CN101150911B

CN101150911B - 直流电源层结构

Info

Publication number: CN101150911B
Application number: CN2006101270094A
Authority: CN
Inventors: 陈彦豪; 赖俊佑
Original assignee: Inventec Corp
Current assignee: Inventec Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: CN101150911A

Abstract

本发明公开了一种直流电源层结构，用于一多层电路板中，其包含有一第一电路区，用以输入一直流电源、一噪声滤波器，其一端电性连接于第一电路区的直流电源输出端、以及一第二电路区与第一电路区电性隔离，又第二电路区中设有一能隙结构，且能隙结构的直流电源输入端电性连接于噪声滤波器的另一端，以抑制多层电路板间所产生的高频噪声。

Description

直流电源层结构

技术领域

本发明涉及一种直流电源层结构，尤其涉及一种抑制多层电路板间噪声的直流电源层结构。

背景技术

近年来，随着大众对信息传送速度的需求越来越快，所传输的信号频率也越来越高。因此，高频数字电路设计成为一电路设计的主要发展领域，并且不断朝向更高速、体积小、低电压的设计发展。由于小体积的需求，使得电路设计广泛应用多层印刷电路板，然而，当传输信号频率越来越高，在多层印刷电路板的电源层(Power Plane)与接地层(Ground Plane)之间产生噪声，影响信号传输的质量。因此，有效抑制噪声随着信号传输成为高频数字电路设计的重要课题。

形成多层印刷电路板间的噪声的原因来自于在高频数字电路中，当信号线与电源层相接，其间存在着寄生的电感、电容及电阻效应，当电路中的集成电路的信号快速切换时，而导致暂时电压差产生于电源层中，而造成噪声，此噪声更会以平行板波导的形式传播至电路板中的其它位置，此为数字系统中主要的噪声来源之一。

然而，在现有技术中，已提出一些抑制宽带噪声的常用方法，分别设置电容墙、设置大电容值的电容器、以及切割电源层来抑制上述的噪声。在设置电容的设计中，会设置去耦合的电容于噪声源的四周，以提供噪声接地路径，通常排越多电容在四周，会有越好的抑制噪声效果，但是，依照上述的设计，仍然会有一些频率的共振噪声存在，并且制造电容墙会对电路板的线路布局造成不便，也会大幅提高制造成本以及无法达到短、小、轻、薄的设计概念。

另外，参阅图1及图2，分别为现有技术中多层电路板分解结构图及电源层的俯视图。如图1及图2所示，提供切割电源层10的方法来抑制宽带噪声，利用将电源层10切割成一第一电路区11及一第二电路区12，中间间隔一狭缝，其中第一电路区11具有容易被噪声干扰而产生共振的组件或集成电路，而第二电路区12具有一输入/输出埠14，因此，此狭缝具有将噪声隔离的作用。而两部中间仅以一噪声滤波器13互相电性连结，使信号可以通过，且将部分噪声过滤。其中上述的噪声滤波器13为一陶铁磁珠(Ferrite Bead)，为一铁磁性材料，陶铁磁珠具有可以随频率的上升产生越来越高的阻抗的性质，且其陶铁材料会与线路产生的磁场发生作用，产生损耗特性。不同陶铁材料和几何结构会对不同频率产生不同的衰减效果。

如上述的方法，可以改善使用电容墙而产生高成本的问题，然而，被切割的电源层10会导致电源层10与接地层20之间具有高频的共振，而噪声滤波器13只能滤掉较低频率的噪声，而高频噪声却无法被隔离，使得高频噪声也会通过传输线随着信号输出，为现有技术中所面对的困难。

而现今高频信号传输成为信号传输的主要发展方向，高频噪声会对高频信号产生干扰，使高频信号失真。因此，有效抑制电源层10上传输的高频噪声，为高频数字电路设计的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种抑制高频噪声的直流电源层结构，以解决在现有技术中利用切割电源层的方法只可以抑制较低频噪声，却会产生高频噪声的共振，而无法抑制高频噪声的问题，且降低因现有技术中运用大量电容而来的高生产成本，并解决线路布局不易，制造工序复杂的问题。

为实现上述的目的，本发明揭露一种直流电源层结构，设置于一多层电路板中，其包含有一第一电路区，用以输入一直流电源，并一噪声滤波器，其一端电性连接于第一电路区的直流电源输出端，以及一第二电路区与第一电路区电性隔离，又第二电路区中设有一能隙结构，且能隙结构的直流电源输入端电性连接于噪声滤波器的另一端。本发明也可形成能隙结构于第一电路区，且噪声滤波器其一端电性连接于能隙结构的直流电源输出端以及第二电路区的直流电源输入端电性连接于该噪声滤波器的另一端。

本发明的功效在于提供了一种直流电源层结构，其同时使用分割电源层的技术及在电源层上形成电磁能隙结构，则可同时抑制低频及高频噪声信号，以大幅提升信号传输的质量。而上述的设计，不需使用大量的电容或是设置大电容值的电容，因此可以降低生产成本，简化电路板结构的工艺，并且达到短、小、轻、薄的设计。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1为现有技术中多层电路板的分解结构图；

图2为现有技术中电源层结构的俯视图；

图3为本发明第一实施例的俯视图；

图4为本发明第二实施例的俯视图；以及

图5为一频率-噪声信号强度关图。

其中，附图标记：

10、110：电源层 11、111：第一电路区

12、112：第二电路区 13、113：噪声滤波器

14、114：输入/输出埠 20：接地层

30：直流电源 101、102、103：分布曲线

116：能隙结构 1161：细线信道结构

1162：细狭缝结构 1163：单体

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

首先，参阅第3图，第3图为本发明第一实施例的俯视图。如第3图所示，电源层110具有一直流电源30，及一输入/输出埠114用以连接一传输线使其与另一电路板相连接，以传输或接收一信号。电源层110分割为两部分，分别为一第一电路区111及一第二电路区112，以噪声滤波器113相电性连接，且在第二电路区112上形成一能隙结构116。

于电源层110的第二电路区112形成一能隙结构116，能隙结构116例如为一电磁能隙结构(Eletromagnetic Band Gap；EBG)或一光子能隙结构(Photonic Band Gap；PBG)，使得噪声滤波器113的一端电性连接于第一电路区111的直流电源输出端，并且第二电路区112与第一电路区111电性隔离，且能隙结构116的直流电源30输入端电性连接于噪声滤波器113的另一端，以抑制较低频的噪声传输，达到滤波的效果。而本发明中能隙结构116的主要功能在于抑制电源层110上高频噪声的传播。如图3所示，能隙结构116例如有细线信道结构1161及细狭缝结构1162及单体1163，且各具有抑制噪声的功能。细线信道结构1161主要提供一等效电感的功能，细线信道结构1161指任两个单体1163之间的连接结构或是在一单体1163与第二电路区112之间的连接结构。而一细狭缝结构1162主要提供一等效电容的功能，细狭缝结构1162是指单体1163与细线信道结构1161之间的细缝及单体1163与第二电路区112之间的细缝。因此，上述的能隙结构116即为一并联的具有多个电容及电感的等效电路效应，通过此电路可提供大量噪声接地路径来达到滤波并抑制高频噪声的功能，以解决现有技术中所遇见的问题。

另外，参阅图4，为本发明第二实施例的俯视图，如图4所示，本发明的第二实施例与第一实施例在主要结构上相同，其唯一差异在于第二实施例中，形成一能隙结构116于第一电路区111上，使得噪声滤波器113，其一端电性连接于能隙结构116的直流电源输出端，并且第二电路区112与第一电路区111电性隔离，且第二电路区112的直流电源输入端电性连接于噪声滤波器113的另一端，其滤波效果如第一实施例所述相同，可达到抑制高频噪声的功能。本发明的实施方式并不限定于上述第一及第二实施例，本发明也可以形成能隙结构116分别于第二电路区112及第一电路区111上，其余各部分结构如第一或第二实施例所述，必可再改进噪声抑制的效果。

为要显示本发明有效的改进多层电路板间宽带噪声的干扰问题，有效的抑制噪声传输，参阅图5，为一频率—噪声信号强度的关系图，如图5所示，分布曲线101代表未切割电源层11及未形成能隙结构116所产生的频率—噪声信号强度关系图，分布曲线102代表经切割电源层110成第一电路区111及第二电路区112却未形成能隙结构116，例如图2所示的电源层10结构所产生的频率—噪声信号强度关系图，而分布曲线103代表经切割电源层110成第一电路区111及第二电路区112且在至少一电路区形成能隙结构116，例如图3或图4所示的电源层110的结构所产生的频率—噪声信号强度关系图。分布曲线101、102及103应用微波仿真软件Zeland IE3D所计算模拟而得出。

此外，比较分布曲线101及102可以清楚发现分布曲线102中在频率4GHz以下的噪声信号强度明显比分布曲线101中的噪声信号强度弱20dB左右，但是分布曲线102在频率4GHz以上的信号强度只比分布曲线101中的噪声信号强度弱5-10dB，因此，可以知道在现有技术如图2所示的分割电源层10的结构在抑制较低频噪声上有显著的效果，却无法有效抑制高频噪声在电源层10上的传播。

再比较分布曲线102及分布曲线103，可以发现分布曲线103在频率4GHz以上的噪声信号强度比分布曲线102在频率4GHz以上的噪声信号强度有大幅减弱，且在频率4GHz至8GHz之间在其噪声信号强度减弱达22dB，而在频率4GHz至6.5GHz之间的噪声信号强度更减弱达28dB，即分布曲线103显示出本发明的电源层110结构上所形成的能隙结构116具有抑制高频噪声的良好效果。但在频率为4GHz以下时，分布曲线103与分布曲线102相比，其噪声信号强度并无明显的减弱。由此可知，本发明的电源层110结构上所形成的能隙结构116对频率4GHz以下的噪声较无抑制的效果。

因此，本发明提供了应用于多层电路板的直流电源层结构，其中同时采用切割电源层110的技术以有效的抑制频率4GHz以下较低频的噪声，以及采用在第一电路区或第二电路区形成一能隙结构116的技术，以有效抑制高频噪声的传输，特别是4GHz至8GHz之间的高频噪声。

本发明可以解决现有技术所遇见的问题，即只利用分割电源层10的技术无法有效抑制高频噪声的问题，使得高频噪声易传至输入/输出埠，而借着传输线传出，影响高频信号传输的质量。因此，本发明借着同时使用分割电源层110及在电源层110形成能隙结构116，则可同时抑制低频及高频噪声信号，以大幅提升信号传输的质量。而上述的设计，不需使用大量的电容或是设置大电容值的电容，因此可以降低生产成本，简化电路板结构的工艺，并且达到短、小、轻、薄的设计。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种直流电源层结构，用于一多层电路板中，其特征在于，包含：

一第一电路区，用以输入一直流电源；

一噪声滤波器，其一端电性连接于该第一电路区的直流电源输出端；以及

一第二电路区与该第一电路区电性隔离，又该第二电路区设有一能隙结构，且该能隙结构的直流电源输入端电性连接于该噪声滤波器的另一端，该能隙结构包含有：

多个单体；

多个细线信道结构，连接于任两该单体之间及该单体与该第二电路区之间，用以作为该能隙结构的多个电感；以及

多个细狭缝结构，介于该单体与该细线信道结构之间及该单体与该第二电路区之间，用以作为该能隙结构的多个电容，并与该细线信道结构相串接，以形成多个噪声接地路径。

2.根据权利要求1所述的直流电源层结构，其特征在于，该第二电路区具有一输入/输出埠，用以连接一传输线使其与另一电路板相连接，以传输或接收一信号。

3.根据权利要求1所述的直流电源层结构，其特征在于，该噪声滤波器为一陶铁磁珠。

4.根据权利要求1所述的直流电源层结构，其特征在于，该能隙结构为一电磁能隙结构。

5.根据权利要求1所述的直流电源层结构，其特征在于，该能隙结构为一光子能隙结构。

6.一种直流电源层结构，用于一多层电路板中，其特征在于，包含：

一第一电路区，用以输入一直流电源，该第一电路区设有一能隙结构，该能隙结构包含有：

多个单体；

多个细线信道结构，连接于任两该单体之间及该单体与该第一电路区之间，用以作为该能隙结构的多个电感；以及

多个细狭缝结构，介于该单体与该细线信道结构之间及该单体与该第一电路区之间，用以作为该能隙结构的多个电容，并与该细线信道结构相

串接，以形成多个噪声接地路径；

一噪声滤波器，其一端电性连接于该能隙结构的直流电源输出端；以及

一第二电路区与该第一电路区电性隔离，且该第二电路区的直流电源输入端电性连接于该噪声滤波器的另一端。

7.根据权利要求6所述的直流电源层结构，其特征在于，该第二电路区具有一输入/输出埠，用以连接一传输线使其与另一电路板相连接，以传输或接收一信号。

8.根据权利要求6所述的直流电源层结构，其特征在于，该噪声滤波器为一陶铁磁珠。

9.根据权利要求6所述的直流电源层结构，其特征在于，该能隙结构为一电磁能隙结构。

10.根据权利要求6所述的直流电源层结构，其特征在于，该能隙结构为一光子能隙结构。