TWI303545B - Dc power plane structure - Google Patents

Description

1303545 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種直流電源層結構，特別是一種抑 制多層電路板間雜訊之直流電源層結構。 【先前技術】 近年來，隨著大眾對資訊傳送速度的需求越來越 快，所傳輸的訊號頻率也越來越高。因此，高頻數位電 1路料成為-電路設計的主要發展領域，並且不斷朝向 更南速、體積小、低電壓的設計發展。由於小體積的需 •求，使得電路設計廣泛應❹層㈣t路板，然而，者 .傳輸訊號頻率越來越高，在多層印刷電路板的電源i Power plane)與接地層（⑻㈣η咖）之間產生雜 :值：響訊號傳輸的品質。因此’有效抑制雜訊隨著訊 就得輸成為高頻數位電路設計的重要課題。 形成多層印刷電路㈣之雜訊的仙係來自於在高 頻數位電路中，#訊號線與電源層相接，其間存在著^ =感:電容及電阻效應，當電路中之積體電路的： 切換時，而導致暫時電壓差產生於電源層中，而 ΓίΓΓ此雜訊更會以平行板波導的形式傳播至電路 、、他位置’此為數位系統中主要的雜訊來 技街中’已提出—些抑制寬頻雜訊的 /，分別設置電容牆、設置大電容值之電容器、 •--0 1303545 以及切割電源層來抑制上述之雜訊。在設置電容之嗖+ 中’會設置去躺合的電容於雜訊源的四周，以提= 接地路徑，通常排越多電容在四周，會有越好的抑：： 訊效果，但是，依照上述之設計，域會有-些頻^ 共振雜赫在，並且製造電容齡對電路板的線路佈局 造成不便，亦會大幅提高製造成本以及無法達到短、。 小、輕、薄的設計概念。 再者’請參閱「第1圖」及「第2圖」，係分別為習 =術中多層電路板分解結構圖及電源層之俯視圖:如 弟1圖」及「第2圖」所示，提供切割電源層 -方法來抑制寬頻雜訊，係湘將電源層iq切 二電：區η及一第二電路區12，中間間隔一狹缝，： 弟電路區11具有容易被雜訊干擾而產 件或積體電路’而第二電路區12係具有一輸二 ’因此，此狹缝具有將雜訊隔離的作用。而兩部中間 雜訊濾、波器13互相電性連結，使訊號可以通過， 且將部分雜訊過滹。里中h 勘# _ 其中上述之雜訊濾波器13係為一 可、f(FernteBead)，為一鐵磁性材料，陶鐵磁珠具 遺頻率的上升產生越來越高的阻抗 ΓΓ會與線路產生的磁場發生作用，產生損耗特 二1果陶鐵材料和幾何結構會對不同頻率產生不同的 如上述之方法，可以改善使用電容牆而產生高成本 1303545 的問題，然而，被切割之電源層 接地層20之間具有高頻的共振=致电源層10與 濾掉較低頻率之雜1，而山Y “孔〆慮波13只能 ' 〇 间頻雜訊卻無法被隔離，使得 呵"頁雜訊亦會猎由傳輸線 于 所面對的固難。 者心虎輸出，為習知技術中 而^今高頻訊號傳輪成為訊號傳輪之主 向，南頻雜訊會對高頻訊號產生干 、方 真：因此，有效抑制電源層1〇上傳；::員訊號失 為高頻數位電路設計之重要課題。、别问H孔’係 【發明内容】 鑒於以上的問題，本發明 抑制高頻雜訊之電源= 的在於提供-種 切割電源声之t在白知技術中利用 “源層之方法只可以抑制較低頻雜訊 頻雜訊之共振，而無法抑制高頻 Ρθ產生间 習知技術中運用大量電容而來 且降低因 路佈局不易，製造工序複雜的問題。產成本，並解決線 為達上述之目的，本發 構，係設置於 月知路一種直流電源層結 ^ 、 夕層电路板中，其包含有一第一雷玖 區，用以輸入一直流電源，—j 性連接於第一電路區之直产電：二訊濾波器，其-端電 路區係與第-電路區電性隔離，又;弟二電 能隙結構，且能隙結構之直；中設有- 雜訊濾波器之另一端。本發明：：輪入、係電性連接於 丰各明亦可形成能隙結構於第一 7 1303545 a區且錶訊濾波态其一端電性連接於能隙結構之直 流電源輸出端以及第二電路區之直流電源輸入端係電 性連接於該雜訊濾波器之另一端。 _ 士本發明之功效在於提供了一種直流電源層結構，其 同了使用刀別電源層之技術及在電源層上形成電磁能 隙結構，則可同時抑制低頻及高頻雜訊訊號，以大幅提 :訊號傳輸的品質。而上述之設計，不需使用大量的電 ΐ或是設置大電容值之電容，因此可以降低生產成本， 閉化電路板結構之製程，並且達到短、小、輕、薄之設 計。 又 以上之關於本發明内容之說明及以下之實施方5 之說明係用以示範與解釋本發明之原理，並且提供本; 明之專利申請範圍更進一步之解釋。 【實施方式】 牛本發明的目的、構造、特徵、及其功㈣ V的瞭解，茲配合實施例詳細說明如下。 一趣首先’請參閱「第3圖」，「第3圖」係、為本發⑽ 貝鉍例之俯視圖。如「第3 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 而 ^ Μ」尸汀不，電源層1 10 j :-直“源30’及—輪入/輸出埠U4用以連 輪線使其衫1叫相祕，㈣/ 電源層110分割為兩部分，分 ^虎 斤 刀乃」馮—弟一電路區111 7 一弟一電路區112，以雜1、声、由一 产 雜A濾波态Π3相電性連接，j 在弟二電路區112上形成一能隙結構116。 1303545 於電源層110之第二電路^ 112形成一能隙結構 116 ’能隙結構116例如為一電磁能隙結構 (Eletromagnetlc Band Gap; EBG)或—光子能隙結構 (Photonic Band Gap; PBG)，使得雜訊濾波器工丄3之一端 電性連接於第一電路區1U之直流電源輪出端，並且第 二電路區112係與第-電路⑧⑴冑性隔離，且能隙結 構116之直流電源30輸入端係電性連接於雜訊滤波器 113之另-端，以抑制較低頻的雜訊傳輸，達到滤波的 效果。而本發明中能隙結構116之主要功能在於抑制電 源層110上高頻雜訊之傳播。如「第3圖」所示，能隙 結構116例如有細線通道結構1161及細狹缝結構⑽ 及單體⑽，且各具有抑制雜訊之功能。細線通道結構 1161主要提供一等效電感的功能，細線通道結構1161 係指任兩個單體1163《間的連接結構或是在-單體 ^與弟二電日路區112之間的連接結構。而—細狹缝結 構1162主要提供一等效雷玄的士 At 曰扣抑挪η 迅谷的力月匕，細狹縫結構1162 線通道結構1161之間的細縫及單體 :=p?路區112之間的細縫。因此，上述之能隙 m一並聯之具有複數個電容及電感之等效電 路可提供大量雜訊接地路徑來峨 問題/ 4相的功能，以解決f知技術中所遇見之 再者，請參閱「第4圖」，係為本發明第二實施例 9 1303545 之俯視圖，如「繁4 AtL ~ 第杳"f— 固」所不，本發明之第二實施例與 弟一心例在主要結構上相同，其唯—差異在 ，財，形成一能隙結構116於第一電路區nl上^ 传雜況濾波器113 ’其—端電性連接於能隙結構叫之 直流電源輪出端’並且第二電路區112係與第—電路區 〜生車Γ離，且第二電路區112之直流電源輸入端係 电性連接於雜赠波^之另 — m皮效果如第 一貫_所述相同，可達到抑制高頻雜訊的功能。本發 明之實施方式並不限定於上述第—及第二實施例，本發 明亦可以形成能隙結構116分別於第二電路區⑴及第 私路區111上，其餘各部分結構如第一或第二實施例 所述，必可再改進雜訊抑制的效果。 j為要顯示本發明有效的改進多層電路板間寬頻雜 訊的干擾問題，有效的抑制雜訊傳輸，請參閱「第5 圖」，係為一頻率一雜訊訊號強度之關係圖，如「第5 圖」所不，分佈曲線101代表未切割電源層U及未形 成此隙結構Π6所產生之頻率—雜訊訊號強度關係圖， 分=曲線102代表經切割電源層11〇成第一電路區m 及第二電路區112卻未形成能隙結構116，例如「第2 圖」所示之電源層10結構所產生之頻率—雜訊訊號強 度關係圖，而分佈曲線J 〇3代表經切割電源層j丨〇成第 一電路區111及第二電路區112且在至少一電路區形成 能隙結構116，例如「第3圖」或「第4圖」所示之電 10 1303545 源層110之結構所產生之頻率一雜訊訊號強度關係圖。 分佈曲線101、102及103係應用微波模擬軟體Zeland IE3D所計算模擬而得出。 此外，比較分佈曲線101及102可以清楚發現分佈 曲線102中在頻率4 GIIz以下的雜訊訊號強度明顯比分 佈曲線101中之雜訊訊號強度弱2〇dB左右，但是分佈 曲線102在頻率4 GHz以上的訊號強度只比分佈曲線 101中之雜訊訊號強度弱5_10 dB，因此，可以知道在 習之技術如「第2圖」所示之分割電源層1〇之結構在 抑制較低頻雜訊上有顯著的效果，卻無法有效抑制高頻 雜訊在電源層1 〇上之傳播。 請再比較分佈曲線102及分佈曲線1〇3,可以發現

口」以發現 以上的雜訊訊號強度比分 11 !3〇3545 -m 匕本發明提供了應用於多層電路板之直流電源 增 '、、〇 才舞，^ . ,./、中同日可採用切割電源層110之技術以有效的 ^ =4 GHz以下較低頻之雜訊，以及採用在第一電 - 罘一電路區形成一能隙結構116之技術，以有效 • /门頻‘訊之傳輸，特別是4GHz至8GHz之間的高 頻雜訊。 _八宝本毛明可以解決習知技術所遇見的問題，即只利用 彳電源層10之技術無法有效抑制高頻雜訊的問題， 得高頻雜訊易傳至輸人/輪出埠，而藉著傳輸線傳 ’影響高頻訊號傳輸的品質。因此，本發明藉著同時 用刀⑽源層110及在電源I m形成能隙結構 貝J可同蚪抑制低頻及高頻雜訊訊號，以大幅提 輸的品質。而上述之設計，不需使用大量的電容 ’疋設置大電容值之電容，因此可以降低生產成本，簡 _化電路板結構之製程，並且達到短、小、輕、薄之設計。 雖:、、、:本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用 以限定本料。在残離本發日狀精神和範目内，所為 之更動與潤_，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發 明所界^之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 圊第1圖係為習知技街中多層電路板之分解結構 第2圖係為習知技術中電源層結構之俯視圖； 12 1303545 以及 第3圖係為本發明第一實施例之俯視圖； 第4圖係為本發明第二實施例之俯視圖； 第5圖係為一頻率-雜訊訊號強度關係圖 【主要元件符號說明】 10 、 110 11 ^ 111 12 、 112

13 、 113 電源層 第一電路區 第二電路區 雜訊濾波器 14 、 114 輸入/輸出埠

20 30 101 、 102 、 103 116 1161 1162 1163 接地層 直流電源 分佈曲線 能隙結構 細線通道結構 細狹缝結構 單體 13

Claims (1)

1303545 十、申請專利範圍： 1. 一種直流電源層（P0werPlane)結構，係用於一夕 電路板中，其包含： 層 一弟一電路區，用以輸入一直流電源. -雜訊據波器，其一端電性連接於該 區之直流電源輸出端；以及 ”一第二電路區係與該第-電路區電性隔離，又 :弟二電路區設有一能隙結構，且該能隙結構之： -電源輸入端係電性連接於該雜訊遽 端。 口-〜乃一 2.如中請專利範圍第！項所述之直流電源層 中該第二電路區且有一矜 其 輸線使其*另—、/阜’用以連接一傳 號。 ⑯路板相連接，以傳輪或接收-訊 I中=請專利範圍第^項所述之直流電源層結構，農 中邊能隙結構包含有： 。稱，其 複數個單體； 複數個細線通道結構，連接於任 及該等單體與該第二電路寻早肢之間 構之複數個電感；以及 忭马省此隙結 稷數個細狹縫結構，介於 道結構之間及該等單體與該第：電等細線通 1303545 相串接，以形成複數個雜訊接地路徑。 4如申請專利範圍第1項所述之直流電源層結構，其 中名鍊汛濾波盗係為—陶鐵磁珠Bead)。 D，如申5月,專利範圍帛1項所述之直流電源層結構，其 中4此隙結構係為—電磁能隙結構（EM⑺爪吨以如 Band Gap; EBG)。 &如中請專利範圍第^所述之直流電源層結構，其 中該能隙結構係為—光子能隙結構（ph〇t〇nieBand Gap; PBG) 〇 7.種直机電源層結構，係用於一多層電路板中，其 包含： ^ 第甩路區，用以輸入一直流電源，該第一 電路區設有一能隙結構； 夕亩j㈣波器’其—端電性連接於該能隙結構 〜直机電源輸出端；以及 該第：ϊ:Γ區！與該第—電路區電性隔離，且 心、、皮r °°之直流f源輪人端係電性連接於該雜 口凡應波态之另一端。 8, 如申請專·圍第7韻述之直 中該第二電路區具有一輸 原層、'、。構，其 如银使其與另—電路板相要傳 號。 M得翰或接收一訊 9.如申請專利範圍第7項所述之 且/爪电源層結構，其 15 1303545 中該能隙結構包含有： 複數個單體； 设數個細線通道結構，連接於 及連接於該等單體與該第一電路區之=早體之間 能隙結構之複數個電感；以及之間’用以作為該 道41=狹縫結構，介於該等單體與該等細線通 間及該等單體與該第-電路區之間，用以作 結構之複數個電容，並與該等細線通道結構 、串接，以形成複數個雜訊接地路徑。 •如申請專利範圍第、所述之直流電源l结構，其 中该雜訊濾、波器係為—陶鐵磁珠（Ferrite Bead)。 U申明專利|巳圍第7項所述之直流電源層結構，其 中忒能隙結構係為—電磁能隙結構作 Band Gap; EBG)。 1 2.如中凊專利範圍第7項所述之直流電源層結構，其 中σ玄月b隙、、、口構A為—光子能隙結構（ph〇t〇nic Band Gap; PBG)。