一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，包括由上往下依次連接的電源層、高速微波介質(zhì)層和地層，所述電源層包括若干基本周期單元，所述基本周期單元由若干諧振器通過連橋連接。本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：有效解決高速混合電路系統(tǒng)中由于瞬態(tài)電流變化所引起的電壓波動問題，能夠明顯的抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的同步開關(guān)噪聲，減小對混合電路系統(tǒng)中射頻/模擬電路產(chǎn)生干擾，避免引發(fā)芯片的誤動作；通過使用互補(bǔ)開口環(huán)諧振器來構(gòu)成電磁帶隙結(jié)構(gòu)的基本單元，可以在達(dá)到預(yù)期的噪聲抑制性能同時，有效的減小單元結(jié)構(gòu)的尺寸大小；通過引入交叉型連橋，可以改變抑制深度，增大噪聲抑制頻帶范圍。
【專利說明】一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子信息【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代電路系統(tǒng)中，信號傳輸?shù)乃俾试絹碓礁撸⑶覟榱说凸牡膶崿F(xiàn)，供電電源的幅值要求更加低更加穩(wěn)定，而且同時各種電路模塊如高速數(shù)字電路、射頻/模擬電路等都集成在一起，系統(tǒng)的集成密度也越來越高，互相之間的影響也日趨明顯。而作為給電路系統(tǒng)供電的電源分配網(wǎng)絡(luò)(I3DN)，幾乎所有的電子元器件會直接或間接的分布在其上。PDN作為混合電路系統(tǒng)中最復(fù)雜、最龐大的互連結(jié)構(gòu)，會占據(jù)系統(tǒng)將近一半的互連空間用于信號的布局和布線。
[0003]在PDN結(jié)構(gòu)中，電源面與地面之間形成平面對結(jié)構(gòu)，并在一定頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生各種諧振產(chǎn)生地彈噪聲(GBN)。受到同步開關(guān)噪聲(SSN)的激勵，諧振幅度會加大，從而加劇同步開關(guān)噪聲(SSN)在電源/地平面對之間的傳播。隨著集成電路技術(shù)和系統(tǒng)級封裝技術(shù)的發(fā)展，混合電路系統(tǒng)中高速數(shù)字電路的時鐘運(yùn)行速率不斷加快、信號上升/下降沿時間不斷變短、供電直流電壓不斷減小，SSN噪聲問題越來越明顯。尤其是當(dāng)電路的應(yīng)用頻段在高達(dá)到GHz以上時，SSN噪聲會對高速電路系統(tǒng)中的信號完整性(SI)和電源完整性(PI)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時還會引發(fā)電磁干擾(EMI)等問題。因此，SSN將會成為制約高速集成電路發(fā)展的主要瓶頸之一。如何設(shè)計出合適的PDN結(jié)構(gòu)，既能寬阻帶、高隔離度的抑制SSN噪聲傳播，又可以保證電路系統(tǒng)的SI特性，成為目前系統(tǒng)級封裝技術(shù)的研究熱點。
[0004]目前，為解決混合電路系統(tǒng)中的電源完整性問題，有多種方法可用來抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)中SSN的傳播。在工業(yè)界中廣泛采用的方法是在電路板中添加離散去耦電容，為信號線提供一條低阻抗返回路徑來達(dá)到抑制SSN噪聲的目的。但是集總電容在高頻時會產(chǎn)生寄生電感和寄生電容，再受到器件周圍焊盤與通孔的影響，容易產(chǎn)生諧振。因此，使用去耦電容只能在幾百MHz的頻率附近抑制SSN噪聲的傳播，無法用來抑制高頻范圍內(nèi)的噪聲。另一種采用通孔對的方法，通過選擇不同過孔的位置來消除不同模式處的諧振，從而阻止SSN噪聲在電源/地平面對之間傳播，但是采用這種方法只能在一定頻率范圍內(nèi)對噪聲抑制。采用電源島或者分割電源平面也是SSN噪聲的抑制方法之一，它在電源/地平面對上刻蝕出一個獨立的區(qū)域，對噪聲源模塊和噪聲敏感電路模塊進(jìn)行隔離，因此也可以看成是一種基于局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的TON。然而采用電源島方法的噪聲抑制頻率范圍較窄，且在高頻時的隔離深度較差。電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)可以有效抑制PDN結(jié)構(gòu)中電磁波的傳播。但EBG作為一種周期性結(jié)構(gòu)，在多層電路封裝中，當(dāng)其作為信號線的參考平面時，會破壞返回電流路徑的連續(xù)性，影響信號線的傳輸質(zhì)量。因此需優(yōu)化EBG結(jié)構(gòu)，在抑制SSN噪聲的同時，盡可能減小對信號完整性的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，改變現(xiàn)有的電源/地平面的電源層，從而抑制在電源/地層之間的地彈噪聲(GBN)和同步開關(guān)噪聲(SSN)，實現(xiàn)較好的電源完整性(PI)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，包括由上往下依次連接的電源層、高速微波介質(zhì)層和地層，所述電源層包括若干基本周期單元，所述基本周期單元由若干諧振器通過連橋連接。所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)是一種周期性分布，是一種人工電磁材料，在一定的頻率范圍內(nèi)具有阻帶特性，可以用來對噪聲信號的傳播進(jìn)行抑制。而電源分配網(wǎng)絡(luò)是在混合高速電路系統(tǒng)中，包含有噪聲源電路和噪聲敏感電路部分，其中噪聲源電路包括高速數(shù)字電路、高速開關(guān)電源等，噪聲敏感電路包含有射頻電路和模擬電路等，這幾部分電路分布于不同區(qū)域。所設(shè)計的電磁帶隙結(jié)構(gòu)覆蓋了噪聲源電路和噪聲敏感電路所在的區(qū)域，可用來抑制相互之間的噪聲傳播。
[0007]作為優(yōu)選，所述諧振器為互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，所述連橋為為交叉型連橋?；パa(bǔ)開口環(huán)諧振器(CSRR,Complimentary Split Ring Resonator)和交叉型連橋組成其基本周期單元，該新結(jié)構(gòu)用于抑制電源與地平面之間的同步開關(guān)噪聲和地彈噪聲?；パa(bǔ)開口環(huán)諧振器是一種人工電磁材料，它屬于微波異性介質(zhì)，當(dāng)電場軸向入射到諧振器表面時，會產(chǎn)生負(fù)的介電常數(shù)，形成一個陡峭的傳輸禁帶。與其他典型的EBG單元相比，采用CSRR單元可以達(dá)到相同的低頻截止頻率和噪聲抑制特性情況下，結(jié)構(gòu)尺寸較小，從而減小對信號線的返回電流路徑連續(xù)性的影響。交叉型連橋可以等效為電感和對地電容的T型結(jié)構(gòu)，與CSRR單元相連構(gòu)成EBG結(jié)構(gòu)，且調(diào)節(jié)交叉型連橋的寬度和長度可以改善EBG的性能。
[0008]作為優(yōu)選,所述地層為完整覆銅面。
[0009]作為優(yōu)選,所述諧振器最內(nèi)方型貼片的邊長t = 24.5mm ;槽線尺寸s = 0.3mm ;兩個諧振器外側(cè)諧振環(huán)之間的連橋的尺寸大小wl = 0.3mm ;外槽線與諧振器單元的邊沿間距w2 = 0.5mm ;諧振器開口寬度g = Imm ;每個正方型諧振器的邊長尺寸l_unit = 27.4mm。
[0010]作為優(yōu)選，所述連橋是一個對稱性重復(fù)型結(jié)構(gòu)，每個諧振器間的連橋結(jié)構(gòu)尺寸都相同，連橋橫軸方向上的尺寸l_bridge = 2.6mm ;連橋與諧振器連接處的縱軸方向的尺寸w—bridge = 5mm。
[0011]作為優(yōu)選,所述電源層厚度為35mm ;所述高速微波介質(zhì)層厚度尺寸d = 0.4mm,其相對介電常數(shù)=4.4，介質(zhì)表面的損耗角正切為0.02 ;所述地層厚度為35mm。
[0012]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:有效解決高速混合電路系統(tǒng)中由于瞬態(tài)電流變化所引起的電壓波動問題，能夠明顯的抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的同步開關(guān)噪聲，減小對混合電路系統(tǒng)中射頻/模擬電路產(chǎn)生干擾，避免引發(fā)芯片的誤動作；通過使用互補(bǔ)開口環(huán)諧振器來構(gòu)成電磁帶隙結(jié)構(gòu)的基本單元，可以在達(dá)到預(yù)期的噪聲抑制性能同時，有效的減小單元結(jié)構(gòu)的尺寸大??；通過引入交叉型連橋，可以改變抑制深度，增大噪聲抑制頻帶范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為圖1中組成電源層的基本周期單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為圖2中構(gòu)成基本周期單元的諧振器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0016]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]本發(fā)明針對現(xiàn)有的不足提供一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括由上往下依次連接的電源層1、高速微波介質(zhì)層2和地層3，所述電源層I包括若干基本周期單元，所述基本周期單元由若干諧振器4通過連橋5連接。所述地層3為完整覆銅面。如圖2所示，所述諧振器4為互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，所述連橋5為為交叉型連橋。所述連橋5是一個對稱性重復(fù)型結(jié)構(gòu)，每個諧振器4間的連橋5結(jié)構(gòu)尺寸都相同，連橋5橫軸方向上的尺寸l_bridge = 2.6mm ;連橋5與諧振器4連接處的縱軸方向的尺寸w_bridge = 5mm。如圖3所示,所述諧振器4最內(nèi)方型貼片的邊長t = 24.5mm ;槽線尺寸s = 0.3mm ;兩個諧振器4外側(cè)諧振環(huán)之間的連橋的尺寸大小wl = 0.3mm ;外槽線與諧振器4單元的邊沿間距《2 = 0.5mm ;諧振器4開口寬度g = Imm ;每個正方型諧振器4的邊長尺寸 l_unit = 27.4mm η
[0018]本發(fā)明一種實施例，高速微波介質(zhì)層2厚度尺寸d = 0.4mm,其相對介電常數(shù)=4.4，介質(zhì)表面的損耗角正切為0.02 ;本發(fā)明正方形結(jié)構(gòu)的邊長I = 87.4mm。電源層2，具有EBG結(jié)構(gòu)，其厚度為35mm ;所述地層3保持完整的金屬平面，其厚度為35mm。
[0019]本具體實施有效解決高速混合電路系統(tǒng)中由于瞬態(tài)電流變化所引起的電壓波動問題，能夠明顯的抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的同步開關(guān)噪聲，減小對混合電路系統(tǒng)中射頻/模擬電路產(chǎn)生干擾，避免引發(fā)芯片的誤動作；通過使用互補(bǔ)開口環(huán)諧振器來構(gòu)成電磁帶隙結(jié)構(gòu)的基本單元，可以在達(dá)到預(yù)期的噪聲抑制性能同時，有效的減小單元結(jié)構(gòu)的尺寸大小；通過引入交叉型連橋，可以改變抑制深度，增大噪聲抑制頻帶范圍。
[0020]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括由上往下依次連接的電源層、高速微波介質(zhì)層和地層，所述電源層包括若干基本周期單元，所述基本周期單元由若干諧振器通過連橋連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述諧振器為互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，所述連橋為為交叉型連橋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述地層為完整覆銅面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述諧振器最內(nèi)方型貼片的邊長t = 24.5mm ;槽線尺寸s = 0.3mm ;兩個諧振器外側(cè)諧振環(huán)之間的連橋的尺寸大小wl = 0.3mm ;外槽線與諧振器單元的邊沿間距w2 =0.5mm ;諧振器開口寬度g = Imm ;每個正方型諧振器的邊長尺寸l_unit = 27.4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連橋是一個對稱性重復(fù)型結(jié)構(gòu)，每個諧振器間的連橋結(jié)構(gòu)尺寸都相同，連橋橫軸方向上的尺寸l_bridge = 2.6mm ;連橋與諧振器連接處的縱軸方向的尺寸w_bridge=5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種抑制高速電路地彈噪聲的超寬帶平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電源層厚度為35mm ;所述高速微波介質(zhì)層厚度尺寸d = 0.4mm,其相對介電常數(shù)=4.4，介質(zhì)表面的損耗角正切為0.02 ;所述地層厚度為35mm。
【文檔編號】H01P1/20GK104332677SQ201410579472
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】李曉春, 張佶, 毛軍發(fā) 申請人:上海交通大學(xué)