CN102131343A - 抑制高速电路/微波电路地弹噪声的超宽带电磁带隙结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新型超宽带电磁带隙结构，属于信息技术领域，其主要用途在于取代现有的高速电路/微波电路的电源层，以抑制在这些结构中存在的地弹噪声，实现较好的电源完整性。该结构具有典型的三层电路板结构，中间介质层，上下两层金属，其中电磁带隙结构位于上层。针对一个典型实例进行了验证：将实验制备的样品通过网络分析仪测试，证实了本发明能够在从500MHz到5.5GHz的频段内，对任意两个端口实现优于-30dB的噪声抑制。
Description
技术领域：
本发明涉及一种新型超宽带电磁带隙结构，属于信息技术领域，其主要用途在于取代现有的高速电路/微波电路的电源层，从而抑制在这些结构中存在的地弹噪声，实现较好的电源完整性。
背景技术：
现在电子技术，特别是芯片和封装技术正逐渐具有高速率，密集成，低功耗等特性，其对于电源完整性的需求也随之加大。传统的电路板由于工作频段较低，电源供电***一般采用普通电源线供电，欧姆损耗也很小，因此具有非常好的电源完整性。但是随着诸如处理器，内存等电子器件工作频段的逐渐上升，电源线本身的欧姆损耗和周围器件的电磁干扰将有可能干扰其它芯片的供电电压，从而影响***的电源完整性，严重之时甚至妨碍电路的正常工作。为了克服这个问题，电源线逐渐演变为电源层，后者具有更小的欧姆损耗。但是随着工作频率进一步提高，到了超过500MHz进入微波频段之时，一种新的问题，即地弹噪声进一步影响电源层的供电效率。地弹噪声一般认为起源于芯片和封装技术上的感性元件，微小的电流扰动产生较大的电压波动，这个电压波动对整个***来讲是有害的，因此称为地弹噪声。而在微波频段，除了感性元件而外，电路板自身的谐振则成为地弹噪声更重要的诱因，在某些处于谐振的频率，一块芯片的电流变化将很容易在电路板中传播，引起其他芯片供电电压的变化，从而破坏了整个***的电源完整性。本发明即提出一种方案，以解决在高速电路/微波电路上存在的这一问题。
发明内容：
发明目的：本发明针对现有技术的问题，提出一种新型超宽带电磁带隙结构，其要用途在于取代现有的高速电路/微波电路的电源层，以抑制在这些结构中存在的地弹噪声，实现较好的电源完整性。
技术方案：本发明所述的超宽带电磁带隙结构具有典型的微带结构。主体结构分三层，其中，中间层为高速电路/微波介质板，可以为聚四氟乙烯，FR4，Roger系列等介质，介质厚度可以为0.2mm到2mm不等，上下两层分别作为供电***的电源层和地层，均覆金属铜，铜箔厚度为标准的18um或35um，下层作为地层，不作刻蚀，上层为电源层，需要刻蚀出电磁带隙结构。
性能评估：传统上讲，有一种简单的方案，即看任意两个端口之间的转移阻抗，如果这 个阻抗值低于一个设定的阈值，我们认为电源完整性良好，一片芯片上可能产生的较大电流波动将不会影响到其他芯片上。而在现实测量中，我们通常采用另一种指标，即两个端口之间的***损耗S21，它和转移阻抗具有相同的变化趋势，即S21越接近1，***损耗越小，转移阻抗越大，一个端口的变动将更容易地传播到另外一个端口之上。要保证合理的抑制地弹噪声，我们设定的***损耗阈值为-30dB，即只有低于此阈值，我们才认为电源完整性良好，实现较好的噪声抑制。
有益效果：我们首先制备了一个技术方案中提出的三层结构的典型样品。其中中间的介质板为FR4，其介电常数为4.4，典型厚度为0.4mm，两面覆铜，一面不刻蚀，保持连续，一面需要刻蚀成需要的电磁带隙结构。为了验证其性能，我们制备了一个典型样品，并通过我校购买的Agilent公司的E8363的矢量网络仪的进行实验验证，结果证实本发明能够在从500MHz到5.5GHz的频段内，对任意两个端口都能实现优于-30dB的效果，有效地抑制处于该频段内地弹噪声，实现良好的电源完整性。
附图说明：
图1是本发明的用于取代普通电源层的电磁带隙结构的整体示意图。分为三层结构，中间为介质层；下层为地层，覆铜，结构连续；上层为电源层，覆铜，需要刻蚀成电磁带隙结构，并加入***金属。
图2是本发明的电源层上超宽带电磁带隙结构版图主视图。其中图a为单元结构的主视图，为了验证其具体性能，我们给出一个典型实例，具体参数为a＝30mm，w＝0.5mm，g＝0.5mm，p＝1mm，图b为整个结构的主视图，它实际上是9个单元结构叠拼后，再在***加入一圈宽为10cm的金属铜。
图3是通过实验验证了的本发明的具体性能，测试样品具有图1给出典型参数。
具体实施方式：
首先需制备如技术方案中提出的三层结构的样品。中间为介质板，材料可以选择如聚四氟乙烯，FR4，Roger系列等介质，上下两层覆铜，一面连续，一面需要刻蚀成如图2的电磁带隙结构。
加工完毕之后，需要通过具体的实验验证，当证实其在一定的的频段内，对任意两个端口都能实现低于-30dB的***损耗，即可将其拿作普通高速电路/微波电路的电源层的替代，以实现对地弹噪声的抑制。
Claims (5)
1.一种新型的宽带电磁带隙(以下简称EBG，Electromagnetic Bandgap)结构。包括三层电路板结构，其中，中间层为高速电路/微波介质板(1)；下层覆铜，作为地层(2)，不需要刻蚀，；上层覆铜，作为电源层(3)，需要刻蚀成EBG结构。
2.根据权利要求1提出的结构，中间层介质板(1)材料可以但不限于聚四氟乙烯，PMMA，FR4等介质。
3.根据权利要求1提出的结构，下层地层(2)，所覆铜箔厚度可以但不限于标准的18微米或35微米。
4.根据权利要求1提出的结构，上层电源层(3)，所覆铜箔厚度可以但不限于标准的18微米或35微米。
5.根据权利要求4所述，完整的电源层(3)需要刻蚀出具有双环EBG结构(4)的单元结构，再将若干单元结构合成一个整体，在***进一步覆一定宽度的铜(5)，才能最终形成。
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