位連接的通道，早期IEEE 1394 擁有 400Mb/s 的高傳輸速率，遠遠超過USB 低速(low-speed) 1.5Mb/s 和全速
(full-speed) 12Mb/s 的傳輸速率[31]，因此在市場上的定位一直不同，
但自從1999 年底 USB 2.0 問市之後，以高速(high-speed) 480Mb/s 的 傳輸速率超越了IEEE 1394[32]，成功的打入了高速傳輸的市場，再 加上許多晶片組廠商從Intel Pentium® 4 開始將 USB 2.0 的規格納入 其中，使整個電腦周邊資料傳輸的市場幾乎全變成USB 的天下，雖 然IEEE 有新的傳輸速率 1Gb/s 的 IEEE 1394b 規格，但由於其晶片成 本較高和行銷方式的不同，並無法受到晶片廠商的青睞而逐漸沒落 [33]。因此本論文即針對現今最常見的USB 2.0 規格做共模濾波器的 設計，而有關USB 規格內容的詳盡說明可參考[31], [32]。
在以往USB 1.x 較低速的傳輸速率下，在設計上並不需要使用到 共模扼流圈這類的元件來濾除共模雜訊，只需要加一低通濾波器(low pass filter)將高頻的訊號通通濾掉即可，而利用電容將訊號旁通到接 地面即是最簡單又經濟實惠的方法[31]，通常廠商會將此電容和防護
靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)的裝置一起放在同一元件之中 [34]。但到了 USB 2.0 的高速傳輸速率下，低通濾波器會嚴重影響差 模訊號的品質而不再適合使用[35]，因此就需要共模扼流圈來維持差 模訊號的完整和濾除易造成干擾的共模訊號，其裝置如圖3.1[36]，
而防護ESD 的元件就裝在共模扼流圈和連接端的中間。
之前討論過共模扼流圈所存在的一些缺點限制了它在高頻的表 現，加上環形構造很難再加以縮小，因此一些文獻[5], [6]提出了新的 共模濾波器的結構，不同於扼流圈是利用高阻抗阻隔共模電流，是利 用鎳-鋅或錳-鋅等鐵氧磁鐵(ferrite)在高頻有高損耗的特性，將共模訊 號加以衰減或吸收，此種特性的材質是常被用來製作成吸收電磁波的 材料，而為了減低差模訊號的損失，便將兩訊號線的周圍換上另一稱 為聚亞醯膜(polyimide)的材質。此整體的構想相當的別出心裁，不過 其結果顯示差模訊號的插入損耗依舊不小，這是因為其利用聚亞醯膜 來增加差模訊號的耦合電容使其能遠大於在鐵氧磁鐵中的損耗阻 抗，這使得差模阻抗不易做調整而難以達到阻抗匹配，所以差模訊號 的反射損耗也會很大，而且其整體的體積仍然過大，並不適用於追求 低損耗且小型化的今日，因此本論文利用圖3.2 的繞線架構—螺旋電 感(spiral inductor)[4]，並使用技術成熟的 LTCC 作為設計的基材，沒 有了之前鐵磁性材料所會遭遇到的問題，又能有效的縮小元件的尺
寸，更適用於小型化電路，針對現在被廣為使用的USB 2.0 和依據 EIA 1206 的平面尺寸規格 3.2mm × 1.6mm 做共模濾波器的設計。此 濾波器設計的目的要能達到抑制足夠的共模訊號，而對差模訊號的使 用頻帶要能減低插入損耗和反射損耗。本結構差模訊號的插入損耗主 要來自於介質的正切損耗、導體的電阻性損耗、阻抗不匹配的反射損 耗和一部分的輻射消耗，由於LTCC 本身即有很小的正切損耗和可使 用低電阻率的金屬，因此前兩項對差模訊號的影響不甚太大，而輻射 效應也只有在某些頻率才會有顯著的影響，因此阻抗的不匹配是造成 差模訊號能量損失的主要原因，所以差模阻抗必須遵照USB 的規格 要求設計在90Ω[32]。由於本共模濾波器是多層結構的設計，因此需 要3-D 的全波模擬軟體，而 Ansoft HFSS 剛好是全 3-D 的繪圖方式且 是利用有限元素的數值方法對三度空間的結構作電氣特性的模擬，所 以相當適合本設計的需求，而本論文即利用HFSS 對所設計的結構進 行全波的模擬與評估，最後再將本共模濾波器複雜的結構等效為RLC 電路，以方便特性的分析。
差模和共模訊號跟傳統雙埠訊號的量測方式不甚相同，因此其散 射參數(S-parameters)和傳統的散射參數也略有不同，稱為混合模態 (mixed-mode)的散射參數，HFSS 在 9.0 版中加入了計算此散射參數的 方法，並透過port 上的一些設定即可得到我們所要的參數[37]，但無
此功能的軟體或等效電路就需另外多加一平衡轉非平衡元件
(balanced to unbalanced, balun)在待測物(design under test, DUT)的兩
端，才能將傳統的散射參數轉換成混合模態散射參數，因模擬上可以 設計出完全理想的balun，所以結果並不會受到 balun 誤差的影響，
並能得到相等於數學轉換出的結果。
圖 3.1 USB 2.0 共模扼流圈及 ESD 防護元件裝置圖
圖3.2 螺旋電感架構之共模濾波器