本實(shí)用新型實(shí)施例涉及電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著電子系統(tǒng)朝著高速度、高密度和低功耗的方向發(fā)展，這便要求高速時(shí)鐘信號(hào)具有更陡峭的跳變沿以及更低的信號(hào)電壓。這樣會(huì)造成高速時(shí)鐘頻率的提高，從而引起電源完整性(PI)和地彈噪聲(GBN)等問題，尤其是由大量驅(qū)動(dòng)開關(guān)不停的開斷而造成同步開關(guān)噪聲(Simultaneous Switching Noise，SSN)問題在電源和地平面當(dāng)中不可避免。這些噪聲不僅會(huì)造成信號(hào)傳輸?shù)亩秳?dòng)和電磁輻射問題，而且還會(huì)導(dǎo)致敏感射頻、模擬電路的誤操作等嚴(yán)重的信號(hào)完整性(SI)問題。

現(xiàn)有技術(shù)中，可以采用電磁帶隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)結(jié)構(gòu)解決信號(hào)完整性和SSN，電磁帶隙結(jié)構(gòu)是一種由有耗介質(zhì)、導(dǎo)體金屬或其他混合體組成的人工電磁材料。例如，Mushroom-like EBG結(jié)構(gòu)、3D級(jí)聯(lián)型的Mushroom EBG，L-bridgeEBG結(jié)構(gòu)和meander L-bridge EBG結(jié)構(gòu)。

但是，Mushroom-like EBG結(jié)構(gòu)和3D級(jí)聯(lián)型的Mushroom EBG雖然能夠抑制SSN，但是制作成本太高。且L-bridge結(jié)構(gòu)，meander L-bridge結(jié)構(gòu)，π-bridge結(jié)構(gòu)在抑制SSN時(shí)存在帶寬有限或者信號(hào)完整性差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，用以提供一種成本低，且抑制SSN時(shí)超寬帶的電磁帶隙結(jié)構(gòu)并且保證了電路的信號(hào)完整性和電源完整性。

為達(dá)到上述目的，本申請(qǐng)采用如下技術(shù)方案：

第一方面，提供一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，包括：電源平面、地平面以及位于電源平面和地平面之間的絕緣介質(zhì)；在電源平面的第一面設(shè)置有至少一個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)，電源平面的第一面指電源平面未與絕緣介質(zhì)相連的一面；電磁帶隙結(jié)構(gòu)用于抑制同步開關(guān)噪聲；電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以M行×N列分布的M×N個(gè)基本單元，基本單元為加長(zhǎng)型L-bridge結(jié)構(gòu)，其中，M和N為大于或等于3的整數(shù)；M×N個(gè)基本單元中每相鄰的兩個(gè)基本單元之間采用L-型橋連接；在M×N個(gè)基本單元中內(nèi)嵌有Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器用于在諧振頻率附近形成一個(gè)傳輸禁帶，對(duì)電源和地平面間的噪聲進(jìn)行抑制，其中，Q為大于或等于4且小于或等于M×N的整數(shù)；Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器中的每個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器對(duì)應(yīng)一個(gè)所述L-bridge結(jié)構(gòu)；Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器按照第一預(yù)設(shè)規(guī)則排列。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電磁帶隙結(jié)構(gòu)，相對(duì)于L-bridge本結(jié)構(gòu)增大了橋連線的長(zhǎng)度，使得結(jié)構(gòu)的下截至頻率降低，同時(shí)添加了雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使得上截至頻率變大，從而整個(gè)結(jié)構(gòu)的SSN抑制帶寬更寬。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，電源平面和地平面的材料為銅箔。

結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，銅箔的厚度為0.035mm。

結(jié)合第一方面至第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)為4.4，絕緣介質(zhì)的耗散因子為tanδ＝0.02的FR4材料，絕緣介質(zhì)的厚度為0.4mm。

結(jié)合第一方面至第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，第一預(yù)設(shè)規(guī)則為：在M×N個(gè)基本單元中每個(gè)基本單元內(nèi)均內(nèi)嵌有雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器；或者，第一預(yù)設(shè)規(guī)則為：Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器中每相鄰兩個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器之間間隔一個(gè)未內(nèi)嵌有雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的L-bridge結(jié)構(gòu)。

結(jié)合第一方面至第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的尺寸為長(zhǎng)90mm×寬90mm×高0.4mm。

結(jié)合第一方面至第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以3行×3列分布的9個(gè)基本單元。

結(jié)合第一方面至第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器中存在4個(gè)端口，4個(gè)端口中的一個(gè)端口用作輸入端口，四個(gè)端口中的其余三個(gè)端口用作輸出端口。

結(jié)合第一方面至第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，4個(gè)端口中每個(gè)端口的電阻為50Ω。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖2a為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖2b為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)示意圖三；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的內(nèi)嵌雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的L-bridge EBG單元結(jié)構(gòu)；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器在平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的分布示意圖一；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器在平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的分布示意圖二；

圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)的S參數(shù)；

圖8為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)和L-bridge EBG結(jié)構(gòu)的S21參數(shù)對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述。

如圖1所示，圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)，包括：電源平面10、地平面20以及位于電源平面10和地平面20之間的絕緣介質(zhì)30；在電源平面10的第一面設(shè)置有至少一個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)，電源平面的第一面指電源平面未與絕緣介質(zhì)相連的一面；電磁帶隙結(jié)構(gòu)用于抑制同步開關(guān)噪聲；

如圖2a所示，電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以M行×N列分布的M×N個(gè)基本單元501，基本單元為L(zhǎng)-bridge結(jié)構(gòu)40，其中，M和N為大于或等于3的整數(shù)；M×N個(gè)基本單元中每相鄰的兩個(gè)基本單元之間采用L-型橋401連接；

如圖2b所示，在M×N個(gè)基本單元中內(nèi)嵌有Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器502，雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器用于在諧振頻率附近形成一個(gè)傳輸禁帶，對(duì)電源和地平面間的噪聲進(jìn)行抑制，其中，Q為大于或等于4且小于或等于M×N的整數(shù)；Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器中的每個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器對(duì)應(yīng)一個(gè)L-bridge結(jié)構(gòu)；Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器按照第一預(yù)設(shè)規(guī)則排列。

可以理解的是，在M×N個(gè)內(nèi)嵌有Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器502基本單元中的每個(gè)基本單元501內(nèi)均蝕刻有與雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器502結(jié)構(gòu)一致的凹槽。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電磁帶隙結(jié)構(gòu)，相對(duì)于L-bridge本結(jié)構(gòu)增大了橋連線的長(zhǎng)度，使得結(jié)構(gòu)的下截至頻率降低，同時(shí)添加了雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使得上截至頻率變大，從而整個(gè)結(jié)構(gòu)的SSN抑制帶寬更寬。

本實(shí)用新型實(shí)施例中的Q的數(shù)量可以根據(jù)基本單元的數(shù)量進(jìn)行確定，并使得按照Q個(gè)分布時(shí)，使得Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器滿足第一預(yù)設(shè)規(guī)則。

內(nèi)嵌雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的L-bridge EBG單元結(jié)構(gòu)如圖3所示。L-bridge EBG包括呈矩形狀的第一邏輯單元，該第一邏輯單元的長(zhǎng)a1＝30mm，L型橋包括第一垂直部和第一水平部，其中，第一水平部和一垂直部垂直，第一水平部的長(zhǎng)b1＝27.4mm,第一水平部的寬為g2＝0.5mm，任意一個(gè)第一水平部和與其相鄰的另一個(gè)水平部之間的距離為w2＝0.1mm

L型橋的第一垂直部的長(zhǎng)為a3＝14.4mm，第一垂直部的寬g1為0.5mm，任意一個(gè)L型橋的第一垂直部和與其相鄰的另一個(gè)L型橋的第一水平部之間的距離為w1＝0.5mm。

雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器內(nèi)包括對(duì)稱設(shè)置的第一結(jié)構(gòu)和對(duì)稱設(shè)置的第二結(jié)構(gòu)，其中，對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)第一結(jié)構(gòu)之間的距離為a2＝14mm，對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)第一結(jié)構(gòu)之間的間隙為w3＝1mm，第一結(jié)構(gòu)和與其靠近的第二結(jié)構(gòu)之間的距離為g4＝1mm，第二結(jié)構(gòu)包括第二垂直部、第二水平部，第三垂直部，第二垂直部和第三垂直部均與第二水平部垂直。第二垂直部和第三垂直部的寬為g3＝1mm，第一結(jié)構(gòu)包括第三水平部、第四垂直部和第五垂直部，其中，第四垂直部和第五垂直部位于第三水平部?jī)啥?，且均與第三水平部垂直，第四垂直部和第五垂直部的寬為g5＝1mm。

介質(zhì)為介電常數(shù)εr＝4.4，耗散因子為tanδ＝0.02的FR4材料。介質(zhì)厚度為0.4mm，銅箔厚度為0.035mm。為驗(yàn)證此結(jié)構(gòu)對(duì)于SSN噪聲的抑制能力，共設(shè)定4個(gè)50Ω的集總同軸端口，其中Port 1作為輸入端口設(shè)置在(15mm,75mm,0.4mm)的位置，Port 2-Port 4作為輸出端口分別設(shè)置在(45mm,45mm,0.4mm)，(75mm,75mm,0.4mm)，(75mm,15mm,0.4mm)的位置。

內(nèi)嵌雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中，諧振器作為人工電磁材料自身都會(huì)產(chǎn)生帶隙特性，其結(jié)構(gòu)參數(shù)的略微差別，使得它們的諧振頻率會(huì)各不相同，故而在一定頻率內(nèi)具有選頻作用，可以起到對(duì)噪聲的抑制。該結(jié)構(gòu)不僅可以寬阻帶、高隔離度的抑制SSN噪聲的傳播，而且能保持比較好的SI特性。本文將DBCSRR結(jié)構(gòu)和EBG相結(jié)合進(jìn)行SSN抑制。

可選的，電源平面和地平面的材料為銅箔。

可選的，銅箔的厚度為0.035mm。

可選的，絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)為4.4，所述絕緣介質(zhì)的耗散因子為tanδ＝0.02的FR4材料，所述絕緣介質(zhì)的厚度為0.4mm。

可選的，一方面，第一預(yù)設(shè)規(guī)則為：在所述M×N個(gè)基本單元中每個(gè)基本單元內(nèi)均內(nèi)嵌有所述雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器。

示例性的，以M＝3，N＝3為例，則在所述9個(gè)基本單元中的每個(gè)基本單元內(nèi)均內(nèi)嵌有雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器。

另一方面，第一預(yù)設(shè)規(guī)則為：Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器中每相鄰兩個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器之間間隔一個(gè)未內(nèi)嵌有雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的L-bridge結(jié)構(gòu)。

示例性的，以M＝3，N＝3為例，在此種情況下為了使得每相鄰兩個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器之間間隔一個(gè)未內(nèi)嵌有雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的L-bridge結(jié)構(gòu)，則Q可以為5也可以為4.

如圖2所示，圖2示出了一種Q為5時(shí)5個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的分布情況，由圖5可以看出此時(shí)該5個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器中的一個(gè)內(nèi)嵌于最中間的一個(gè)L-bridge結(jié)構(gòu)1011，其余四個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1011對(duì)角線上的L-bridge結(jié)構(gòu)內(nèi)，如圖2所示，分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1014、內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)501以及內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1017以及內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1019。

如圖6所示，圖6示出了一種Q為4時(shí)4個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器的分布情況，由圖6可以看出此時(shí)該4個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1015、分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1018、分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1013以及分別內(nèi)嵌于位于L-bridge結(jié)構(gòu)1012中。

平面型電磁帶隙結(jié)構(gòu)的尺寸為長(zhǎng)90mm×寬90mm×高0.4mm。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)包括以3行×3列分布的9個(gè)基本單元。

Q個(gè)雙互補(bǔ)開口環(huán)諧振器中存在4個(gè)端口(例如，如圖5所示的Port1、Port2、Port3和Port4)，4個(gè)端口中的一個(gè)端口用作輸入端口，所述四個(gè)端口中的其余三個(gè)端口用作輸出端口。

4個(gè)端口中每個(gè)端口的電阻為50Ω。

為得到所提出結(jié)構(gòu)的電源噪聲抑制能力，通過Ansoft HFSS V15軟件對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電磁仿真，最終得到所需端口間的S參數(shù)的幅值，并與L-bridge EBG structure以及參考平面的電源噪聲抑制能力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖7所示和圖8所示。圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)的S參數(shù)，圖8為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)和L-bridge EBG結(jié)構(gòu)的S21參數(shù)對(duì)比圖，由圖7和圖8可以得到如表1所示的結(jié)果：

表1

可以看出在-30dB抑制深度下，新型內(nèi)嵌DBCSRR的L-bridge EBG結(jié)構(gòu)的噪聲抑制效果良好，且抑制效果均優(yōu)于L-bridge EBG structure。本文提出了一種內(nèi)嵌DBCSRR濾波器的平面型EBG結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)對(duì)SSN噪聲的抑制能力，在-30dB下阻帶寬度為350MHz-20GHz以上。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)均證明該結(jié)構(gòu)在SSN抑制方面具有優(yōu)越的特性。相比于傳統(tǒng)的L-bridge EBG，基于此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在阻帶帶寬方面有較大提高，而該結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量并沒有產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，我們通過對(duì)該結(jié)構(gòu)建立電路和諧振腔模型分別分析了所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的上下截止頻率。

以上所述，僅為本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式，但本申請(qǐng)的保護(hù)范圍并不局限于此，任何在本申請(qǐng)揭露的技術(shù)范圍內(nèi)的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本申請(qǐng)的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。