本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，由多個(gè)周期單元周期性地緊密排列組成，接地板[11]上方為介質(zhì)層[10]，介質(zhì)層[10]上方為電源層[9]，C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)的一個(gè)周期單元電源層上刻蝕了一個(gè)C型的凹槽[2]，C型凹槽[2]的外圍圍繞一個(gè)金屬細(xì)方環(huán)[3]，金屬細(xì)方環(huán)[3]任意一邊的中心處通過(guò)一個(gè)金屬細(xì)線橋[4]連接到周期單元中心金屬貼片[1]上。本發(fā)明專利技術(shù)可以有效抑制從數(shù)百M(fèi)Hz到數(shù)GHz的同步開(kāi)關(guān)噪聲（SSN）并減少去耦電容的使用，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低廉；本發(fā)明專利技術(shù)的周期單元結(jié)構(gòu)是非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，相對(duì)一般對(duì)稱的平面EBG結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的自由度較大。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
—種C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)屬于高速電路、電磁場(chǎng)與微波
，特別是一種C型凹槽平面電磁帶 隙(Electromagnetic Bandgap,簡(jiǎn)稱 EBG)結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
電源地平面具有寄生電感小，可以屏蔽不同層電路元件，消除層間電磁干擾以及 作為高速信號(hào)的返回路徑等優(yōu)點(diǎn)，因此電源地平面結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代多層高速印刷電 路板(Printed Circuit Board,簡(jiǎn)稱PCB)及封裝電路中。然而層間信號(hào)切換需要通過(guò)金 屬化過(guò)孔進(jìn)行連接，許多過(guò)孔會(huì)垂直穿過(guò)電源地平面，隨著電路工作速率的提高，過(guò)孔上瞬 態(tài)快速變化的電流會(huì)引起所謂的同步開(kāi)關(guān)噪聲(Simultaneous Switching Noise,簡(jiǎn)稱 SSN)，該噪聲會(huì)加載在電源地平面上，而電源地平面結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)平行平板腔，同步開(kāi)關(guān) 噪聲會(huì)激發(fā)起電源地平面的平行平板腔諧振，導(dǎo)致噪聲會(huì)在電源地平面的內(nèi)部傳播，形成 駐波，影響位于其他位置且對(duì)噪聲敏感器件的正常工作。這類由同步開(kāi)關(guān)噪聲引起電源完 整性問(wèn)題在模數(shù)混合電路、封裝上系統(tǒng)(System on Package,簡(jiǎn)稱SoP)等應(yīng)用中尤為突 出。目前，抑制同步開(kāi)關(guān)噪聲的技術(shù)措施主要有去耦電容和電磁帶隙結(jié)構(gòu) (Electromagnetic Bandgap,簡(jiǎn)稱EBG)。去稱電容由于其自身存在寄生電感，因此其電容去 耦的頻率范圍有限，一般在數(shù)百M(fèi)Hz以內(nèi)，對(duì)GHz頻段的同步開(kāi)關(guān)噪聲抑制效果不理想。電 磁帶隙結(jié)則是近年來(lái)提出的一種新穎的、有效的、易于實(shí)現(xiàn)的GHz同步開(kāi)關(guān)噪聲隔離技術(shù)。 典型的兩類電磁帶隙結(jié)構(gòu)有蘑燕形電磁帶隙結(jié)構(gòu)和平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)。其中蘑燕形電磁帶 隙結(jié)構(gòu)是三層結(jié)構(gòu)并且需要金屬化通孔，這導(dǎo)致加工成本較大；而平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)僅在 電源平面或者地平面上周期刻蝕設(shè)計(jì)好的平面電磁帶隙單元，因此具有制造簡(jiǎn)單、工藝兼 容、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注和應(yīng)用研究。平面電磁帶 隙結(jié)構(gòu)的研究難點(diǎn)主要集中在噪聲抑制阻帶的展寬、阻帶下截止頻率的下移以及應(yīng)用到封 裝電路中的小型化技術(shù)。目前報(bào)道的平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)周期單元通常是在周期單元中心金 屬貼片的四邊分別設(shè)計(jì)4個(gè)金屬細(xì)線橋，前后左右單元之間都是通過(guò)該金屬細(xì)線橋相連接 的，通過(guò)增加周期單元間4個(gè)金屬細(xì)線橋的電感來(lái)實(shí)現(xiàn)阻帶的展寬和阻帶下截止頻率的下 移，然而這往往會(huì)造成結(jié)構(gòu)變得比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度增加。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種新型的C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，由其構(gòu)成電源地 平面，可以實(shí)現(xiàn)高速電路中頻率范圍從數(shù)百M(fèi)Hz到數(shù)GHz電源噪聲的有效抑制，同時(shí)其結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造方便，加工成本低廉。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為一種C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，包括若干 個(gè)周期單元中心金屬貼片、若干個(gè)刻蝕C型凹槽、若干個(gè)金屬細(xì)方環(huán)、若干個(gè)金屬細(xì)線橋、 電源層、介質(zhì)層和接地層；接地板上方為介質(zhì)層；介質(zhì)層上方為電源層；(:型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)由多個(gè)周期單元周期性地緊密排列組成，C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)的一個(gè)周期 單兀電源層上刻蝕了一個(gè)C型的凹槽,C型凹槽的外圍圍繞一個(gè)金屬細(xì)方環(huán),金屬細(xì)方環(huán)任 意一邊的中心處通過(guò)一個(gè)金屬細(xì)線橋連接到周期單元中心金屬貼片上。每個(gè)C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)的周期單元通過(guò)金屬細(xì)方環(huán)相連。所述介質(zhì)層的材料為FR4、Roger RT5880 或 RogerRT/duroid 5870。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)本專利技術(shù)C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)的周期 單元僅僅是在周期單元中心金屬貼片的任意一邊上設(shè)計(jì)了一個(gè)金屬細(xì)線橋，周期單元中心 金屬貼片通過(guò)該金屬細(xì)線橋和金屬細(xì)方環(huán)相連接，周期單元之間則是通過(guò)金屬細(xì)方環(huán)連接 在一起的。金屬細(xì)方環(huán)和單一金屬細(xì)線橋的設(shè)計(jì)增大了相鄰周期單元之間的電感，使得阻 帶的下截止頻率往低頻處移動(dòng)，阻帶得到展寬，可以有效抑制同步開(kāi)關(guān)噪聲，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 相當(dāng)簡(jiǎn)單，制造方便，加工成本低廉。附圖說(shuō)明圖1是根據(jù)本專利技術(shù)提出的C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)一個(gè)周期單元的俯視圖(a) 和一個(gè)周期單元的設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)注圖(b)。圖2是根據(jù)本專利技術(shù)提出的C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)電源地平面(3X3單元)俯 視圖。圖3是根據(jù)本專利技術(shù)提出的C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)電源地平面的側(cè)視圖。圖4是根據(jù)本專利技術(shù)提出的C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)電源地平面不同位置端口之 間插入損耗的仿真測(cè)量結(jié)果圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。在傳統(tǒng)兩層電源地平面結(jié)構(gòu)的電源層上周期性地緊密排布所設(shè)計(jì)的C型凹槽平 面電磁帶隙單元樣式(如圖1所示)，而接地層保持完整，其單個(gè)周期單元的俯視圖和3X3 單元C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)俯視圖分別如圖1和圖2所示，每個(gè)C型凹槽平面電磁帶 隙結(jié)構(gòu)電源地平面的周期單元從上到下分別是電源層、介質(zhì)層和接地層。周期單元中電源 層刻蝕的C型凹槽和C型凹槽外圍圍繞的金屬細(xì)方環(huán)是該專利技術(shù)的重點(diǎn)，也是創(chuàng)新之處。和 已公開(kāi)的平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)周期單元樣式不同的是，本專利技術(shù)的C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu) 周期單兀中刻蝕了一個(gè)C型的凹槽,C型凹槽的外圍圍繞了一個(gè)金屬細(xì)方環(huán),金屬細(xì)方環(huán)的 任意一邊中心處通過(guò)一個(gè)金屬細(xì)線橋連接到周期單元中心金屬貼片上。本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)由下到上分別是接地層、介質(zhì)層、和電源層，其中接地層是完整的平 面，電源層上周期性地緊密排布所設(shè)計(jì)的C型凹槽平面電磁帶隙單元樣式，單個(gè)周期單元 和3X3單元C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)電源地平面俯視圖分別如圖1和圖2所示。電源 平面上每個(gè)C型凹槽平面電磁帶隙周期單元中為一個(gè)周期單元中心金屬貼片，周期單元中 心金屬貼片四周是刻蝕的C型凹槽,C型凹槽的外圍是金屬細(xì)方環(huán),金屬細(xì)方環(huán)的任意一邊 中心處通過(guò)金屬細(xì)線橋和周期單元中心金屬貼片相連接。由于本專利技術(shù)的C型凹槽平面電磁 帶隙結(jié)構(gòu)引入了具有較大電感的金屬細(xì)方環(huán)以及單一金屬細(xì)線橋的設(shè)計(jì)，提高了該電磁帶 隙結(jié)構(gòu)相鄰周期單元之間的電感，從而展寬了噪聲抑制的阻帶帶寬和下移了阻帶的下截止頻率。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例結(jié)合圖1、圖2和圖3以阻帶頻率范圍為250MHZ-2. 18GHz (仿真測(cè)量結(jié)果 如圖4(a)_(c)所示)的C型凹槽平面電磁帶隙電源地平面結(jié)構(gòu)為例，詳細(xì)說(shuō)明本專利技術(shù)結(jié)構(gòu) 的具體實(shí)施方式。借助目前已經(jīng)非常成熟的印刷電路板(PCB)加工工藝，按下列參數(shù)在2層印刷電 路板頂層電源層周期性地印制周期單元中心金屬貼片1、刻蝕C型凹槽2、印制金屬細(xì)方環(huán)3 和金屬細(xì)線橋4以及在該印刷電路板底層接地層全部覆銅，實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的C型凹槽平面電 磁帶隙結(jié)構(gòu)，其周期單元的周期大小p=30mm, C型凹槽2的縫隙寬度S=Imm,金屬細(xì)方環(huán)3 的寬度W1=O. 2mm,金屬細(xì)線橋4的寬度wb=0. 4mm,長(zhǎng)度lb=8mm。介質(zhì)層10采用FR4介質(zhì)，相 對(duì)介電常數(shù)為4. 55，介質(zhì)的損耗角正切為O. 035，厚度為h=0. 4mm ；電源地平面電源層9和 接地層11邊長(zhǎng)都為90mm，整個(gè)C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)電源地平面是由3X3個(gè)正方形 周期單元組成的。周期單元中心金屬貼片5、6的中心處和周期單元中心金屬貼片7、8的右 下角處作為測(cè)試本專利技術(shù)的噪聲抑制阻帶的輸入輸出端口 1-4。仿真測(cè)量結(jié)果圖4(a)是都處 于周期單元中心金屬貼片中本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括若干個(gè)周期單元中心金屬貼片[1]、若干個(gè)刻蝕C型凹槽[2]、若干個(gè)金屬細(xì)方環(huán)[3]、若干個(gè)金屬細(xì)線橋[4]、電源層[9]、介質(zhì)層[10]和接地層[11]；接地板[11]上方為介質(zhì)層[10]；介質(zhì)層[10]上方為電源層[9]；C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)由多個(gè)周期單元周期性地緊密排列組成，C型凹槽平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)的一個(gè)周期單元電源層上刻蝕了一個(gè)C型的凹槽[2]，C型凹槽[2]的外圍圍繞一個(gè)金屬細(xì)方環(huán)[3]，金屬細(xì)方環(huán)[3]任意一邊的中心處通過(guò)一個(gè)金屬細(xì)線橋[4]連接到周期單元中心金屬貼片[1]上。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐萬(wàn)春，陳如山，施永榮，劉升，王橙，黃承，沈來(lái)偉，朱建平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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