CN107172805A - 一种折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构 - Google Patents

一种折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构 Download PDF

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Abstract

一种折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构。其包括非导电基板、金属板和多个电磁带隙单元；其中非导电基板为长方形、L字形和正方形板；金属板覆在非导电基板的下表面；多个电磁带隙单元覆在非导电基板的上表面，是经过图形化而形成的连续排布的多个金属体；每个电磁带隙单元是由方形中央金属体和位于中央金属体外侧同一平面内且呈口字形的第一至第四导体线构成。本发明优点：采用谐振型电磁带隙结构原理，其单位晶格之间相当于形成一个谐振效应比较强的LC并联电路。这种结构有更宽的相对带宽和更低的截止频率，基本覆盖同步翻转噪声的噪声频带，可以全向抑制位于电源平面和地平面之间的同步反转噪声。

Description

一种折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构
技术领域
本发明属于电磁兼容技术领域，特别是涉及一种折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构。
背景技术
随着高速印刷电路板的设计要求的不断提高，保持印刷电路板的信号完整性已经成为高速印刷电路板设计必须要考虑的因素。高速印刷电路板的信号不完整性问题是由于板卡的电源层与地层之间产生的同步翻转噪声造成的。随着数字电路传输速度的增加，输出翻转时间不断减少。较短的翻转时间会使高速印刷电路板的电源层产生更高的输出端瞬态电流，从而造成电源层与地层之间更高的电压差，这一电压差使地层产生了一个瞬间的低压信号，结果造成电源层与地层之间产生了同步翻转噪声，同步翻转噪声不仅会影响集成电路中的信号传输，还会降低数字电路的噪声容限。之前的研究者并没有找到一种抑制同步翻转噪声的有效方法，直到近几年，研究者们才开始通过电磁带隙结构来抑止同步翻转噪声的研究。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能有效降低截止频率、提高阻带带宽，易于实现，效益高的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构。
为了达到上述目的，本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构包括非导电基板、金属板和多个电磁带隙单元；其中非导电基板为长方形、L字形和正方形板；金属板覆在非导电基板的下表面；多个电磁带隙单元覆在非导电基板的上表面，是经过图形化而形成的连续排布的多个金属体；每个电磁带隙单元是由方形中央金属体和位于中央金属体外侧同一平面内且呈口字形的第一至第四导体线构成；其中第一导体线是从中央金属体的左边线中点位置围绕中央金属体四条边顺时针延伸数十圈而形成的；第二导体线是从中央金属体的上边线中点位置围绕中央金属体的四条边顺时针延伸数十圈而形成的；第三导体线是从中央金属体的右边线中点位置围绕中央金属体的四条边顺时针延伸数十圈而形成的；第四导体线是从中央金属体的下边线中点位置围绕口字形中央金属体的四条边顺时针延伸数十圈而形成的。
所述的电磁带隙单元的厚度为0.4mm。
所述的电磁带隙单元的数量为两个时，并排分布在长方形非导电基板上。
所述的电磁带隙单元的数量为三个时，以L形分布在L字形非导电基板上。
所述的电磁带隙单元的数量为九个时，以3×3个正方形的方式分布在正方形非导电基板上。
本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构与现有技术相比具有以下优点：
本发明采用谐振型电磁带隙结构原理，其单位晶格之间相当于形成一个谐振效应比较强的LC并联电路。这种结构有更宽的相对带宽和更低的截止频率，基本覆盖同步翻转噪声的噪声频带，可以全向抑制位于电源平面和地平面之间的同步反转噪声。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构示意图；
图3是本发明实施例3提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构示意图；
图4是本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构中电磁带隙单元结构示意图；
图5是NW型共面电磁带隙电源层结构与参考电源平面结构(完整电源层结构)的S21参数对比；
图6是NW型共面电磁带隙电源层结构与L-bridge型共面电磁带隙电源层结构的S21参数对比；
图7是NW型共面电磁带隙电源层结构的S21、S31参数对比；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，使本领域技术人员更容易理解本发明的特征与创新之处，从而更清晰地界定本发明的保护范围。
实施例1：
如图1、图4所示，本实施例提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构包括非导电基板1、金属板2和两个电磁带隙单元3；其中非导电基板1为长方形板；金属板2覆在非导电基板1的下表面；两个电磁带隙单元3并排覆在长方形非导电基板1的上表面，是经过图形化而形成的连续排布的两个金属体；每个电磁带隙单元3是由方形中央金属体4和位于中央金属体4外侧同一平面内且呈口字形的第一至第四导体线5，6，7，8构成；其中第一导体线5 是从中央金属体4的左边线中点位置围绕中央金属体4四条边顺时针延伸28—30圈而形成的；第二导体线6是从中央金属体4的上边线中点位置围绕中央金属体4的四条边顺时针延伸28—30圈而形成的；第三导体线7是从中央金属体4的右边线中点位置围绕中央金属体4的四条边顺时针延伸28—30圈而形成的；第四导体线8是从中央金属体4的下边线中点位置围绕口字形中央金属体4的四条边顺时针延伸28—30圈而形成的。电磁带隙单元3的厚度为0.4mm。
实施例2：
如图2、图4所示，本实施例提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构包括非导电基板1、金属板2和三个电磁带隙单元3；其中非导电基板1为L字形板；三个电磁带隙单元3以L形覆在L字形非导电基板1的上表面；其余结构同实施例1，因此这里不再重述。
实施例3：
如图3、图4所示，本实施例提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构包括非导电基板1、金属板2和九个电磁带隙单元3；其中非导电基板1为正方形板；九个电磁带隙单元3以3×3个正方形的方式覆在正方形非导电基板1的上表面。
下面通过仿真，测试本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构应用于电源平面时对同步翻转噪声的抑制效果，具体步骤如下：
(1)将尺寸为30mm×30mm的电磁带隙单元3以3×3的排布方式建模，建立一种尺寸为90mm×90mm×0.4mm的双层印刷电路板模型，电源层与地层之间的介质材料为FR-4，其相对介电常数r＝4.4，损耗角正切tan＝0.02，地平面保持连续完整，如图3所示。
(2)用Ansoft HFSS软件来仿真，采用50Ω同轴激励，将模型左上角设为(0,0,0)，添加port 1(45mm，45mm，0.4mm)作为模型的输入端口，添加port2(75mm，15mm，0.4mm)和port 3(75mm，45mm，0.4mm)作为模型的两个输出端口。仿真频率段为0-15GHz。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，L-bridge型共面电磁带隙电源层结构的S21曲线抑制范围是700MHz-4.7GHz，本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构的S21为170MHz-12.6GHz。通过计算得出，L-bridge型共面电磁带隙电源层结构的有效阻带带宽为4GHz，相对阻带带宽为148.1％，本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构的有效阻带带宽为12.43GHz，相对阻带带宽为196.9％。由此可知，本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层的有效阻带带宽较L-bridge共面电磁带隙电源层结构提高了8.43GHz，相对阻带带宽提高了48.8％。本发明提供的折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构对同步翻转噪声有较好的抑制特性，阻带带宽范围明显变宽，相对带宽有了显著提高，阻带下限截止频率有所下降，而且电源平面上的同步翻转噪声能被全向抑制。

Claims (5)

1.一种折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构，其特征在于：所述的结构包括非导电基板(1)、金属板(2)和多个电磁带隙单元(3)；其中非导电基板(1)为长方形、L字形和正方形板；金属板(2)覆在非导电基板(1)的下表面；多个电磁带隙单元(3)覆在非导电基板(1)的上表面，是经过图形化而形成的连续排布的多个金属体；每个电磁带隙单元(3)是由方形中央金属体(4)和位于中央金属体(4)外侧同一平面内且呈口字形的第一至第四导体线(5，6，7，8)构成；其中第一导体线(5)是从中央金属体(4)的左边线中点位置围绕中央金属体(4)四条边顺时针延伸数十圈而形成的；第二导体线(6)是从中央金属体(4)的上边线中点位置围绕中央金属体(4)的四条边顺时针延伸数十圈而形成的；第三导体线(7)是从中央金属体(4)的右边线中点位置围绕中央金属体(4)的四条边顺时针延伸数十圈而形成的；第四导体线(8)是从中央金属体(4)的下边线中点位置围绕口字形中央金属体(4)的四条边顺时针延伸数十圈而形成的。
2.根据权利要求1折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构，其特征在于：所述的电磁带隙单元(3)的厚度为0.4mm。
3.根据权利要求1折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构，其特征在于：所述的电磁带隙单元(3)的数量为两个时，并排分布在长方形非导电基板(1)上。
4.根据权利要求1折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构，其特征在于：所述的电磁带隙单元(3)的数量为三个时，以L形分布在L字形非导电基板(1)上。
5.根据权利要求1折线形增强相邻电感的共面电磁带隙电源层结构，其特征在于：所述的电磁带隙单元(3)的数量为九个时，以3×3个正方形的方式分布在正方形非导电基板(1)上。
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