基于開環(huán)諧振器與x型橋的電源ebg結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種新型超寬帶的電源邸G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)】
[0002] 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，集成密度越來越高，工作 頻率也越來越高，電源地網(wǎng)絡(luò)的電磁干擾也越來越明顯，對(duì)系統(tǒng)的性能帶來惡劣影響，必須 加 W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)越來越顯著，必須加 W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)。
[0003] 目前，為解決電路系統(tǒng)中的電源完整性問題，有多種方法可用來抑制電源的電磁 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禪電容，為信號(hào)線提供一 條低阻抗返回路徑來達(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)元件來改善終端匹配，W 減小電路板邊界處的反射，來抑制SSN噪聲的傳播。同樣，采取送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)開環(huán)諧振器具有阻帶特性，可W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W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H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、農(nóng)茹狀等。
[0004] 農(nóng)茹狀、通孔平面對(duì)型等大多數(shù)電源邸G結(jié)構(gòu)采用H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W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】

[0005] 1、本發(fā)明的目的。
[0006] 針對(duì)大多數(shù)邸G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)，提出了一種基于開環(huán)諧振器與X型橋的電源EBG結(jié)構(gòu)。
[0007] 2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。
[0008] 基于開環(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 刻蝕開環(huán)諧振器作為邸G結(jié)構(gòu)的周期性單元，開環(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。開環(huán)諧振器通過調(diào)整開環(huán)諧振器的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體地開環(huán)諧振 器中調(diào)節(jié)所采用的方式為：??是開環(huán)諧振器單元的等效電容，其計(jì)算公式為：
其中t為開環(huán)諧振器的內(nèi)邊長(zhǎng)，豁是介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)；察是自由空間的介電 常數(shù)。Za是開環(huán)諧振器所形成的等效電感，其計(jì)算公式為： .%,=§鈴裝:. 是其單位長(zhǎng)度上的等效電感。開環(huán)諧振器的諧振頻率近似計(jì)算公式為：
[0009] 3、本發(fā)明的有益效果。
[0010] (1)本發(fā)明的電源邸G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) 電源邸G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)。
[0011] (2)本發(fā)明的電源邸G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。
[0012] (3)采用本發(fā)明的電源邸G兩層金屬層的結(jié)構(gòu)，并且其周期性單元為開環(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。
[0013] (4)本發(fā)明的電源邸G結(jié)構(gòu)，各周期單元之間采用X型橋連接，其等效電感可W改 善邸G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。
[0014] (5)本發(fā)明的電源邸G結(jié)構(gòu)，將開環(huán)諧振器與X型橋相結(jié)合，可W在寬頻帶范圍內(nèi) 有效抑制電源地網(wǎng)絡(luò)上的電磁干擾噪聲，并保證信號(hào)的完整性。
[0015] 綜上所述，本發(fā)明采用2層金屬層設(shè)計(jì)邸G結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的周期單元采用互補(bǔ)開環(huán) 諧振器，并用X型橋連接周期單元，達(dá)到增加阻帶帶寬和抑制深度的效果，因此可W在寬頻 帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁噪聲的有效抑制。
【附圖說明】
[0016] 圖1基于開環(huán)諧振器與X型橋的電源邸G結(jié)構(gòu)。
[0017] 圖2開環(huán)諧振器與X型橋。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有 益效果，申請(qǐng)人將在下面W實(shí)施例的方式作詳細(xì)說明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā) 明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng) 視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。 實(shí)施例
[001引如圖1所示，基于開環(huán)諧振器與X型橋的電源邸G結(jié)構(gòu)，包含兩層金屬層和一層介 質(zhì)層（2),介質(zhì)層（2)位于兩層金屬層之間，上層金屬層（1)為電源層,下層金屬層（3)為地 層，本發(fā)明的電源邸G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)電源邸G 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)。
[0020] 上層金屬層（1)即電源層采用刻蝕開環(huán)諧振器作為邸G結(jié)構(gòu)的周期性單元，開環(huán) 諧振器之間采用X型橋連接，下層金屬層（3)采用完整的金屬平面。如圖2所示，開環(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。下層金屬層采用完整的金屬平面與大多數(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。
[0021] 所述的開環(huán)諧振器通過調(diào)整開環(huán)諧振器的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，其計(jì)算公式為：
開環(huán)諧振器的內(nèi)邊長(zhǎng)為t，外邊長(zhǎng)為厶開口寬度為g，刻蝕線的寬度為刻蝕線間距 離為r，相鄰開環(huán)諧振器的間距為r,,.。開環(huán)諧振器可等效為電容電感（LC)振蕩電路，其 中^|是開環(huán)諧振器單元的等效電容，載是介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)；殺是自由空間的介 電常數(shù)。
[0022] Za是開環(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。
[0023] 開環(huán)諧振器的諧振頻率近似計(jì)算公式為：
由W上公式可知，開環(huán)諧振器單元的性能改善可W通過尺寸設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。與其他典型 的電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元相比，開環(huán)諧振器為了達(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。
[0024] 本發(fā)明的X型橋連接相鄰的兩個(gè)開環(huán)諧振器，可W等效為并聯(lián)電容Cj與串聯(lián)電 感Zx。因此，X型連橋的引入，增加了諧振單元的等效電容與等效電感，降低了阻帶的截止 頻率，從而擴(kuò)展了電磁干擾噪聲抑制的帶寬，改善了電源的性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于開環(huán)諧振器與X型橋的電源邸G結(jié)構(gòu)，其特征在于；包含兩層金屬層和一 層介質(zhì)層（2),介質(zhì)層（2)位于兩層金屬層之間，上層金屬層（1)為電源層,下層金屬層（3) 為地層，上層金屬層（1)即電源層采用刻蝕開環(huán)諧振器作為邸G結(jié)構(gòu)的周期性單元，開環(huán)諧 振器之間采用X型橋連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開環(huán)諧振器與X型橋的電源邸G結(jié)構(gòu)，其特征在于：下 層金屬層（3)采用完整的金屬平面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于開環(huán)諧振器與X型橋的電源邸G結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述的開環(huán)諧振器通過調(diào)整開環(huán)諧振器的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于開環(huán)諧振器與X型橋的電源EBG結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 的開環(huán)諧振器中調(diào)節(jié)所采用的方式為：?;是開環(huán)諧振器單元的等效電容，其計(jì)算公式為：其中t為開環(huán)諧振器的內(nèi)邊長(zhǎng)，契是介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù);幾是自由空間的介電 常數(shù)，Za是開環(huán)諧振器所形成的等效電感，其計(jì)算公式為： 為今漏姊& 是其單位長(zhǎng)度上的等效電感，開環(huán)諧振器的諧振頻率近似計(jì)算公式為：
【專利摘要】本發(fā)明一種基于開環(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環(huán)諧振器作為EBG結(jié)構(gòu)的周期性單元，開環(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，所述的開環(huán)諧振器通過調(diào)整開環(huán)諧振器的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明采用2層金屬層設(shè)計(jì)EBG結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的周期單元采用互補(bǔ)開環(huán)諧振器，并用X型橋連接周期單元，達(dá)到增加阻帶帶寬和抑制深度的效果，因此可以在寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁噪聲的有效抑制。
【IPC分類】H05K1/16, H05K1/02
【公開號(hào)】CN105517318
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410494582
【發(fā)明人】李曉春
【申請(qǐng)人】常熟凱璽電子電氣有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2014年9月25日