CN111800937A - 一种电磁带隙结构及pcb板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电磁带隙结构及PCB板，所述电磁带隙结构包括：方形电源层平面，所述方形电源层平面的四边均连接有金属绕线，所述金属绕线呈折线型。本发明抑制噪声的带宽和止带深度更加优良，在讯号完整性上面有更好的质量,可运用在多层的PCB电路印刷版上，且可直接在电源层做通道切割,增加cell数,不需要再额外增加电源层面。
Description
技术领域
本发明属于信号去燥硬件技术领域，具体涉及一种电磁带隙结构及PCB板。
背景技术
近年来在高频数字电路中由于速度越来越快的趋势，因此讯号在传递的过程当中会受到很多因素的干扰，此时讯号的完整性就显得格外重要，当讯号从传送端传递到接收端时可能波形会受到干扰破坏以导致接收到的讯号失真，影响的因素可能有讯号对时序的问题、信号振铃、信号反射、近端和远程的串扰、开关的噪声、地弹和电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电池干扰等。所以减少噪声是维持讯号最好的方法。
电磁带隙结构最初是以高阻抗表面(High Impedance Surface,HIS)发展而来，当时大部分应用于天线设计方面后来经由多位学者专家在其应用上的探讨，现在可应用的范围已变得相当广泛。此种特殊结构的特性是在于其可有效的阻挡表面电流使其电磁波被衰减掉而不易传播。其最初的结构型态是由一正方形金属片(Patch)加上连通柱(Via)接地所构成，藉由并排组合而成的几何结构以周期性的方式排列，且金属片与接地层之间填充着介电材料。藉由此三层结构的变化使得此结构在特定的频带会产生全方向性的截止频带来阻止电磁波的传播。
电磁带隙结构经过发展应用至PCB印刷电路板上来达成抑制噪声目的。但是现有电磁带隙结构只是在电源层(Power plane)上做规则的形状切割，之后再针对共平面式结构延伸设计出新型结构，以达到更好的带宽与抑制噪声。这种结构虽然能够达到抑制噪声的目的，但是在抑制噪声的同时，讯号完整性(SI)受到了基本单元间隙度拉大，与通道中央本体的间隙度造成电源平面的不完整性的不利影响。因此如何在抑制噪声的同时，保证讯号完整性，是丞待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种电磁带隙结构及PCB板，以解决上述技术问题。
本发明提供一种电磁带隙结构，所述结构包括：
方形电源层平面，所述方形电源层平面的四边均连接有金属绕线，所述金属绕线呈折线型。
进一步的，所述金属绕线呈L型弯折且弯折多次。
进一步的，所述金属绕线的弯折宽度为20mm且弯折区间宽度为2mm。
进一步的，所述方形电源层平面中心设有方形镂空结构，所述方形镂空结构的四角均设有直角金属绕线，所述直角金属绕线的两端分别连接所述方形镂空结构的相邻两边。
进一步的，所述方形电源层平面的边长为26mm，所述方形镂空结构的边长为10mm；所述直角金属绕线长度为4mm，所述直角金属绕线两条直角边均为2mm。
本发明还提供一种PCB板，PCB板的电源层被切割为多个依次排列且互联的上述的电磁带隙结构。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的电磁带隙结构及PCB板，通过把原先共平面直线EBG外围挖空的部份，从边缘处加入一条弯折的绕线结构，并且跟EBG做通道链接以增加通道间的电感量，而去避免通道与本体之间的互相干扰，藉此来达成拓展带宽与抑制噪声的效果。本发明抑制噪声的带宽和止带深度更加优良，在讯号完整性上面有更好的质量,可运用在多层的PCB电路印刷版上，且可直接在电源层做通道切割,增加cell数,不需要再额外增加电源层面。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有电磁带隙结构的结构示意图；
图2是本申请一个实施例的电磁带隙结构的结构示意图；
图3是本申请一个实施例的电磁带隙结构的结构示意图；
图4是本申请一个实施例的电磁带隙结构的结构示意图；
图5是本申请一个实施例的PCB板电源层的结构示意图；
图6为现有电磁带隙结构的分析眼图；
图7为本申请一个实施例的PCB板的信号分析眼图；
其中，1、方形电源层平面；2、金属绕线；3、方形镂空；4、直角金属绕线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
图1为现有电磁带隙结构结构。本实施例提供的电磁带隙结构如图2所示，包括：
方形电源层平面1，方形电源层平面1的四边均连接有金属绕线2，所述金属绕线2呈折线型。其中，方形电源层平面1的边长为28mm，金属绕线2采用L型弯折方式，从方形电源层平面1的边上垂直引出0.5mm后，弯折90°，走线20mm后，再向外90°弯折，弯折后的长度仍为0.5mm。
将该结构等效为电感电容并联电路，电磁波的频带产生一截止频带，而截止频带上的中心频率也就是此等效电路的共振频率,其值可由以下公式计算：
增加金属线的目地是为了让上述公式的LC并联电路,增加L等效电感值,使得输入阻抗变得更大,因此对噪声而言，这个共平面结构就等同于一条高阻抗的传播路径，所以就比较不容易被传递。
实施例2
请参考图3，本实施例的提供电磁带隙结构，包括方形电源层平面1，方形电源层平面1的四边均连接有金属绕线2，所述金属绕线2呈L折线型弯折且弯折4次。本实施例中的方形电源层平面1边长为28mm，金属绕线2的弯折宽度为20mm，且金属绕线2的两端直线距离为2mm。此时多折区块本身的L互感量也会跟着增加，增加L等效电感值,使得输入阻抗变得更大,因此对噪声而言，这个共平面结构就等同于一条高阻抗的传播路径，所以就比较不容易被传递。
实施例3
如图4所示，本实施例提供一种电磁带隙结构，包括：
为了增加更大的带宽还有让截止深度变好,在方形电源层平面1的正中间挖空槽孔并且一样在外围加上金属弯折线，挖空槽孔的用意是为了不让噪声源给扩散出去,藉此减少它的损耗,另外在中间挖空槽孔的部分加入L型边缘金属线,使内部的电感性更加平衡也可以让带宽持续增加,藉此运用在高频电路中。
具体的，在方形电源层平面1中心挖出方形镂空3结构，方形镂空3结构的四角均设有直角金属绕线4，直角金属绕线4的两端分别连接方形镂空3结构的相邻两边。方形电源层平面1的边长为26mm，方形镂空3结构的边长为10mm；直角金属绕线4长度为4mm，直角金属绕线4两条直角边均为2mm。
在EBG中间挖空槽孔,并且在挖空的区域加上L型边缘的金属线,利用公式如下公式推算可知，加上金属线可以让共振频率点往高频延伸,并且挖空区块可以尽量不让噪声源给扩散出去。利用增加LC并联电路,让此设计达到较佳抑制接地弹跳噪声
实施例4
请参考图5，本实施例提供一种PCB板，将单一块的电源层在有效的PCB板上,切割成多块相同大小尺寸的方形电源层平面1,然后将多个方形电源层平面1改装为实施例3提供的电磁带隙结构。藉由每块EBG彼此之间的互连,加大本身的电感性使其带宽可以增加范围更广,共振频率也可以往高频延伸,另外损耗也可以变得更好,抑制效果也比原先的单折通道应用更广。
请参考图6和图7，在增加了多块本实施例提供的电磁带隙结构之后,仿真结果可发现带宽明显增加了许多,工作频率可以延伸到高频10GHz左右,这个也对信号的完整性也会有大大的提升和改善。针对EBG直线信道和EBG+L型槽孔结构进一步的进行时域分析,仿真状况为当PCB上的高速差分对走线,走线在表层时经过EBG+L型槽孔结构后,然后比较眼图的信号完整性的差异,比较图6和图7的眼图结果发现,在加了L型槽孔结构后,因为LC并联等效电路的增加,所以差损变好,在换成时域来看,L型槽孔结构的眼宽和眼高,也明显比直线型信道还要大,因此可以判定讯号完整性的指针定义,使用L型槽孔结构较佳。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种电磁带隙结构，其特征在于，所述结构包括：
方形电源层平面，所述方形电源层平面的四边均连接有金属绕线，所述金属绕线呈折线型。
2.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于，所述金属绕线呈L型弯折且弯折多次。
3.根据权利要求2所述的电磁带隙结构，其特征在于，所述金属绕线的弯折宽度为20mm且弯折区间宽度为2mm。
4.根据权利要求1所述的电磁带隙结构，其特征在于，所述方形电源层平面中心设有方形镂空结构，所述方形镂空结构的四角均设有直角金属绕线，所述直角金属绕线的两端分别连接所述方形镂空结构的相邻两边。
5.根据权利要求4所述的电磁带隙结构，其特征在于，所述方形电源层平面的边长为26mm，所述方形镂空结构的边长为10mm；所述直角金属绕线长度为4mm，所述直角金属绕线两条直角边均为2mm。
6.一种PCB板，其特征在于，所述PCB板上的电源层切割为多个依次排列且互联的如权利要求1-5任一所述的电磁带隙结构。
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