CN113727512A - 一种印刷电路板及服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种印刷电路板及服务器，印刷电路板包括：接地层；电源层，所述电源层包括多个六角形电磁能隙结构，每个六角形能隙结构包括六角形内板、围绕所述六角形内板的挖空的六角形通道以及延伸穿过所述六角形内板的通孔；设置在所述电源层与所述接地层之间的介电材料。通过本发明的方案，实现了更长的带宽，进一步增强了噪声抑制能力，减少了噪声干扰，优化了信号完整性。
Description
技术领域
本发明涉及印刷电路板技术领域，尤其涉及一种基于项目问题的构造打包方法。
背景技术
近年来信号在高频数字电路中速度越来越快的趋势，因此信号在传递的过程当中会受到很多因素的干扰，此时信号的完整性就显得格外重要，当信号从传送端传递到接收端时波形可能会受到干扰破坏以导致接收到的信号失真，影响信号传递的因素可能有时序的问题、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，因此减少噪声是维持信号最好的方法。
现在科技产品慢慢朝向高速、体积小低电压等发展趋势，尤其是高效能服务器中芯片速度越来越快的情况下，接地弹跳噪声(Ground Bounce Noise，简称GBN)效应对系统的影响愈加显着，抑制接地弹跳噪声GBN效应变得很重要，在本文中利用光子带隙PBG(Photonic band-gap)结构使电源层(Power Plane)与完整接地层(Ground Plane，简称GNDPlane)形成平行板波导结构，即电磁能隙结构(Electromagnetic Band-Gap，简称EBG)，而电源层的电磁能隙结构EBG就等同于一个串接的LC并联高阶带拒滤波器而达到抑制接地弹跳噪声GBN的效果。
电磁能隙结构EBG的名称最初是以高阻抗表面(High Impedance surface，简称HIS)发展而来，当时大部分高阻抗表面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，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。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，其整体结构如图1所示。
关于此结构能阻挡电磁波传播的方式，我们可以通过用集总组件电路(LumpedElement Circuit)知道。如图2所示，为HIS结构的等效电路示意图，所形成的电路型态是一个LC并联的电路，其中电容值(C)的部份是由两金属片(Patch)之间所生成的，而电感值(L)的部份则是由金属片、连通柱(Via)以及接地层分别所生成。该等效而成的LC并联电路的阻抗Zin由下述公式(1)计算得到：
可以看到，在
时，Zin→∞。
因此当如图2所示的等效电路产生共振效应(Resonace)的情况时，HIS结构相当于是一条高阻抗的传播路径，噪声因此就不容易传播。所以我们可以发现其会对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，共振频率fres的值如下述公式(2)所示：
通过上述公式结果的说明，我们可以知道HIS结构其阻挡电磁波传播的原理。然而此结构通常一开始只运用在天线设计方面，经过数年以后有学者提出了可利用此一种结构的原理应用在PCB印刷电路板上来达成抑制噪声的表现，经由研究证实确实是有良好的抑制噪声效果，于是引起大家的热烈讨论。然而设计构造上不断的变化，其主要的目的就是为了要增加抑制噪声的带宽以及制作成本的减少，因此到目前为止有很多种不同类型的电磁能隙结构型态产生。共平面式电磁能隙(Coplanar EBG)结构是一种常见的应用于印制电路板的电磁能隙结构，它的构造是有在电源层(Power Plane)上做规则的形状切割，一种常见的直线型信道的共平面式电磁能隙结构如图3所示，图4为图3所示的直线型信道电磁能隙结构的等效电路示意图，其中，L1由金属片(Patch)、直线信道、连通柱(Via)以及接地层(Ground Plane)形成，C1由金属片(Patch)在直线信道两侧的挖空部分形成，C2由金属片(Patch)之间的空隙形成，主要通过电感L1和电容C1形成对噪声的高阻抗传播路径，达到抑制电源层产生的接地弹跳噪声传播的效果。在印制电路板上的电磁能隙结构设计主要以抑制噪声带宽、中心频率、止带深度、信号完整性(SI)这四大特点来作为效果优劣的判断基准，但是在仿真过程中发现，虽然现有的直线型信道共平面电磁能隙结构的前三项特性都有大幅改善，但由于受到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影响，保持信号完整性的效果依然不佳，因此亟需提供一种更好的抑制接地弹跳噪声以优化印制电路板电源层的信号完整性性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种印刷电路板，印刷电路板基于六角形电磁能隙结构，实现了更长的带宽，进一步增强了噪声抑制能力，减少了噪声干扰，优化了信号完整性。
基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种印刷电路板，印刷电路板包括：
接地层；
电源层，所述电源层包括多个六角形电磁能隙结构，每个六角形能隙结构包括六角形内板、围绕所述六角形内板的挖空的六角形通道以及延伸穿过所述六角形内板的通孔；
设置在所述电源层与所述接地层之间的介电材料。
在一些实施方式中，每个六角形电磁能隙结构的六角形通道的侧边分别与相邻的六角形电磁能隙结构的六角形通道对应的侧边相邻接。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构上的通孔向所述接地层的一侧延伸穿过介电材料与接地层连接。
在一些实施方式中，所述通孔中填充有导电的金属材料。
在一些实施方式中，所述电磁能隙结构的数量为所述电路板可容纳的最大数量。
在一些实施方式中，所述通孔的数量为多个。
在一些实施方式中，所述通孔的数量为2-6个。
在一些实施方式中，所述六角形通道的外侧边长20mm，内侧边长18mm，通道宽2mm。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构由在电源层进行通道切割形成。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种服务器，包括如下所述的印刷电路板：
接地层；
电源层，所述电源层包括多个六角形电磁能隙结构，每个六角形能隙结构包括六角形内板、围绕所述六角形内板的挖空的六角形通道以及延伸穿过所述六角形内板的通孔；
设置在所述电源层与所述接地层之间的介电材料。
在一些实施方式中，每个六角形电磁能隙结构的六角形通道的侧边分别与相邻的六角形电磁能隙结构的六角形通道对应的侧边相邻接。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构上的通孔向所述接地层的一侧延伸穿过介电材料与接地层连接。
在一些实施方式中，所述通孔中填充有导电的金属材料。
在一些实施方式中，所述电磁能隙结构的数量为所述电路板可容纳的最大数量。
在一些实施方式中，所述通孔的数量为多个。
在一些实施方式中，所述通孔的数量为2-6个。
在一些实施方式中，所述六角形通道的外侧边长20mm，内侧边长18mm，通道宽2mm。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构由在电源层进行通道切割形成。
本发明具有以下有益技术效果：通过将印刷电路板上电源层的直线型电磁能隙结构改进为六角形电磁能隙结构，实现了更长的带宽，进一步增强了噪声抑制能力，减少了噪声干扰，优化了信号完整性。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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实施例。
图1为现有技术中的一种电磁能隙结构的结构示意图；
图2为图1所示的电磁能隙结构的等效电路示意图；
图3为现有技术中一种直线型信道电磁带隙结构的结构示意图；
图4为图3所示的直线型信道电磁能隙结构的等效电路示意图；
图5为本发明实施例提供的一种印刷电路板的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电磁能隙结构的结构示意图；
图7为图6所示的电磁能隙结构的仿真图；
图8为本发明实施例提供的另一种电磁能隙结构的结构示意图；
图9为图8所示的另一电磁能隙结构的仿真图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种印刷电路板，印刷电路板包括：
接地层10；
电源层20，所述电源层包括多个六角形电磁能隙结构200，每个六角形能隙结构包括六角形内板210、围绕所述六角形内板的挖空的六角形通道220以及延伸穿过所述六角形内板的通孔230；
设置在所述电源层与所述接地层之间的介电材料。
在一些实施方式中，每个六角形电磁能隙结构200的六角形通道220的侧边分别与相邻的六角形电磁能隙结构200的六角形通道220对应的侧边相邻接。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构200上的通孔230向所述接地层的一侧延伸穿过介电材料与接地层连接。
在一些实施方式中，所述通孔230中填充有导电的金属材料。
在一些实施方式中，所述电磁能隙结构200的数量为所述电路板可容纳的最大数量。
在一些实施方式中，所述通孔230的数量为多个。
在一些实施方式中，所述通孔230的数量为2-6个。
在一些实施方式中，所述六角形通道220的外侧边长20mm，内侧边长18mm，通道宽2mm。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构200由在电源层进行通道切割形成。
图5为本发明实施例提供的一种印刷电路板的结构示意图。
本发明实施例提供的印刷电路板包括接地层10，电源层20，电源层20包括多个六角形电磁能隙结构200，每个六角形能隙结构包括六角形内板210、围绕所述六角形内板的挖空的六角形通道220以及延伸穿过所述六角形内板的通孔230，在电源层20与接地层10之间填充有介电材料。
如图5所示，电源层为一块金属板，对金属板做形状切割，切割成多个六角形结构，将六角形结构的外围挖空，挖空部分形成六角形通道220，其余的金属板形成六角形内板210，在六角形内板210上加入通孔230，使其延伸到接地层10的上表面，在通孔中填充导电的金属材料，形成连通柱使电源层20与接地层10导通。
通过挖空的六角形通道抑制噪声源，避免信号的干扰，同时因为六角形电磁能隙结构的信道比直线型信道电磁能隙结构的信道长，所以通过相邻的金属片所产生的电容性也会比较好，因此所产生的带宽也会比较长，另外抑制噪声的截止深度也会比较深。
进一步的，在电源层上每个六角形电磁能隙结构成蜂巢状排列，排列在内部的每个六角形电磁能隙结构的六角形通道的一条侧边分别与相邻的六角形电磁能隙结构的六角形通道对应的一条侧边相邻接，排列在外围的六角形能隙结构的六角形通道由于没有想邻接的六角形通道，有一些侧边不存在对应的相邻接的六角形通道的侧边。
进一步的，电磁能隙结构的数量为能铺满电源层的电磁能隙结构的最大数量，可以通过软件提前模拟仿真出合适的排列规则，以达到最优的噪声抑制以及最长的带宽。
进一步的，通孔的设置，增加了六角形电磁能隙结构的电感，进一步的增长了带宽了噪声抑制深度。通孔的数量可以根据实际的使用需求设置，并且形状为多样的，可以为多边形、圆形、圆柱形等一些形状及其形状之间的组合，通孔的数量越多，能达到的噪声抑制和带宽的效果更好，但是要考虑相邻通孔间的击穿电压等一些参数，一般通孔的数量设置为2～6个。
本发明的实施例，通过将现有技术中的直线型电磁能隙结构改进为六角形电磁能隙结构，实现了更长的带宽，进一步增强了噪声抑制能力，减少了噪声干扰，优化了信号完整性。
图6为本发明实施例提供的一种电磁能隙结构的结构示意图。
本实施例提供的六角形能隙结构包括六角形内板210、围绕六角形内板的挖空的六角形通道220以及一个设置在六角形内板的通孔230，六角形通道的外侧边长20mm，内侧边长18mm，通道宽2mm。
图7为图6提供的电磁能隙结构的仿真图。
分别对现有技术中的直线型信道电磁能隙结构和本发明实施例提供的电磁能隙结构进行仿真，得到如图7所示的仿真结果。图7中的横坐标标F(GHz)为共振频率，纵坐标S21(dB)为噪声的截止深度。从图7可以看出，六角形电磁能隙结构的带宽范围有明显增加，大约从1GHz延展到10GHz，带宽约为9GHz，另外噪声截止深度提升到-70dB左右。
图8为本发明实施例提供的另一种电磁能隙结构的结构示意图。
本实施例提供的六角形能隙结构包括六角形内板210、围绕六角形内板的挖空的六角形通道220以及四个设置在六角形内板的通孔230，六角形通道的外侧边长20mm，内侧边长18mm，通道宽2mm。
图9为图8提供的另一电磁能隙结构的仿真图。
分别对本发明实施例的设置一个通孔的电磁能隙结构和设置4个通孔的电磁能隙结构进行仿真，得到如图9所示的仿真结果。图9中的横坐标标F(GHz)为共振频率，纵坐标S21(dB)为噪声的截止深度。从图9可以看出，设置4个通孔的六角形电磁能隙结构的噪声截止深度提升到-80dB左右。
通过本发明的实施例，将现有技术中印刷电路板上的直线型电磁能隙结构改进为六角形电磁能隙结构，实现了更长的带宽，进一步增强了噪声抑制能力，减少了噪声干扰，优化了信号完整性。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种服务器，包括如下所述的印刷电路板：
接地层；
电源层，所述电源层包括多个六角形电磁能隙结构，每个六角形能隙结构包括六角形内板、围绕所述六角形内板的挖空的六角形通道以及延伸穿过所述六角形内板的通孔；
设置在所述电源层与所述接地层之间的介电材料。
在一些实施方式中，每个六角形电磁能隙结构的六角形通道的侧边分别与相邻的六角形电磁能隙结构的六角形通道对应的侧边相邻接。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构上的通孔向所述接地层的一侧延伸穿过介电材料与接地层连接。
在一些实施方式中，所述通孔中填充有导电的金属材料。
在一些实施方式中，所述电磁能隙结构的数量为所述电路板可容纳的最大数量。
在一些实施方式中，所述通孔的数量为多个。
在一些实施方式中，所述通孔的数量为2-6个。
在一些实施方式中，所述六角形通道的外侧边长20mm，内侧边长18mm，通道宽2mm。
在一些实施方式中，所述六角形电磁能隙结构由在电源层进行通道切割形成。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种印刷电路板，其特征在于，包括：
接地层；
电源层，所述电源层包括多个六角形电磁能隙结构，每个六角形能隙结构包括六角形内板、围绕所述六角形内板的挖空的六角形通道以及延伸穿过所述六角形内板的通孔；
设置在所述电源层与所述接地层之间的介电材料。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，每个六角形电磁能隙结构的六角形通道的侧边分别与相邻的六角形电磁能隙结构的六角形通道对应的侧边相邻接。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述六角形电磁能隙结构上的通孔向所述接地层的一侧延伸穿过介电材料与接地层连接。
4.根据权利要求3所述的印刷电路板，其特征在于，所述通孔中填充有导电的金属材料。
5.根据权利要求3所述的印刷电路板，其特征在于，所述电磁能隙结构的数量为所述电路板可容纳的最大数量。
6.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述通孔的数量为多个。
7.根据权利要求6所述的印刷电路板，其特征在于，所述通孔的数量为2-6个。
8.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述六角形通道的外侧边长20mm，内侧边长18mm，通道宽2mm。
9.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述六角形电磁能隙结构由在电源层进行通道切割形成。
10.一种服务器，其特征在于，包括如权利要求1到9任一项所述的印刷电路板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211130 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |