CN101667567B - 电磁干扰隔离装置 - Google Patents
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Abstract
一种电磁干扰隔离装置，属于电子装置领域。包括依次层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，所述第一金属层包括边缘处的金属条带以及由金属条带包围在内且与所述金属条带间隔的至少两个相互分隔开的区域，各区域均通过金属互连结构与金属条带连接，所述第二金属层为整片金属板或与第一金属层作相应划分。上述结构能够通过各个分隔的区域给需要相同电位的芯片管脚供电，其等效的电路为多阶的低通滤波器，能够很好地在芯片管脚间隔离噪声。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种电路装置，尤其是涉及一种电磁干扰隔离装置。
【背景技术】
随着电子系统向着小型化、多功能、高集成度的方向发展，电路系统变的越来越紧凑越来越复杂。为了减小系统体积和成本，电子系统中同一芯片或不同芯片的相同电位的供电和接地管脚经常会共用电源供电网络和接地网络。由此引起的“共源干扰”和“共地干扰”会使系统产生各种误码与误触发，进而导致系统性能下降，甚至失效。
传统的解决方案是在尽可能靠近芯片的位置放置多个旁路电容进行干扰抑制，由于电源、地管脚众多，所需的旁路电容的数量将会更多，这样大量的空间将被电容占据，严重影响了系统的小型化与功能集成。
目前，电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)技术结合埋入电容技术所组成的电磁干扰隔离网络被认为是最有前途的电磁兼容解决方案，电磁带隙是一种具有带阻特性、慢波特性、高等效特性阻抗特性的周期性微波结构，它可以阻止电磁波在某个方向或者所有方向上的传播。未来可以替代传统的基于FR4覆铜板的电源分布网络，大幅度提高电路的信号质量和系统的电磁兼容能力，并将广泛应用于通信设备单板、汽车电子单板、手持终端单板中。
但是，EBG的结构都非常复杂而且其阻抗性能对重复单元的位置、方向，以及形状的改变特别敏感。工艺、材料等各种因素的偏差，都将对该结构的隔离性能造成影响。更为重要是，在PCB和封装基板的设计中有几十到成百上千个通孔贯通整个有机基板。如此大量的通孔必将对周期排列的单元的重复性造成巨大破坏，从而严重EBG的隔离性能。考虑到实际电路板中布线、通孔的复杂性，在设计EBG结构的过程中，必须在对整体电源分配网络进行分析与设计的同时，还要对所有单元进行单独设计和改动，而不能根据实际需求任意布线，非常不利用电路的集成。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种隔离效果好的小型化的电磁干扰隔离装置。
一种电磁干扰隔离装置，包括依次层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，所述第一金属层包括边缘处的金属条带以及由金属条带包围在内的至少两个相互分隔开的区域，各区域均通过金属互连结构与金属条带连接。
上述结构能够形成多阶滤波网络，噪声隔离性能好，结构简单，以埋入技术置于印刷电路板中，占用空间小。
优选地，所述第二金属层上与所述金属条带对应的部分被保留、部分去除或全部去除。
优选地，所述第二金属层上与金属互连结构对应的部分被保留、部分去除或全部去除。
优选地，所述第二金属层上与第一金属层上除开金属条带和金属互连结构对应的部分为整块金属板，或与第一金属层上的区域部分对应分割或全部对应分割。
优选地，所述第一金属层、介质层和第二金属层为矩形、圆形或棱形。
优选地，所述区域的形状为矩形、圆形或棱形
优选地，所述金属条带为闭合结构或非闭合结构。
优选地，所述金属条带形成矩形框、圆形框或棱形框。
优选地，所述金属条带在第一金属层所在平面内走线，或者部分所述金属条带在第一金属层所在平面外走线。
优选地，所述的金属互连结构为直线形或折线形。
【附图说明】
图1为实施例1的结构俯视图；
图2是图1中的A-A面的截面图；
图3是实施例1的结构的等效电路图；
图4是实施例1的结构插入损耗的仿真结果图；
图5是实施例2的结构俯视图；
图6是实施例2的结构的等效电路图；
图7是实施例2的结构插入损耗的仿真结果图。
【具体实施方式】
电磁干扰隔离装置包括依次层叠的第一金属层、介质层和第二金属层。三层的形状可以为任意形状，优选为矩形、圆形或棱形等规则形状。第一金属层包括边缘处的金属条带以及由金属条带包围在内且与所述金属条带间隔的至少两个相互分隔开的区域。
介质层选取为高介电常数材料，一般优选为介电常数大于4。
金属条带形成框体结构，其形状一般与隔离装置外部形状相同。可以为任意形状，优选为矩形、圆形或棱形等规则形状。
第一金属层边缘处的金属条带具有电感特性，各区域与第二金属层对应构成电容。各区域与金属条带之间通过金属互连结构连接，形成一定的电路拓扑结构，该金属互连结构可为直线形或折线形。根据电路结构的需要金属条带可以为闭合或非闭合的结构，为调整电感值还可以将第二金属层上与金属条带对应的部分保留、部分去除或全部去除，第二金属层上与金属互连结构对应的部分保留、部分去除或全部去除。第二金属层上剩余部分，即与第一金属层上除开金属条带和金属互连结构对应的部分为整块金属板，或与第一金属层上的区域部分对应分割或全部对应分割。该电路结构具有低通滤波特性，因此可以隔离电磁噪声。
在第一金属层上各分隔的区域上都可引出引脚与需要相同电位的芯片管脚连接，各芯片管脚间就可以通过该结构的低通滤波特性隔离电磁干扰。为了取得最好的隔离效果，部分区域并不引出引脚，而是优先选择在接入端口间形成的低通滤波器阶次较高的区域引出引脚与需要供电的芯片管脚连接。
实施例1
如图1所示，为本实施例的结构俯视图。本实施例的电磁干扰隔离装置整体上为矩形，尺寸为10mm*10mm。第一金属层10、介质层20以及第二金属层30(图中未示出)依次层叠。其中第一金属层10包括金属条带11，相互分隔的四个区域12，以及连接金属条带11与各区域12的金属互连结构13。
本实施例中，金属条带11宽度为200μm，各区域12之间，以及区域12与金属条带11之间都等距间隔，距离为500μm。金属互连结构13的宽度为200μm。
如图2所示，为图1中的A-A面的截面图。第一金属层10、介质层20以及第二金属层30依次层叠，第二金属层30是整块的金属板。其中介质层20厚度为14μm，介电常数为16。
根据平板型电容器的结构可知，区域12与第二金属层30可形成电容，金属条带11呈电感特性。本实施例的电磁干扰隔离装置可以等效为一个低通滤波器，其等效电路图如图3所示。从四个区域12可引出四个端口1、2、3、4供芯片电源的管脚接入。可以看出，这是一个轮换对称结构，因此无论从那个端口进入的噪声到达另外一个端口都可以遵循上述电路结构进行分析。以图3中标记的号码为例，从端口1进入的噪声，到达端口2、3、4后都会有所衰减，图4表示使用该结构的插入损耗仿真结果。
图4中S21、S31、S41分别表示耦合入1端口的噪声到达2、3、4端口后的插入损耗曲线。由图4可以看出，S21与S41完全重合，这是因为1端口的噪声到达2、4端口所经过的路径完全一样。S31的效果是最好的，这是因为从1端口到3端口所经过的阶次是最高，所以隔离效果也是做好的。因此，把需要供电的芯片管脚分别接在端口1和端口3，获得最好的隔离效果。
实施例2
上述实施例中，金属条带11是闭合的矩形框。本实施例中，金属条带也可以被刻蚀掉一部分，形成非闭合结构。
如图5所示，为实施例2的结构第一金属层俯视图。由于金属条带11形成非闭合结构，其等效电路如图6所示。图7为本实施例结构的插入损耗仿真结果，可以看出从端口1耦合的噪声到端口2至端口4滤波效果依次变好。因此把需要供电的芯片管脚分别接在端口1和端口4，获得最好的隔离效果。
实施例3
上述实施例中提及的电磁干扰隔离装置可利用层压技术置于印刷电路板中，即用埋入技术实现其应用。金属条带11在第一金属层10内形成闭合或非闭合框，均是在第一金属层10所在平面内走线形成。为方便形成不同的电感或接入其他元件，金属条带11的走线可不限于在第一金属层10所在平面。如可通过印刷电路板介质中的微通孔将金属条带的走线引入其他层，甚至引出印刷电路板表面接入表贴元件以便扩展电路结构。
因此，金属条带11围成的形状不限于上述提及的矩形，可以是任意平面形状或空间立体形状，且其中被分割的区域12的形状也可以为任意形状，但一般为了便于计算电容方便，取规则形状如矩形、圆形、棱形等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电磁干扰隔离装置，包括依次层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，其特征在于，所述第一金属层包括边缘处的金属条带以及由所述金属条带包围在内的至少两个相互分隔开的区域，各区域均通过金属互连结构与金属条带连接。
2.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述第二金属层上与所述金属条带对应的部分被保留、部分去除或全部去除。
3.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述第二金属层上与金属互连结构对应的部分被保留、部分去除或全部去除。
4.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述第二金属层上与第一金属层上除开金属条带和金属互连结构对应的部分为整块金属板，或与第一金属层上的区域部分对应分割或全部对应分割。
5.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述第一金属层、介质层和第二金属层为矩形、圆形或棱形。
6.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述区域的形状为矩形、圆形或棱形。
7.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述金属条带为闭合结构或非闭合结构。
8.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述金属条带形成矩形框、圆形框或棱形框。
9.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述金属条带全部在第一金属层所在平面内走线，或者部分所述金属条带在第一金属层所在平面外走线。
10.如权利要求1所述的电磁干扰隔离装置，其特征在于，所述的金属互连结构为直线形或折线形。
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