CN103687282A

CN103687282A - 一种超宽带电磁带隙结构

Info

Publication number: CN103687282A
Application number: CN201310641363.9A
Authority: CN
Inventors: 路宏敏; 梁博; 王向荣
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明应用于印制电路板领域，特别是涉及一种应用于印制电路板电源平面的超宽带电磁带隙结构。其单位晶格由自旋型枝条、正方形金属贴片缝隙和构成。电磁带隙结构的单位晶格中的自旋型枝条围绕正方形金属贴片。电磁带隙结构单位晶格中金属贴片上蚀刻缝隙。电磁带隙结构单位晶格中金属贴片四周开槽。这种结构有更宽的相对带宽和更低的截止频率，基本覆盖同步开关噪声的噪声频带，可以全向消除位于电源平面与地平面之间的同步开关噪声。本发明采用现有常规印刷电路板制造工艺，易于实现，效益高。

Description

一种超宽带电磁带隙结构

技术领域

本发明应用于印制电路板领域，特别是涉及一种应用于印制电路板电源平面的超宽带电磁带隙结构。

背景技术

随着现代高速数字电路的发展，快速边沿上升速率，高时钟速率和低电压电平等原因使得电源平面与地平面之间的同步开关噪声问题变得越来越突出。同步开关噪声是由印刷电路板上的多个有源器件的电流同时开关时，电源平面与地平面之间多种谐振模式造成，而同步开关噪声又会引起信号完整性与电磁兼容等问题。印刷电路板作为***内电磁兼容的一环又是非常重要的一环，因此如何消除高速电路中的同步开关噪声就成了电路设计人员必须解决的难题。为了抑制同步开关噪声，人们已经提出许多种方法，诸如。其中在电源与地平面之间增加去耦电容器就是最常用的方法，但是当频率高于600MHz时，去耦电容器中存在寄生电感，寄生电感会与电容器产生自谐振，限制了频率带宽，一般地去耦电容器在高于600MHz频率应用时无效而典型的同步开关噪声具有低于6GHz的低通频谱，因此采用去耦电容器的旁路技术不能解决高频同步开关噪声问题。一种新的解决方法亟待提出。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效降低截止频率、提高阻带带宽，其同步开关噪声抑制特性优于传统Z-bridged电磁带隙结构，且采用现有常规印刷电路板制造工艺，易于实现，效益高的超宽带电磁带隙结构。

实现本发明目的技术方案是：一种超宽带电磁带隙结构，其特征是：至少包括非导电基板，非导电基板上下面覆有金属板，金属板被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元；电磁带隙单元由非导电基板一个面的正方形体和正方形体四个边向外延伸导体线及另一个面的L-bridged EBG结构单元构成，四个边向外延伸导体线与正方形体的四个边垂直，四个边向外延伸导体线从连接边1/3－1/4位置向外延伸，启始点靠近正方形体垂直中心线位置，正方形体内的向外延伸导体线两侧非导电间隙在0.2mm；四个边向外延伸导体线成3次垂直弯折，与正方形体的对应边形成平行折叠，3次垂直弯折产生4个边，第一条边在正方形体内，长度在正方形体边长的3/6－2/6之间；第二条边与正方形体边平行，长度在正方形体边长的4/5-3/5之间；第三条边短，长度在正方形体边长的1/20－3/20之间；第四条边在正方形体边长的1/10－2/10之间；第二条边、第三条边、第四条边构成第一个 “U”字形结构；正方形体内的向外延伸导体线在正方形体内1次折叠，形成两条边，一条与所述的第一条边重合，第五条边与第一条边垂直，第五条边的长度在正方形体的边长3/6－2/6之间；第五条边、第一条边、第二条边构成第二个 “U”字形结构；第一个 “U”字形结构和第二个 “U”字形结构开口相反；正方形体和下正方形体中心重合，对应边平行。

所述的电磁带隙单元为两个，并排分布。

所述的电磁带隙单元为九个，九个分布成3*3个正方形。

所述的电磁带隙单元厚度0.4mm。

所述的L-bridged EBG结构单元由下正方形体和下正方形体的四个边向外延伸导体外延伸线构成，四个边向外延伸导体外延伸线与下正方形体的四个边垂直，四个边向外延伸导体外延伸线从连接边1/3－1/4位置向外延伸，启始点从下正方形体边沿开始，经一次垂直向上弯折形成两个垂直边，连接下正方形体边的垂直边短，第二个垂直边长。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

其单位晶格由自旋型枝条、正方形金属贴片缝隙和构成。电磁带隙结构的单位晶格中的自旋型枝条围绕正方形金属贴片。电磁带隙结构单位晶格中金属贴片上蚀刻缝隙。电磁带隙结构单位晶格中金属贴片四周开槽。这种结构有更宽的相对带宽和更低的截止频率，基本覆盖同步开关噪声的噪声频带，可以全向消除位于电源平面与地平面之间的同步开关噪声。

本发明采用现有常规印刷电路板制造工艺，易于实现，效益高。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

附图说明

图1是本发明实施例1结构示意图；

图2是本发明实施例2结构示意图；

图3是电磁带隙单元结构示意图；

图4是L-bridged EBG结构单元示意图；

图5是IS EBG 的S₂₁参数对比；

图6是IS EBG 的S₃₁参数对比；

图7是IS EBG 的S₂₁和S₃₁参数对比。

图中，1、非导电基板；2、金属板；3、电磁带隙单元；4、正方形体；5、四个边向外延伸导体线；6、L-bridged EBG结构单元；7、启始点；8、中心线；9、正方形体内的向外延伸导体线；10、非导电间隙；11、下正方形体；12、导体外延伸线。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种超宽带电磁带隙结构，至少包括非导电基板1，非导电基板1上下面覆有金属板2，金属板2被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元3；间隔分布的电磁带隙单元3为两个，并排分布。

实施例2

如图2所示，一种超宽带电磁带隙结构，至少包括非导电基板1，非导电基板1上下面覆有金属板2，金属板2被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元3；间隔分布的电磁带隙单元3为九个，九个分布成3*3正方形。

如图3所示，电磁带隙单元3由非导电基板1一个面的正方形体4和正方形体四个边向外延伸导体线5及另一个面的L-bridged EBG结构单元6构成，四个边向外延伸导体线5与正方形体4的四个边垂直，四个边向外延伸导体线5从连接边1/3－1/4位置向外延伸，启始点7靠近正方形体垂直中心线8位置，正方形体内的向外延伸导体线9两侧非导电间隙10在0.2mm；正方形体外的延伸导体线5成3次垂直弯折，与正方形体4的对应边形成平行折叠，3次垂直弯折产生4个边，第一条边在正方形体内，长度在正方形体4的3/6－2/6之间；第二条边与正方形体边平行，长度在正方形体边4/5-3/5之间；第三条边短，长度在正方形体边长的1/20－3/20之间；第四条边在正方形体边长的1/10－2/10之间；第二条边、第三条边、第四条边构成第一个 “U”字形结构；正方形体内的向外延伸导体线9在正方形体内1次折叠，形成两条边，一条与所述的第一条边重合，第二条（或第五条边）与第一条边垂直，第五条边的长度在正方形体4的边长3/6－2/6之间。第五条边、第一条边、第二条边构成第二个 “U”字形结构；第一个 “U”字形结构和第二个 “U”字形结构开口相反。

电磁带隙单元3厚度0.4mm。

如图4所示，L-bridged EBG结构单元6由下正方形体11和下正方形体11的导体外延伸线12构成，导体外延伸线12与下正方形体11的四个边垂直，导体外延伸线12从连接边1/3－1/4位置向外延伸，启始点从下正方形体11边沿开始，经一次垂直向上弯折形成两个垂直边，连接下正方形体11边的垂直边短，实施例中0.65mm，宽度是0.2 mm；第二个垂直边长，实施例中第二个垂直边长是15.2 mm，宽度是0.1 mm。

正方形体4和下正方形体11中心重合。对应边平行。

下面通过仿真，测试本发明应用于电源平面时对同步开关噪声的抑制效果，具体步骤如下：

（1）将一个3×3矩形单位晶格阵列的新型电磁带隙结构蚀刻嵌入电源平面，选择的双层印刷板的尺寸为90 mm×90 mm×0.4 mm，衬底介质材料为FR4，其相对介电常数

Figure 2013106413639100002DEST_PATH_IMAGE001

，损耗角正切

Figure 2013106413639100002DEST_PATH_IMAGE002

，地平面保持连续完整，如图2所示。其中，自旋型直接围绕金属贴片、金属贴片上蚀刻缝隙和金属贴片四周开槽，是为了增强相邻金属贴片之间的电感。

（2）在位于坐标（45mm，45mm），（75mm，45mm），（75mm，75mm）的三点处，分别加载3个测试端口，仿真频率段为0-11GHz。利用Anosoft HFSS软件仿真，仿真曲线如图5、图6、图7所示，考虑抑制深度为-30dB时，由仿真曲线结果可知新型EBG的S21为130MHz-10.7GHz，S31为130MHz-10.45GHz，新型EBG结构的有效阻带带宽为10.32GHz。Z-bridged EBG带宽为260MHz-6.76GHz，而Z-bridged EBG的仿真结果S21为390MHz-6.4GHz，S31为330MHz-6.55GHz，考虑实际测试与仿真存在的差异，这种差异是可接受的。新型EBG结构与Z-bridged EBG结构比较相对带宽增加了58.8%，低频截止频率降低了130MHz，基本覆盖同步开关噪声的噪声频带。

本发明电磁带隙电源平面的同步开关噪声抑制特性优于传统的Z-bridged电磁带隙结构制作的电源平面，能够全向抑制电源平面上的同步开关噪声，且具有能够采用标准印刷电路板工艺制作的优势，成本低，效益高。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims

1.一种超宽带电磁带隙结构，其特征是：至少包括非导电基板（1），非导电基板（1）上下面覆有金属板（2），金属板（2）被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元（3）；电磁带隙单元（3）由非导电基板（1）一个面的正方形体(4)和正方形体四个边向外延伸导体线(5)及另一个面的L-bridged EBG结构单元(6)构成，四个边向外延伸导体线(5)与正方形体(4)的四个边垂直，四个边向外延伸导体线(5)从连接边1/3－1/4位置向外延伸，启始点(7)靠近正方形体垂直中心线(8)位置，正方形体内的向外延伸导体线(9)两侧非导电间隙(10)在0.2mm；四个边向外延伸导体线(5)成3次垂直弯折，与正方形体(4)的对应边形成平行折叠，3次垂直弯折产生4个边，第一条边在正方形体内，长度在正方形体(4) 边长的3/6－2/6之间；第二条边与正方形体边平行，长度在正方形体边长的4/5-3/5之间；第三条边短，长度在正方形体边长的1/20－3/20之间；第四条边在正方形体边长的1/10－2/10之间；第二条边、第三条边、第四条边构成第一个 “U”字形结构；正方形体内的向外延伸导体线(9)在正方形体内1次折叠，形成两条边，一条与所述的第一条边重合，第五条边与第一条边垂直，第五条边的长度在正方形体(4)的边长3/6－2/6之间；第五条边、第一条边、第二条边构成第二个 “U”字形结构；第一个 “U”字形结构和第二个 “U”字形结构开口相反；正方形体(4)和下正方形体(11)中心重合，对应边平行。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带电磁带隙结构，其特征是：所述的电磁带隙单元（3）为两个，并排分布。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带电磁带隙结构，其特征是：所述的电磁带隙单元（3）为九个，九个分布成3*3个正方形。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带电磁带隙结构，其特征是：所述的电磁带隙单元（3）厚度0.4mm。

5.根据权利要求1所述的一种超宽带电磁带隙结构，其特征是：所述的L-bridged EBG结构单元（6）由下正方形体（11）和下正方形体（11）的四个边向外延伸导体外延伸线（12）构成，四个边向外延伸导体外延伸线（12）与下正方形体（11）的四个边垂直，四个边向外延伸导体外延伸线（12）从连接边1/3－1/4位置向外延伸，启始点从下正方形体（11）边沿开始，经一次垂直向上弯折形成两个垂直边，连接下正方形体（11）边的垂直边短，第二个垂直边长。