[發(fā)明專利]基于開(kāi)環(huán)諧振器與X型橋的電源EBG結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410494582.3
• 申請(qǐng)日: 2014-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105517318A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常熟凱璽電子電氣有限公司
• 主分類號(hào): H05K1/02
• 分類號(hào): H05K1/02;H05K1/16
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種新型超寬帶的電源EBG結(jié)構(gòu)，屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，其主要用于高速/微波印刷電路的電源平面，抑制在電源/地層平面間的電磁干擾噪聲，實(shí)現(xiàn)良好的電源完整性。

背景技術(shù)

現(xiàn)代電路系統(tǒng)集成了數(shù)字電路、射頻電路、模擬電路等，集成密度越來(lái)越高，工作頻率也越來(lái)越高，電源地網(wǎng)絡(luò)的電磁干擾也越來(lái)越明顯，對(duì)系統(tǒng)的性能帶來(lái)惡劣影響，必須加以抑制。在電源地網(wǎng)絡(luò)中，電源面與地面之間形成平面對(duì)結(jié)構(gòu)，并在一定頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生各種諧振。此外，高速數(shù)字電路產(chǎn)生的同步開(kāi)關(guān)噪聲（SSN），在電源地平面中的諧振幅度會(huì)加大，加劇了SSN在電源/地平面對(duì)之間的傳播。隨著電路頻率的不斷提高，電源地的電磁干擾噪聲會(huì)越來(lái)越顯著，必須加以抑制從而保證良好的電源完整性。如何設(shè)計(jì)出合適的電源結(jié)構(gòu)，對(duì)電磁干擾噪聲進(jìn)行抑制，成為目前現(xiàn)代電路技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

目前，為解決電路系統(tǒng)中的電源完整性問(wèn)題，有多種方法可用來(lái)抑制電源的電磁干擾噪聲。在工業(yè)界中廣泛采用的方法是在電路板中添加離散去耦電容，為信號(hào)線提供一條低阻抗返回路徑來(lái)達(dá)到抑制SSN噪聲的目的。但是集總電容在高頻時(shí)不再是純電容，而會(huì)產(chǎn)生寄生電感和寄生電容，容易產(chǎn)生諧振，不適合對(duì)高頻噪聲進(jìn)行抑制。美國(guó)的G.W.Peterson等人提出在電源/地平面對(duì)的四周嵌入電阻電容（RC）元件來(lái)改善終端匹配，以減小電路板邊界處的反射，來(lái)抑制SSN噪聲的傳播。同樣，采取這種方法由于使用大量的集總元件，在高頻時(shí)會(huì)受到明顯的寄生效應(yīng)影響。采用電源島或者分割電源平面也是SSN噪聲的抑制方法之一，它在電源/地平面對(duì)上刻蝕出一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域,對(duì)噪聲源模塊和噪聲敏感電路模塊進(jìn)行隔離。然而采用電源島方法的噪聲抑制頻率范圍較窄，且在高頻時(shí)的隔離深度較差。局部的互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器具有阻帶特性，可以有效抑制高頻噪聲。電磁帶隙（EBG）結(jié)構(gòu)，作為周期性電路結(jié)構(gòu)，可以有效抑制電磁噪聲在電源地網(wǎng)絡(luò)中的傳播。目前的EBG結(jié)構(gòu)大多采用三層、或四層金屬，其周期性的單元結(jié)構(gòu)有通孔平面對(duì)型、蘑菇狀等。

蘑菇狀、通孔平面對(duì)型等大多數(shù)電源EBG結(jié)構(gòu)采用三層、或四層金屬，與傳統(tǒng)的電源地平面相比，除上下兩層作為電源平面與地平面之外，還額外引入了1-2層金屬層，如具有濾波器特性，可以在寬頻帶范圍內(nèi)高效地抑制電源地網(wǎng)絡(luò)的電磁干擾噪聲，然而額外金屬層的引入大大增加了電路加工的成本。

發(fā)明內(nèi)容

1、本發(fā)明的目的。

針對(duì)大多數(shù)EBG結(jié)構(gòu)采用3-4層金屬層，才能夠抑制高頻噪聲，但是成本高的缺點(diǎn)，提出了一種基于開(kāi)環(huán)諧振器與X型橋的電源EBG結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。

基于開(kāi)環(huán)諧振器與X型橋的電源EBG結(jié)構(gòu)，包含兩層金屬層和一層介質(zhì)層，介質(zhì)層位于兩層金屬層之間，上層金屬層為電源層，下層金屬層為地層，上層金屬層即電源層采用刻蝕開(kāi)環(huán)諧振器作為EBG結(jié)構(gòu)的周期性單元，開(kāi)環(huán)諧振器之間采用X型橋連接，下層金屬層采用完整的金屬平面。開(kāi)環(huán)諧振器通過(guò)調(diào)整開(kāi)環(huán)諧振器的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體地開(kāi)環(huán)諧振器中調(diào)節(jié)所采用的方式為：是開(kāi)環(huán)諧振器單元的等效電容，其計(jì)算公式為：

其中t為開(kāi)環(huán)諧振器的內(nèi)邊長(zhǎng)，是介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)；是自由空間的介電常數(shù)。L_b是開(kāi)環(huán)諧振器所形成的等效電感，其計(jì)算公式為：

是其單位長(zhǎng)度上的等效電感。開(kāi)環(huán)諧振器的諧振頻率近似計(jì)算公式為：

。

3、本發(fā)明的有益效果。

（1）本發(fā)明的電源EBG結(jié)構(gòu)采用二層金屬層，兩層金屬層之間為介質(zhì)層，與大多數(shù)電源EBG結(jié)構(gòu)采用3-4層金屬層相比，具有電路板層數(shù)少，成本低的優(yōu)點(diǎn)。

（2）本發(fā)明的電源EBG結(jié)構(gòu)，其上層金屬層刻蝕電磁帶隙（EBG）結(jié)構(gòu)，作為電源層；下層為完整金屬層作為地層，與大多數(shù)非完整地平面的電源地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，保證了信號(hào)回路的連續(xù)性，因而對(duì)信號(hào)完整性的影響小。

（3）采用本發(fā)明的電源EBG兩層金屬層的結(jié)構(gòu)，并且其周期性單元為開(kāi)環(huán)諧振器，與其他典型的電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元相比，為了達(dá)到相同的低截止頻率和高噪聲抑制特性，其尺寸小，對(duì)信號(hào)完整性的破壞小，由于開(kāi)環(huán)諧振器的引入，可在實(shí)現(xiàn)電磁干擾噪聲寬帶高抑制的同時(shí)，減小對(duì)電源平面的破壞，保證信號(hào)完整性。

（4）本發(fā)明的電源EBG結(jié)構(gòu)，各周期單元之間采用X型橋連接，其等效電感可以改善EBG結(jié)構(gòu)的阻帶寬度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源噪聲的寬頻帶抑制。