CN101714681A - 电磁带隙结构 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种电磁带隙结构。根据本发明实施方式的电磁带隙结构包括在相同的平面上彼此桥连接的多个导电板，而各导电板均包括内补片；与内补片电分离并包围内补片的第一环形补片；以及包围第一环形补片并通过一部分与第一环形补片电连接的第二环形补片。

Description

电磁带隙结构

相关申请的引用

本申请要求于2008年10月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2008-0098617号的权益，将其全部披露内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种在特定的频带中具有屏蔽功能的电磁带隙结构。

背景技术

最近，不仅有线/无线广播和通信技术而且与其有关的服务正快速发展。随着使用GHz单位作为印刷电路板(PCB)的时钟频率单位，由各种开关芯片(on-off chip)诸如加载和位于多层PCB上的数字块(digital block)或由电子装置包装(封装)产生的同步开关噪声(SSN)引起的电源完整性(PI)、信号完整性(SI)和电磁干扰(EMI)在PCB设计中已变成重要问题。

解决由于由高速数字系统产生的同步开关噪声(SSN)引起的EMI问题和PI/SI影响的最一般方法之一是在电源层(功率层，powerlayer)与接地层之间连接去耦电容器。然而，许多去耦电容器对于减少同步开关噪声是必需的。结果，电容器的PBC空间占用(空间占有，space occupation)以及生产成本增加使得难以自由地设置其他不同的部件。而且，许多电容器对于降低在高于1GHz的频带中的噪声并不是有效的，这是目前的高速数字系统中的一个问题。

为了找到一种解决这样的问题，即在1GHz带中的同步开关噪声的新方法，现在研究正致力于能够选择频率的电磁带隙(EBG)结构。

先前研究的电磁带隙(EBG)结构通常包括蘑菇型(伞型，Mushroom type)(MT)-EBG和平面型(PT)-EBG。

MT-EBG例如具有其中多个蘑菇形EBG单元(参见图1的参考标号130)插入在起电源层和接地层作用的两个导电层之间的结构。MT-EBG的示意性结构示于图1中。为了便于说明附图，图1示出了总共仅四个EBG单元。

在图1中，MT-EBG 100具有其中导电板131另外形成在第一导电层110与第二导电层120之间，并且其中重复设置借助于通孔132连接第一导电层110和导电板131的蘑菇形结构130的形状。第一导电层110用作电源层和接地层中的一个，而第二导电层120用作其中的另一个。这里，第一介电层115置于第一导电层110与导电板131之间。第二介电层125置于导电板131与第二导电层120之间。

由第二导电层120、第二介电层125和导电板131形成的电容成分以及由通过穿过第一介电层115而连接导电层110与导电板131的通孔132形成的电感成分在第一导电层110与第二导电层120之间彼此L-C串联连接，使得这样的MT-EBG 100可以执行作为一种带阻滤波器(band stop filter)的功能。

然而，由于对于实现MT-EBG 100需要至少三层，因此该结构具有的最大缺点在于层的数目增加。因此，出现不仅PCB制造成本增加而且交付周期(Lead Time)增加的问题。

同时，PT-EBG具有这样的结构，其中具有特定图案的多个EBG单元(参见图2的参考标号220-1)重复地设置在用作电源层或接地层的一整个导电层上。PT-EBG的示意性结构示于图2中。为了方便说明附图，图2还示出了总共仅四个EBG单元。

在图2中，PT-EBG 200具有其中多个导电板221-1、221-2、221-3和221-4(它们位于与其上定位有任何一个导电层210的平面不同的平面内)通过使用由导电材料制成的分支(branch)222-1、222-2、222-3和222-4通过特定部分(图2的导电板的角末端(corner end))而彼此桥连接(桥接)的形状。

在这种情况下，具有宽面积(宽范围，宽区域)的导电板221-1、221-2、221-3和221-4形成低阻抗范围。具有窄面积的导电分支(conductive branch)222-1、222-2、222-3和222-4形成高阻抗范围。因此，PT-EBG通过其中交替重复低阻抗范围和高阻抗范围的结构执行作为能够屏蔽特定频带噪声的带阻滤波器的功能。

与MT-EBG结构不同，这样的PT-EBG结构具有的优点在于电磁带隙结构可以借助于仅两个层来实现。然而，PT-EBG结构具有的问题在于难以使单元更小，因为PT-EBG结构通过使用仅两个阻抗成分无需不同因素形成EBG结构。

发明内容

本发明提供了一种能够解决由于开关噪声引起的EMI问题的电磁带隙结构。由于具有图案的特定结构重复地设置在印刷电路板中，因此该电磁带隙结构可以屏蔽特定频带中的开关噪声并且可以在没有增加层数和增加面积和体积的情况下被制造。结果，诸如移动电话等的小型电子装置可以被适当地应用于电磁带隙结构。

本发明的一个方面的特征在于一种电磁带隙结构。根据本发明实施方式的电磁带隙结构可以包括在相同的平面上彼此桥连接的多个导电板，而各导电板均包括内补片(internal patch)；第一环形补片，其与内补片电分离并包围内补片；以及第二环形补片，其包围第一环形补片并通过一部分(portion)与第一环形补片电连接。

导电层可以邻近地定位在其中设置有多个导电板的区域的上半部(upper part)或下半部(lower part)中，而介电层可以置于多个导电板与邻近定位的导电层之间。

电磁带隙结构可以进一步包括至少一个穿过介电层的通孔，通孔的一端与内补片电连接，通孔的另一端与邻近定位的导电层电连接。

内补片可以具有通过减小导电板的轮廓形状(外形，outlineshape)无需改变该轮廓形状而获得的形状并且可以位于导电板的中央。

第一环形补片和第二环形补片可以具有通过顺序增大内补片的轮廓形状而获得的各个轮廓形状。

导电板的轮廓形状可以为矩形。

在内补片与第一环形补片之间可以形成气隙(空隙，air gap)以及在第二环形补片与第一环形补片之间除了连接部分之外可以形成气隙。

通过其使第一环形补片与第二环形补片电连接的部分可以是第一环形补片的转角(outer corner)之一的末端。

所有多个导电板均可以通过经由角的末端使一个导电板与邻近于该导电板的另一个导电板桥连接而彼此电连接。多个导电板可以具有相同的形状和面积，并且可以被二维地设置在相同的平面上。

附图说明

图1是示意性地示出了根据现有技术的作为电磁带隙结构的蘑菇型(MT)EBG结构的视图。

图2是示意性地示出了根据现有技术的作为电磁带隙结构的另一个实例的平面型(PT)EBG结构的视图。

图3示出了根据本发明实施方式的从顶部(上面)观察的电磁带隙结构。

图4示出了从底部观察的图3的电磁带隙结构。

图5是示出了在根据本发明实施方式的电磁带隙结构中包括频带特性的模拟结果的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明实施方式的电磁带隙结构。在本发明的整个描述中，当其可能使本发明的主题不清楚时，将省略结合于此的已知技术的详细描述。用于本发明的描述的数量(例如，第一和第二等)是仅用于顺序区别相同或相似实体的识别符号。

图3是示出了如从其顶部观察的根据本发明实施方式的电磁带隙结构的视图。图4是示出了如从其底部观察的图3的电磁带隙结构的视图。在下文中，将参照图3和图4描述本发明的电磁带隙结构所具有的特征。

本发明的电磁带隙结构包括在相同的平面上彼此桥连接的多个导电板。

例如，在图3中，示出了其中具有相同形状(即，矩形)和相等面积的四个导电板320以2×2矩阵的形式布置在相同平面上的实例。在这种情况下，该四个导电板以其中一个导电板通过一个角的末端与邻近于该导电板的另一个导电板桥连接的方式电形成一个层。

这里，导电板的形状可以为具有不同面积的多边形，如矩形、六边形、三角形等。不必仅通过角末端来桥连接任何两个导电板。只要多个导电板可以形成一个电信号层，则还可以采用各种连接方法。更多数目的导电板可以被二维地设置在任何一个层的整个面积或该层的必要部分中。

本发明的电磁带隙结构还包括一个导电层，该导电层邻近于其中设置有多个导电板的区域的上半部或下半部而定位。介电层置于多个导电板与邻近于该多个导电板定位的导电层之间。

图3和图4示出了上面描述的物体(内容，matter)的实例。换句话说，导电层310位于邻近其中四个导电板以2×2矩阵的形式设置的区域的下半部的位置，而介电层315置于四个导电板与导电层310之间。

直到现在，电磁带隙结构具有与上述根据传统技术的平面型EBG(PT-EBG)相同的结构。即，本发明提供了一种不仅按原样采用PT-EBG的优点(即，借助于仅两层可实施而无需增加层数)，而且通过减小EBG单元的尺寸使EBG单元更小的方法和结构。

为此，本发明使用一种在用作一个EBG单元的各导电板中实施具有特定图案的内补片、第一环形补片和第二环形补片，以及使内补片与至少一个通孔连接的方法。在下文中，将集中于图3和图4的实施方式来描述本发明的内在独特特点。

此外，为了方便描述以及与根据传统技术的MT-EBG和PT-EBG的比较描述，根据本发明的电磁带隙结构缩写为环型EBG(RT-EBG)。由于根据图3和图4所示的实施方式的RT-EBG的EBG单元重复和密集地设置有相同的形状、面积和图案，因此下面的描述将集中在EBG单元中的一个(即，一个导电板)上。

在图3和图4中，根据本发明实施方式的RT-EBG 300的各EBG单元包括内补片321、围绕与其电分离的内补片321的第一环形补片322、以及围绕通过部分324与其电连接的第一环形补片322的第二环形补片323。

内补片321具有通过减小导电板320的轮廓形状(在这种情况下为矩形形状)而无需改变该轮廓形状(即，按比例地)而获得的形状，并且位于整个导电板320的中央。

内补片321还可以具有与导电板320不同的形状。只要内补片321位于导电板320内，内补片321还可以位于除了导电板320的中央之外的任何位置。为了获得第一环形补片322和第二环形补片323的较长的图案长度，内补片321具有与导电板320相同的形状并位于导电板320的中央。

第一环形补片322和第二环形补片323由此可以分别具有通过顺序增大内补片321的轮廓形状而获得的轮廓形状。换句话说，在图3中，由于导电板320具有矩形轮廓形状，所以内补片321还具有减小的矩形轮廓形状，并且第一环形补片322和第二环形补片323还分别具有矩形轮廓形状，该矩形轮廓形状具有比内补片321更长的周边。

在本发明的RT-EBG的各EBG单元中，第一环形补片322通过部分(在图3中形成第一环形补片322的外部轮廓的角的末端324)与第二环形补片323电连接。内补片321与第一环形补片322和第二环形补片323电分离。

因此，在一个EBG单元中，第一环形补片322和第二环形补片323关于电信号形成一个层。内补片321关于电信号形成与由第一环形补片322和第二环形补片323形成的层不同的层。

这里，通过至少一个通孔，内补片321可以与位于与其上定位有导电板的平面不同的平面上的导电层电连接。可以理解，借助于通孔325，内补片321关于电信号形成与导电层310相同的层，其中通孔325穿过介电层315并且其一端和另一端分别与内补片321和邻近于导电板定位的导电层310连接。

如上所述，可以关于电信号区分的两个层中的每一个均可以例如分别用作电源层和接地层。在这种情况下，电源层与接地层之间的开关噪声或传导噪声可以被构成本发明的RT-EBG的各EBG单元屏蔽。

在下文中，下面将描述通过本发明的RT-EBG的噪声屏蔽(即，在特定频带中的屏蔽)的原理。

如上所述，由于本发明的RT-EBG基本上包括PT-EBG结构，因此RT-EBG具有阻抗成分，该阻抗成分具有基于PT-EBG结构的两个不同值，即，从而保持作为基本带阻滤波器的功能。

此外，本发明的RT-EBG可以另外获得与第一环形补片322和第二环形补片323的长度一样多的电感成分，并且可以另外获得由连接内补片321与导电层310的通孔325引起的电感成分。此外，本发明的RT-EBG获得增加电容成分的效果以及增加电感成分的效果。

在本发明的RT-EBG中，通过在内补片321与第一环形补片322之间以及在第二环形补片323与第一环形补片322之间除了连接部分之外蚀刻来形成气隙。这使电容成分增加与其中介电材料置于两种导电材料之间的效果相同的效果。

同样地，由于本发明的RT-EBG可以使用另外可获得的电感成分和电容成分，包括由PT-EBG所具有的两个阻抗成分引起的噪声屏蔽的效果，所以与具有相同尺寸的EBG单元相比，形成了较低频带的阻带。

这通过图5的模拟结果明确地清楚。在图5中，由参考标号“11”表示的频率特性曲线表明，在PCB中没有采用EBG结构。由参考标号“12”表示的频率特性曲线表明，在PCB中采用根据现有技术的PT-EBG结构。由参考标号“13”表示的频率特性曲线表明，在PCB中采用根据现有技术的MT-EBG结构。由参考标号“14”表示的频率特性曲线表明，在PCB中采用根据本发明的RT-EBG结构。上面所有的EBG结构的EBG单元均具有相同的尺寸。

根据图5的模拟结果，基于具有相同尺寸的EBG单元，可以发现，与在-50dB屏蔽率的基础上MT-EBG和PT-EBG的阻带大约超过10GHz的事实相比，在-50dB屏蔽率的基础上本发明的RT-EBG的阻带在8GHz附近形成。

如上所述，新提出的RT-EBG改善了现有的MT-EBG和PT-EBG的缺点。从结构的观点来看，通过使用气隙通过另外形成电容成分在没有增加层的情况下来实现EBG特性。关于难以使EBG单元更小的问题，即，PT-EBG的缺点，根据本发明的RT-EBG结构被构造成能够通过通孔和插入到单位单元中的气隙来控制带隙。可以注意到，可以借助于增加这样的电容成分和增加这样的电感成分而使EBG单元更小。实际上，由于EBG单元应该预先较小以便将EBG结构应用于诸如移动电话等的电子装置，因此根据本发明的RT-EBG结构具有极好的优点在于它可以使EBG单元更小而无需增加层数。

虽然已经参照其示例性实施方式描述了本发明，但是本领域的技术人员将容易理解到，在不背离如由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节方面的各种变化和更改。

Claims (10)

1.一种包括在相同的平面上彼此桥连接的多个导电板的电磁带隙结构，

而各所述导电板包括：

内补片；

第一环形补片，所述第一环形补片被构造成与所述内补片电分离并包围所述内补片；以及

第二环形补片，所述第二环形补片被构造成包围所述第一环形补片并通过一部分与所述第一环形补片电连接。

2.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其中，导电层邻近地定位在其中设置有所述多个导电板的区域的上半部或下半部中，而介电层置于所述多个导电板与邻近定位的导电层之间。

3.根据权利要求2所述的电磁带隙结构，进一步包括被构造成穿过所述介电层的至少一个通孔，所述通孔的一端与所述内补片电连接，所述通孔的另一端与所述邻近定位的导电层电连接。

4.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其中，所述内补片具有通过减小所述导电板的轮廓形状无需改变所述轮廓形状而获得的形状并且位于所述导电板的中央。

5.根据权利要求4所述的电磁带隙结构，其中，所述第一环形补片和所述第二环形补片具有通过顺序增大所述内补片的轮廓形状而获得的各个轮廓形状。

6.根据权利要求4所述的电磁带隙结构，其中，所述导电板的所述轮廓形状为矩形。

7.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其中，在所述内补片与所述第一环形补片之间形成气隙以及在所述第二环形补片与所述第一环形补片之间除了连接部分之外形成气隙。

8.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其中，通过其使所述第一环形补片与所述第二环形补片电连接的所述部分是所述第一环形补片的转角之一的末端。

9.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其中，所有所述多个导电板均通过经由角的末端使一个导电板与邻近于所述导电板的另一个导电板桥连接而彼此电连接。

10.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其中，所述多个导电板具有相同的形状和面积并被二维地设置在所述相同的平面上。

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