本實用新型實施例涉及電子器件技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù):
隨著電子系統(tǒng)朝著高速度、高密度和低功耗的方向發(fā)展,這便要求高速時鐘信號具有更陡峭的跳變沿以及更低的信號電壓。這樣會造成高速時鐘頻率的提高,從而引起電源完整性(PI)和地彈噪聲(GBN)等問題,尤其是由大量驅(qū)動開關(guān)不停的開斷而造成同步開關(guān)噪聲(Simultaneous Switching Noise,SSN)問題在電源和地平面當中不可避免。這些噪聲不僅會造成信號傳輸?shù)亩秳雍碗姶泡椛鋯栴},而且還會導(dǎo)致敏感射頻、模擬電路的誤操作等嚴重的信號完整性(SI)問題。
現(xiàn)有技術(shù)中,可以采用電磁帶隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)結(jié)構(gòu)解決信號完整性和SSN,電磁帶隙結(jié)構(gòu)是一種由有耗介質(zhì)、導(dǎo)體金屬或其他混合體組成的人工電磁材料。例如,Mushroom-like EBG結(jié)構(gòu)、3D級聯(lián)型的Mushroom EBG,L-bridgeEBG結(jié)構(gòu)和meander L-bridge EBG結(jié)構(gòu)。
但是,Mushroom-like EBG結(jié)構(gòu)和3D級聯(lián)型的Mushroom EBG雖然能夠抑制SSN,但是制作成本太高。且L-bridge結(jié)構(gòu),meander L-bridge結(jié)構(gòu),π-bridge結(jié)構(gòu)在抑制SSN時存在帶寬有限或者信號完整性差的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本申請?zhí)峁┮环N平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu),用以提供一種成本低,且抑制SSN時超寬帶的電磁帶隙結(jié)構(gòu)并且保證了電路的信號完整性和電源完整性。
為達到上述目的,本申請采用如下技術(shù)方案:
第一方面,提供一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu),包括:電源平面、地平面以及位于電源平面和地平面之間的絕緣介質(zhì);在電源平面的第一面設(shè)置有至少一個電磁帶隙結(jié)構(gòu),電源平面的第一面指電源平面未與絕緣介質(zhì)相連的一面;電磁帶隙結(jié)構(gòu)用于抑制同步開關(guān)噪聲;電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以M行×N列分布的M×N個基本單元,基本單元為加長型L-bridge結(jié)構(gòu),其中,M和N為大于或等于3的整數(shù);M×N個基本單元中每相鄰的兩個基本單元之間采用L-型橋連接;在M×N個基本單元中內(nèi)嵌有Q個雙互補開口環(huán)諧振器,雙互補開口環(huán)諧振器用于在諧振頻率附近形成一個傳輸禁帶,對電源和地平面間的噪聲進行抑制,其中,Q為大于或等于4且小于或等于M×N的整數(shù);Q個雙互補開口環(huán)諧振器中的每個雙互補開口環(huán)諧振器對應(yīng)一個所述L-bridge結(jié)構(gòu);Q個雙互補開口環(huán)諧振器按照第一預(yù)設(shè)規(guī)則排列。
本實用新型實施例提供的電磁帶隙結(jié)構(gòu),相對于L-bridge本結(jié)構(gòu)增大了橋連線的長度,使得結(jié)構(gòu)的下截至頻率降低,同時添加了雙互補開口環(huán)諧振器,對整個結(jié)構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,使得上截至頻率變大,從而整個結(jié)構(gòu)的SSN抑制帶寬更寬。
結(jié)合第一方面,在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中,電源平面和地平面的材料為銅箔。
結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中,在第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中,銅箔的厚度為0.035mm。
結(jié)合第一方面至第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中任意一種可能的實現(xiàn)方式,在第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式中,絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)為4.4,絕緣介質(zhì)的耗散因子為tanδ=0.02的FR4材料,絕緣介質(zhì)的厚度為0.4mm。
結(jié)合第一方面至第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式中任意一種可能的實現(xiàn)方式,在第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式中,第一預(yù)設(shè)規(guī)則為:在M×N個基本單元中每個基本單元內(nèi)均內(nèi)嵌有雙互補開口環(huán)諧振器;或者,第一預(yù)設(shè)規(guī)則為:Q個雙互補開口環(huán)諧振器中每相鄰兩個雙互補開口環(huán)諧振器之間間隔一個未內(nèi)嵌有雙互補開口環(huán)諧振器的L-bridge結(jié)構(gòu)。
結(jié)合第一方面至第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式中任意一種可能的實現(xiàn)方式,在第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式中,平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的尺寸為長90mm×寬90mm×高0.4mm。
結(jié)合第一方面至第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式中任意一種可能的實現(xiàn)方式,在第一方面的第六種可能的實現(xiàn)方式中,電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以3行×3列分布的9個基本單元。
結(jié)合第一方面至第一方面的第六種可能的實現(xiàn)方式中任意一種可能的實現(xiàn)方式,在第一方面的第七種可能的實現(xiàn)方式中,Q個雙互補開口環(huán)諧振器中存在4個端口,4個端口中的一個端口用作輸入端口,四個端口中的其余三個端口用作輸出端口。
結(jié)合第一方面至第一方面的第七種可能的實現(xiàn)方式中任意一種可能的實現(xiàn)方式,在第一方面的第八種可能的實現(xiàn)方式中,4個端口中每個端口的電阻為50Ω。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)示意圖一;
圖2a為本實用新型實施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)示意圖二;
圖2b為本實用新型實施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)示意圖三;
圖3為本實用新型實施例提供的內(nèi)嵌雙互補開口環(huán)諧振器的L-bridge EBG單元結(jié)構(gòu);
圖4為本實用新型實施例提供的雙互補開口環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為本實用新型實施例提供的雙互補開口環(huán)諧振器在平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的分布示意圖一;
圖6為本實用新型實施例提供的雙互補開口環(huán)諧振器在平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的分布示意圖二;
圖7為本申請實施例提供的結(jié)構(gòu)的S參數(shù);
圖8為本申請實施例提供的結(jié)構(gòu)和L-bridge EBG結(jié)構(gòu)的S21參數(shù)對比圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖,對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行詳細地描述。
如圖1所示,圖1示出了本實用新型實施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu),包括:電源平面10、地平面20以及位于電源平面10和地平面20之間的絕緣介質(zhì)30;在電源平面10的第一面設(shè)置有至少一個電磁帶隙結(jié)構(gòu),電源平面的第一面指電源平面未與絕緣介質(zhì)相連的一面;電磁帶隙結(jié)構(gòu)用于抑制同步開關(guān)噪聲;
如圖2a所示,電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以M行×N列分布的M×N個基本單元501,基本單元為L-bridge結(jié)構(gòu)40,其中,M和N為大于或等于3的整數(shù);M×N個基本單元中每相鄰的兩個基本單元之間采用L-型橋401連接;
如圖2b所示,在M×N個基本單元中內(nèi)嵌有Q個雙互補開口環(huán)諧振器502,雙互補開口環(huán)諧振器用于在諧振頻率附近形成一個傳輸禁帶,對電源和地平面間的噪聲進行抑制,其中,Q為大于或等于4且小于或等于M×N的整數(shù);Q個雙互補開口環(huán)諧振器中的每個雙互補開口環(huán)諧振器對應(yīng)一個L-bridge結(jié)構(gòu);Q個雙互補開口環(huán)諧振器按照第一預(yù)設(shè)規(guī)則排列。
可以理解的是,在M×N個內(nèi)嵌有Q個雙互補開口環(huán)諧振器502基本單元中的每個基本單元501內(nèi)均蝕刻有與雙互補開口環(huán)諧振器502結(jié)構(gòu)一致的凹槽。
本實用新型實施例提供的電磁帶隙結(jié)構(gòu),相對于L-bridge本結(jié)構(gòu)增大了橋連線的長度,使得結(jié)構(gòu)的下截至頻率降低,同時添加了雙互補開口環(huán)諧振器,對整個結(jié)構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,使得上截至頻率變大,從而整個結(jié)構(gòu)的SSN抑制帶寬更寬。
本實用新型實施例中的Q的數(shù)量可以根據(jù)基本單元的數(shù)量進行確定,并使得按照Q個分布時,使得Q個雙互補開口環(huán)諧振器滿足第一預(yù)設(shè)規(guī)則。
內(nèi)嵌雙互補開口環(huán)諧振器的L-bridge EBG單元結(jié)構(gòu)如圖3所示。L-bridge EBG包括呈矩形狀的第一邏輯單元,該第一邏輯單元的長a1=30mm,L型橋包括第一垂直部和第一水平部,其中,第一水平部和一垂直部垂直,第一水平部的長b1=27.4mm,第一水平部的寬為g2=0.5mm,任意一個第一水平部和與其相鄰的另一個水平部之間的距離為w2=0.1mm
L型橋的第一垂直部的長為a3=14.4mm,第一垂直部的寬g1為0.5mm,任意一個L型橋的第一垂直部和與其相鄰的另一個L型橋的第一水平部之間的距離為w1=0.5mm。
雙互補開口環(huán)諧振器內(nèi)包括對稱設(shè)置的第一結(jié)構(gòu)和對稱設(shè)置的第二結(jié)構(gòu),其中,對稱設(shè)置的兩個第一結(jié)構(gòu)之間的距離為a2=14mm,對稱設(shè)置的兩個第一結(jié)構(gòu)之間的間隙為w3=1mm,第一結(jié)構(gòu)和與其靠近的第二結(jié)構(gòu)之間的距離為g4=1mm,第二結(jié)構(gòu)包括第二垂直部、第二水平部,第三垂直部,第二垂直部和第三垂直部均與第二水平部垂直。第二垂直部和第三垂直部的寬為g3=1mm,第一結(jié)構(gòu)包括第三水平部、第四垂直部和第五垂直部,其中,第四垂直部和第五垂直部位于第三水平部兩端,且均與第三水平部垂直,第四垂直部和第五垂直部的寬為g5=1mm。
介質(zhì)為介電常數(shù)εr=4.4,耗散因子為tanδ=0.02的FR4材料。介質(zhì)厚度為0.4mm,銅箔厚度為0.035mm。為驗證此結(jié)構(gòu)對于SSN噪聲的抑制能力,共設(shè)定4個50Ω的集總同軸端口,其中Port 1作為輸入端口設(shè)置在(15mm,75mm,0.4mm)的位置,Port 2-Port 4作為輸出端口分別設(shè)置在(45mm,45mm,0.4mm),(75mm,75mm,0.4mm),(75mm,15mm,0.4mm)的位置。
內(nèi)嵌雙互補開口環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)如圖4所示,其中,諧振器作為人工電磁材料自身都會產(chǎn)生帶隙特性,其結(jié)構(gòu)參數(shù)的略微差別,使得它們的諧振頻率會各不相同,故而在一定頻率內(nèi)具有選頻作用,可以起到對噪聲的抑制。該結(jié)構(gòu)不僅可以寬阻帶、高隔離度的抑制SSN噪聲的傳播,而且能保持比較好的SI特性。本文將DBCSRR結(jié)構(gòu)和EBG相結(jié)合進行SSN抑制。
可選的,電源平面和地平面的材料為銅箔。
可選的,銅箔的厚度為0.035mm。
可選的,絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)為4.4,所述絕緣介質(zhì)的耗散因子為tanδ=0.02的FR4材料,所述絕緣介質(zhì)的厚度為0.4mm。
可選的,一方面,第一預(yù)設(shè)規(guī)則為:在所述M×N個基本單元中每個基本單元內(nèi)均內(nèi)嵌有所述雙互補開口環(huán)諧振器。
示例性的,以M=3,N=3為例,則在所述9個基本單元中的每個基本單元內(nèi)均內(nèi)嵌有雙互補開口環(huán)諧振器。
另一方面,第一預(yù)設(shè)規(guī)則為:Q個雙互補開口環(huán)諧振器中每相鄰兩個雙互補開口環(huán)諧振器之間間隔一個未內(nèi)嵌有雙互補開口環(huán)諧振器的L-bridge結(jié)構(gòu)。
示例性的,以M=3,N=3為例,在此種情況下為了使得每相鄰兩個雙互補開口環(huán)諧振器之間間隔一個未內(nèi)嵌有雙互補開口環(huán)諧振器的L-bridge結(jié)構(gòu),則Q可以為5也可以為4.
如圖2所示,圖2示出了一種Q為5時5個雙互補開口環(huán)諧振器的分布情況,由圖5可以看出此時該5個雙互補開口環(huán)諧振器中的一個內(nèi)嵌于最中間的一個L-bridge結(jié)構(gòu)1011,其余四個雙互補開口環(huán)諧振器分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1011對角線上的L-bridge結(jié)構(gòu)內(nèi),如圖2所示,分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1014、內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)501以及內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1017以及內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1019。
如圖6所示,圖6示出了一種Q為4時4個雙互補開口環(huán)諧振器的分布情況,由圖6可以看出此時該4個雙互補開口環(huán)諧振器分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1015、分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1018、分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1013以及分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1012中。
平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的尺寸為長90mm×寬90mm×高0.4mm。
電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以3行×3列分布的9個基本單元。
Q個雙互補開口環(huán)諧振器中存在4個端口(例如,如圖5所示的Port1、Port2、Port3和Port4),4個端口中的一個端口用作輸入端口,所述四個端口中的其余三個端口用作輸出端口。
4個端口中每個端口的電阻為50Ω。
為得到所提出結(jié)構(gòu)的電源噪聲抑制能力,通過Ansoft HFSS V15軟件對此結(jié)構(gòu)進行了電磁仿真,最終得到所需端口間的S參數(shù)的幅值,并與L-bridge EBG structure以及參考平面的電源噪聲抑制能力進行對比,結(jié)果如圖7所示和圖8所示。圖7為本申請實施例提供的結(jié)構(gòu)的S參數(shù),圖8為本申請實施例提供的結(jié)構(gòu)和L-bridge EBG結(jié)構(gòu)的S21參數(shù)對比圖,由圖7和圖8可以得到如表1所示的結(jié)果:
表1
可以看出在-30dB抑制深度下,新型內(nèi)嵌DBCSRR的L-bridge EBG結(jié)構(gòu)的噪聲抑制效果良好,且抑制效果均優(yōu)于L-bridge EBG structure。本文提出了一種內(nèi)嵌DBCSRR濾波器的平面型EBG結(jié)構(gòu),以增強對SSN噪聲的抑制能力,在-30dB下阻帶寬度為350MHz-20GHz以上。仿真和實測結(jié)構(gòu)均證明該結(jié)構(gòu)在SSN抑制方面具有優(yōu)越的特性。相比于傳統(tǒng)的L-bridge EBG,基于此設(shè)計的結(jié)構(gòu)在阻帶帶寬方面有較大提高,而該結(jié)構(gòu)對信號傳輸質(zhì)量并沒有產(chǎn)生不利影響。同時,我們通過對該結(jié)構(gòu)建立電路和諧振腔模型分別分析了所設(shè)計結(jié)構(gòu)的上下截止頻率。
以上所述,僅為本申請的具體實施方式,但本申請的保護范圍并不局限于此,任何在本申請揭露的技術(shù)范圍內(nèi)的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本申請的保護范圍之內(nèi)。因此,本申請的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。