CN111181517A - 一种厘米波微带去耦电路 - Google Patents
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Abstract
本申请实施列提供一种厘米波微带电源去耦电路。微带即微带线。所述微带去耦电路为模拟集成电路电源端口(图示IC端)去耦，由高阻抗网络和低阻抗网络组成，其工作频率为12GHz‑12.5GHz。所述微带线包括但不限于扇形微带线或T型微带线或十字型微带线或开路微带短截线等。用微带线形式替代低频集总参数电容或电感，通过各种单一或者组合微带线形式，使高阻抗为负载阻抗的500倍到5000倍，阻止12GHz‑12.5GHz交流信号在电源网络上的传输；使低阻抗接近0欧姆，提供交流信号到“地”的回路。高阻抗网络和低阻抗网络共同实现电源去耦的目的，减小由某一模块的信号经电源网络传输到其他模块的影响，从而降低由电源引入的厘米波波段的噪声，保证电路系统不受电源噪声干扰而正常工作。
Description
技术领域
本申请涉及电源完整性设计领域，特别涉及一种厘米波微带去耦电路，该厘米波微带去耦电路为模拟集成电路的电源端口去耦。
背景技术
随着电子元器件的工作频率越来越高，耦合到电源路径上的信号频率也越来越高，电源路径上的交流噪声频率也越来越高，这样，对高频的交流电源噪声去耦频率也越来越高。但是普通集总参数元件只能用于最高200MHz左右频率的电源去耦，而电源地平面的电源去耦频率也在500MHz左右，芯片内部电源去耦设计频率也约为1GHz左右。所以现存的电源去耦方法由于寄生参数的存在，在高于1GHz频率的电源去耦就显得无能为力。本申请提出一种厘米波微带去耦电路，用微带线和扇形微带线等替代集总参数电容和电感，以达到去耦频率在12GHz-12.5GHz范围内的电源去耦效果，减小一个模块的信号经电源模块对其他模块的影响，本申请的厘米波微带去耦电路为集成电路电源端口(集成电路电源端口，以下称为IC端)提供一个干净的电源，从而保证模拟集成电路(集成电路，以下称为IC)的正常工作。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是解决集总参数元件在高频分布参数严重而不能起作用的问题，使用微带线和扇形微带线替代集总参数电容电感以达到电源去耦的目的。据此提供一种电源去耦电路，该电源去耦电路工作在12GHz-12.5GHz。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种厘米波微带去耦电路，这种厘米波微带电路是由多种形式微带线组合形成一种微带电路结构。该电路既是模拟IC的电源去耦电路，同时也把电流由电源端传输到IC电源端口。
该厘米波微带去耦电路，包括高阻抗微带网络和低阻抗微带网络。高阻抗微带网络由开路微带线、微带线、T型微带线、十字型微带线和接地共面波导组成。低阻抗微带网络由扇形微带线和微带线组成。高阻抗网络和低阻抗网络由微带线连接起来。
高阻抗网络的阻抗远大于模拟IC电源端阻抗，阻止模拟IC工作频率的信号经电源路径传输到其他IC形成交流噪声，影响其他IC的正常工作。低阻抗网络为耦合到电源路径上的交流噪声提供一个到“地”的低阻抗路径，使得交流噪声回流到“地”，而不经电源传输到其他IC，保证IC的正常工作。此外整个电源去耦网络对去耦频率范围内的交流信号有较大的衰减，抑制12GHz-12.5GHz频率范围内的信号在电源网络上传输。
所述厘米波电源去耦电路介质基材是Rogers4350B，介电常数3.66，损耗正切角0.0037。微带线，T型微带线，扇形微带线，接地共面波导，顶层走线，顶层“地”和底层“地”铜厚0.035mm，所有类型微带线到参考地的距离为0.254mm，即介质基材厚0.254mm。
其中高阻抗微带网络包括，第一接地共面波导CPW1，线宽0.5mm，线与顶层“地”的间距为0.5mm，线长2.96mm，长约为12GHz对应的波导波长的1/5，线与底层地距离0.254mm；第二T型微带线Tee2，宽W1为0.625mm，宽W2为0.625mm，宽W3为1.25mm，L1，L2，L3和L4长度为0mm；第五微带线TL5是开路短截线，宽W为0.806mm，长L为4mm，长约为12GHz对应的波导波长的1/4；第四微带线TL4，宽W为0.812mm，长L为2.25mm，长约为12GHz对应的波导波长的1/7；第一十字型微带线Cros1，为矩形微带线，上下左右均连接其他微带线，左右宽0.9mm，上下长1.375mm；第二微带线TL2是开路短截线，宽1.062mm，长2.981mm，长约为12GHz对应的波导波长的1/5；第三微带线TL3是开路短截线，宽1.261mm，长2.75mm，长约为12GHz对应的波导波长的1/6。第一接地共面波导CPW1右端连接IC端，第一接地共面波导CPW1左端连接第二T型微带线Tee2右端，第二T型微带线Tee2左端连接第四微带线TL4右端，第二T型微带线Tee2下端连接第五微带线TL5上端，第五微带线TL5下端开路。第四微带线TL4左端连接第一十字型微带线Cros1右端。第一十字型微带线Cros1上端连接第二微带线TL2下端，第二微带线TL2上端开路，第一十字型微带线Cros1下端连接第三微带线TL3上端，第三微带线TL3下端开路。
高阻抗网络中，第一接地共面波导CPW1提供从IC端到电源端的高阻抗；第五微带线TL5，第二微带线TL2和第三微带线TL3调节整个网络的S参数和带宽；第二T型微带线Tee2和第一十字型微带线Cros1起连接作用。
其中低阻抗微带网络包括，第一T型微带线Tee1，W1为0.825mm，W2为0.625mm，W3为1.23mm，L1和L4长度为0mm，L2为0.2mm，L3为0.615mm；第一扇形微带线Stub1，截面宽Wi为0.4375mm，长2.22mm，角度110°。第一T型微带线Tee1右端连接第一微带线TL1左端，第一T型微带线Tee1下端连接第一扇形微带线Stub1上端，第一T型微带线Tee1左端连接电源端。
低阻抗网络中，第一扇形微带线Stub1，既为低阻抗网络提供低阻抗，又能调节电源去耦网络的S参数。
高阻抗网络和低阻抗网络通过第一微带线TL1连接，即第一微带线TL1左端连接低阻抗网络中第一T型微带线Tee1右端，第一微带线TL1右端连接高阻抗网络中的第一十字型微带线Cros1左端。第一微带线TL1长2.5mm，宽0.625mm。
本申请带来的有益效果是(1)解决了集总参数因分布参数大而不能在12GHz-12.5GHz频率范围内进行电源去耦的问题；(2)整体结构简单，节省电路板空间，可应用于其他应用电路。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为去耦网络总体示意框图。
图2为由高低阻抗网络组成的去耦网络。
图3为T型微带线的示意图。
图4为扇形微带线的示意图。
图5为接地共面波导示意图
图6为原理图高阻抗网络阻抗仿真结果。
图7为原理图低阻抗网络阻抗仿真结果。
图8为实施例版图。
图9为版图高阻抗网络阻抗仿真结果。
图10为版图低阻抗网络阻抗仿真结果。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请对的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请的保护范围。
为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
参照图1，一种厘米波微带去耦电路，其应用在电源端和IC端之间，为IC电源端口去耦，包括，高阻抗网络和低阻抗网络。高阻抗为示图中AB的阻抗，低阻抗为示图中A'B'的阻抗。
参照图2，厘米波微带去耦电路包括：第一接地共面波导CPW1，线宽0.5mm，线“地”间距0.5mm，线长2.96mm；第二T型微带线Tee2，宽W1为0.625mm，宽W2为0.625mm，宽W3为1.25mm，L1，L2，L3和L4长度为0mm；第五微带线TL5是开路短截线，宽W为0.806mm，长L为4mm；第四微带线TL4，宽W为0.812mm，长L为2.25mm；第一十字型微带线Cros1，为矩形微带线，上下左右均连接其他微带线，左右宽0.9mm，上下长1.375mm；第二微带线TL2是开路短截线，宽1.062mm，长2.981mm；第三微带线TL3是开路短截线，宽1.261mm，长2.75mm。第一接地共面波导CPW1右端连接IC端，第一接地共面波导CPW1左端连接第二T型微带线Tee2右端，第二T型微带线Tee2左端连接第四微带线TL4右端，第二T型微带线Tee2下端连接第五微带线TL5上端，第五微带线TL5下端开路。第四微带线TL4左端连接第一十字型微带线Cros1右端。第一十字型微带线Cros1上端连接第二微带线TL2下端，第二微带线TL2上端开路，第一十字型微带线Cros1下端连接第三微带线TL3上端，第三微带线TL3下端开路。第一T型微带线Tee1，W1为0.825mm，W2为0.625mm，W3为1.23mm，L1和L4长度为0mm，L2为0.2mm，L3为0.615mm；第一扇形微带线Stub1，截面宽Wi为0.4375mm，长2.22mm，角度110°。第一T型微带线Tee1右端连接第一微带线TL1左端，第一T型微带线Tee1下端连接第一扇形微带线Stub1上端，第一T型微带线Tee1左端连接电源端。
高阻抗网络和低阻抗网络通过第一微带线TL1连接，即第一微带线TL1左端连接低阻抗网络中第一T型微带线Tee1右端，第一微带线TL1右端连接高阻抗网络中的第一十字型微带线Cros1左端。第一微带线TL1长2.5mm，宽0.625mm。
上述微带线，T型微带线，扇形微带线的介质基材是Rogers4350B，介电常数3.66，损耗正切角0.0037。微带线，T型微带线，扇形微带线，接地共面波导，顶层走线，顶层“地”和底层“地”铜厚0.035mm，所有类型微带线到参考地的距离为0.254mm，即介质基材厚0.254mm。
参照图3，为所述T型微带线结构，形状为“T”，其尺寸由三边宽度W1，W2，W3和长度L1,L2,L3和L4所确定。
参照图4，为扇形微带线结构。其形状为扇形切掉扇形角，尺寸由切角宽度Wi，切角扇形长度L和切角扇形角Angel所确定。
参照图5，为接地共面波导结构。其中W为接地共面波导走线宽度，G为走线与顶层“地”间距，H为介质基材的厚度，h为顶层和底层走线的厚度。
参照图6，为厘米波微带去耦电路高阻抗网络阻抗仿真结果。从仿真结果看，高阻抗网络在12GHz-12.5GHz频率范围内，阻抗为模拟IC电源端口阻抗1欧姆的500倍-5500倍，即去耦带宽为0.5GHz。在此带宽内，去耦网络能有效阻止信号从IC端往电源端的传播，从而减小此IC端的信号经电源网络传递到其他IC，影响其他IC的正常工作。设电源端为端口1，IC端为端口2,仿真二端口网络的S参数得到S12和S21，即IC端到电源端的传播系数和电源端到IC端的传播系数。在上述带宽内，S12和S21小于-71.6db，能对信号有较大的衰减，从而起到电源去耦作用。
参照图7，为厘米波微带去耦电路低阻抗网络阻抗仿真结果。从仿真结果看，在12GHz-12.5GHz频率范围内低阻抗网络阻抗约为0.1-0.6欧姆，具有较低的阻抗。此低阻抗网络能为从IC端传输到电源端的12GHz-12.5GHz频率的信号提供一个到“地”的低阻抗通路，从而使得在电源中的12GHz-12.5GHz干扰信号回流到“地”，而不影响IC工作。
参照图8，为上述厘米波微带去耦电路的实施例版图。其中，P1为端口1连接电源端。P2为端口2，连接IC端。TL1为上述第一微带线TL1，TL2为上述第二微带线TL2，TL3为上述第三微带线TL3，TL4为上述第四微带线TL3，TL5为上述第五微带线TL5，Tee1为上述第一T型微带线，Tee2为上述第二T型微带线，Stub1为上述第一扇形微带线。CPW1为上述第一接地共面波导CPW1，Cros1为上述第一十字型微带线Cros1。第一T型微带线Tee1左端为端口1，右端连接第一微带线TL1，第一T型微带线Tee1下端连接第一扇形微带线Stub1上端。第一微带线TL1右端连接第一十字型微带线Cros1左端，第一十字型微带线Cros1上端连接第二微带线Tl2下端，第二微带线TL2上端开路，第一十字型微带线Cros1下端连接第三微带线TL3，第三微带线TL3下端开路。第一十字型微带线Cros1右端连接第四微带线TL4左端，第四微带线TL4右端连接第二T型微带线Tee2左端，第二T型微带线Tee2下端连接第五微带线TL5，第五微带线TL5下端开路。第二T型微带线Tee2右端连接第一接地共面波导CPW1，第一接地共面波导CPW1右端连接端口2。介质基材与上述原理图中相同。
参照图9，为上述厘米波微带去耦电路的实施例版图高阻抗网络阻抗仿真结果。版图仿真结果和原理图仿真结果有些偏差。高阻抗网络在12GHz-12.5GHz的阻抗为模拟IC电源端口阻抗1欧姆的500倍-5000倍，去耦带宽也为0.5GHz。版图仿真要比原理图仿真更加精确。版图仿真结果表明去耦网络能有效阻止12GHz-12.5GHz信号在电源网络上传播，从而减小此IC端的信号经电源网络传递到其他IC，影响其他IC的正常工作。在上述版图仿真带宽内，版图仿真S12和S21均小于-71.2db，比原理图仿真大约0.4db，但是对上述带宽内的信号也有较大的衰减。
参照图10，为上述厘米波微带去耦电路的实施例版图低阻抗网络阻抗仿真结果。在12GHz-12.5GHz频率范围内，阻抗约为0.05-0.7欧姆。版图低阻抗网络的最大值比原理图低阻抗网络阻抗最大值大约0.1欧姆，版图低阻抗网络的最小值比原理图低阻抗网络阻抗最小值小约0.05欧姆，版图低阻抗网络最小值为0.05欧姆，版图实施例仿真结果也能说明去耦网络能为12GHz-12.5GHz交流干扰信号提供一个较低的阻抗回路，从而避免12GHz-12.5GHz的交流干扰信号进入其他IC电源端口，影响IC的正常工作。
以上对本申请实施例提供的一种厘米波微带去耦电路进行了详细介绍，本文中对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请。同时，本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (4)
1.一种厘米波微带去耦电路，其特征在于，该厘米波微带去耦电路由高阻抗网络和低阻抗网络构成，用于电源去耦。高阻抗为示图中AB的阻抗，低阻抗为示图中A'B'的阻抗。高低阻抗网络均由微带线、扇形微带线、微带短截线、十字型微带线、接地共面波导和T型微带线中的一种或(和)多种构成。
2.根据权利要求1所述的厘米波微带去耦电路，其特征在于，高阻抗网络由第一接地共面波导CPW1，第二T型微带线Tee2，第五微带线TL5，第四微带线TL4，第一十字型微带线Cros1，第二微带线TL2和第三微带线TL3构成。第一接地共面波导CPW1右端连接IC端，第一接地共面波导CPW1左端连接第二T型微带线Tee2右端，第二T型微带线Tee2左端连接第四微带线TL4右端，第二T型微带线Tee2下端连接第五微带线TL5上端，第五微带线TL5下端开路。第四微带线TL4左端连接第一十字型微带线Cros1右端。第一十字型微带线Cros1上端连接第二微带线TL2下端，第二微带线TL2上端开路，第一十字型微带线Cros1下端连接第三微带线TL3上端，第三微带线TL3下端开路。
3.根据权利要求1所述的厘米波微带去耦电路，其特征在于，低阻抗网络由第一T型微带线Tee1和第一扇形微带线Stub1组成。第一T型微带线Tee1右端连接第一微带线TL1左端，第一T型微带线Tee1下端连接第一扇形微带线Stub1上端，第一T型微带线Tee1左端连接电源端。高阻抗网络和低阻抗网络通过第一T型微带线TL1连接，即第一微带线TL1左端连接低阻抗网络中第一T型微带线Tee1右端，第一微带线TL1右端连接高阻抗网络中的第一十字型微带线Cros1左端。高阻抗网络和低阻抗网络共同构成上述厘米波微带去耦电路。
4.根据权利要求1所述的厘米波微带去耦电路，其特征在于，上述微带线，T型微带线，扇形微带线的介质基材是Rogers4350B，介电常数3.66，损耗正切角0.0037。微带线，T型微带线，扇形微带线，接地共面波导，顶层走线，顶层“地”和底层“地”铜厚0.035mm，所有类型微带线到参考地的距离为0.254mm，即介质基材厚0.254mm。
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