[发明专利]一种基于平面混合桥电磁带隙结构的电源分配网络

说明书

技术领域

本发明涉及高速电路微波技术领域，具体涉及一种基于平面混合桥电磁带隙结构的电源分配网络。

背景技术

在当代高速度、高密度、高功耗、低电压和大电流的数字系统中，高速瞬态电流引起的同步开关噪声(Simultaneous Switching Noise,SSN)耦合到系统电源分配网络(Power Distribution Network,PDN)内部，并在电源分配网络的电源/地平面对构成的平行板波导中传播，激起平面谐振，导致严重的电源完整性(Power Integrity,PI)问题，并最终引发信号完整性(Signal Integrity,SI)及电磁干扰(Electro-Magnetic Interference,EMI)等问题，影响电子系统的信号质量，甚至导致系统无法正常工作。电源完整性，尤其是电源分配网络中SSN的抑制，已经成为高速数字系统信号质量提升研究的重点。

数字电路具有开关特性，数字电路中同步开关噪声的产生不可避免。随着电子系统信号翻转速度的不断提高，同步开关噪声在系统电源分配网络中传播，严重影响系统信号的质量，因此，需要对同步开关噪声进行有效的抑制。

典型的抑制同步开关噪声的方法有使用分立式去耦电容、使用嵌入式电容、电源/地平面分割等，这些抑制同步开关噪声的方法各异，但都存在一定的不足。比如，由于自身以及安装线路寄生参数的存在，随着频率的升高，分立式去耦电容的自谐振使其去耦作用减小甚至消失，因此，该方法只适用于数百MHz以下的频段；嵌入式电容要求特殊的印刷电路板制造材料和工艺，并存在高介电常数介质导致信号线路阻抗突变的问题；电源/地平面分割会造成信号返回路径的不连续，破坏高速电路的信号完整性。

电磁带隙(Electormagnetic Band Gap，EBG)结构是一种由有耗介质、金属导体等组成的人工电磁材料，它能够在一定的频段内抑制电磁表面波的传播，从而形成频率带隙。

电磁带隙形成的机理分为两种，一种是Bragg散射机理，另一种是局域谐振机理。在Bragg散射机理EBG中，利用一种介质材料在另一种介质材料中周期性的分布形成周期性结构，在某些频率范围内散射电磁波，从而形成一定的频率带隙；在局域谐振机理EBG中，利用金属单元与介质特殊的连接关系，形成局域电容与电感的谐振单元，利用结构单元在谐振效应下的高阻特性，阻止谐振频率附近的电磁表面波传播，从而形成频率带隙。

局域谐振机理EBG结构的阻带中心频率仅仅与局域谐振单元的谐振频率有关，而与结构的周期大小无关，这使得其在结构尺寸设计上具有更高的灵活性，进而越来越多的被应用于高速数字电路同步开关噪声抑制的研究中。

局域谐振机理EBG结构也分为两类，一类是蘑菇型EBG(Mushrom-like EBG)结构，另一类是平面型EBG结构。相较于蘑菇型EBG结构，平面型EBG结构制造更为方便，且不需要占据额外的PCB层，制造成本较低。但是，在典型的平面型EBG结构中，如L-bridged EBG结构、S-bridged EBG结构及LBS-EBG结构等，要么阻带宽度十分有限，要么低频截止频率较高，其在高速数字电路同步开关噪声抑制方面的性能都需要进一步提升。

发明内容

本发明提供了一种基于平面混合桥电磁带隙结构的电源分配网络，将平面混合桥电磁带隙结构单元周期性地雕刻在电源分配网络的电源平面上，能够在宽频率范围内对电源分配网络中，电源地平面之间的同步开关噪声进行抑制，使得系统获得较好的电源完整性。

一种基于平面混合桥电磁带隙结构的电源分配网络，包括依次布置的电源平面、介质基板和地平面，所述电源平面包括电磁带隙结构单元矩阵，所述平面混合桥电磁带隙结构单元为带有四个S-型桥的结构单元，其中两个S-型桥为连接纵向相邻两个贴片的S1-型桥，另外两个S-型桥为连接横向相邻两个贴片的S2-型桥。各S-型桥对所连接的两个贴片形成半包围。

本发明中纵向和横向为一对相对概念，旨在说明与某一贴片相邻的处在不同方位上的贴片以不同的形式与该贴片相连接，纵向并不仅指较长的方向，横向并不仅指较宽的方向。

所述电磁带隙结构单元为中心对称结构，S1-型桥和S2-型桥具有不完全相同的结构，所述电源平面中相邻的电磁带隙结构单元在连接方式上遵循保持S1-型桥和S2-型桥完整的原则相连接。