[发明专利]基于开环谐振器与X型桥的电源EBG结构

说明书

技术领域

本发明是一种新型超宽带的电源EBG结构，属于电子信息技术领域，其主要用于高速/微波印刷电路的电源平面，抑制在电源/地层平面间的电磁干扰噪声，实现良好的电源完整性。

背景技术

现代电路系统集成了数字电路、射频电路、模拟电路等，集成密度越来越高，工作频率也越来越高，电源地网络的电磁干扰也越来越明显，对系统的性能带来恶劣影响，必须加以抑制。在电源地网络中，电源面与地面之间形成平面对结构，并在一定频率范围内产生各种谐振。此外，高速数字电路产生的同步开关噪声（SSN），在电源地平面中的谐振幅度会加大，加剧了SSN在电源/地平面对之间的传播。随着电路频率的不断提高，电源地的电磁干扰噪声会越来越显著，必须加以抑制从而保证良好的电源完整性。如何设计出合适的电源结构，对电磁干扰噪声进行抑制，成为目前现代电路技术的研究热点。

目前，为解决电路系统中的电源完整性问题，有多种方法可用来抑制电源的电磁干扰噪声。在工业界中广泛采用的方法是在电路板中添加离散去耦电容，为信号线提供一条低阻抗返回路径来达到抑制SSN噪声的目的。但是集总电容在高频时不再是纯电容，而会产生寄生电感和寄生电容，容易产生谐振，不适合对高频噪声进行抑制。美国的G.W.Peterson等人提出在电源/地平面对的四周嵌入电阻电容（RC）元件来改善终端匹配，以减小电路板边界处的反射，来抑制SSN噪声的传播。同样，采取这种方法由于使用大量的集总元件，在高频时会受到明显的寄生效应影响。采用电源岛或者分割电源平面也是SSN噪声的抑制方法之一，它在电源/地平面对上刻蚀出一个独立的区域,对噪声源模块和噪声敏感电路模块进行隔离。然而采用电源岛方法的噪声抑制频率范围较窄，且在高频时的隔离深度较差。局部的互补开环谐振器具有阻带特性，可以有效抑制高频噪声。电磁带隙（EBG）结构，作为周期性电路结构，可以有效抑制电磁噪声在电源地网络中的传播。目前的EBG结构大多采用三层、或四层金属，其周期性的单元结构有通孔平面对型、蘑菇状等。

蘑菇状、通孔平面对型等大多数电源EBG结构采用三层、或四层金属，与传统的电源地平面相比，除上下两层作为电源平面与地平面之外，还额外引入了1-2层金属层，如具有滤波器特性，可以在宽频带范围内高效地抑制电源地网络的电磁干扰噪声，然而额外金属层的引入大大增加了电路加工的成本。

发明内容

1、本发明的目的。

针对大多数EBG结构采用3-4层金属层，才能够抑制高频噪声，但是成本高的缺点，提出了一种基于开环谐振器与X型桥的电源EBG结构。

2、本发明所采用的技术方案。

基于开环谐振器与X型桥的电源EBG结构，包含两层金属层和一层介质层，介质层位于两层金属层之间，上层金属层为电源层，下层金属层为地层，上层金属层即电源层采用刻蚀开环谐振器作为EBG结构的周期性单元，开环谐振器之间采用X型桥连接，下层金属层采用完整的金属平面。开环谐振器通过调整开环谐振器的尺寸进行调节，具体地开环谐振器中调节所采用的方式为：是开环谐振器单元的等效电容，其计算公式为：

其中t为开环谐振器的内边长，是介质材料的相对介电常数；是自由空间的介电常数。L_b是开环谐振器所形成的等效电感，其计算公式为：

是其单位长度上的等效电感。开环谐振器的谐振频率近似计算公式为：

。

3、本发明的有益效果。

（1）本发明的电源EBG结构采用二层金属层，两层金属层之间为介质层，与大多数电源EBG结构采用3-4层金属层相比，具有电路板层数少，成本低的优点。

（2）本发明的电源EBG结构，其上层金属层刻蚀电磁带隙（EBG）结构，作为电源层；下层为完整金属层作为地层，与大多数非完整地平面的电源地结构设计相比，保证了信号回路的连续性，因而对信号完整性的影响小。

（3）采用本发明的电源EBG两层金属层的结构，并且其周期性单元为开环谐振器，与其他典型的电磁带隙结构单元相比，为了达到相同的低截止频率和高噪声抑制特性，其尺寸小，对信号完整性的破坏小，由于开环谐振器的引入，可在实现电磁干扰噪声宽带高抑制的同时，减小对电源平面的破坏，保证信号完整性。

（4）本发明的电源EBG结构，各周期单元之间采用X型桥连接，其等效电感可以改善EBG结构的阻带宽度，实现对电源噪声的宽频带抑制。