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(kāi)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(guò)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(dòng)問(wèn)題，能夠明顯的抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的同步開(kāi)關(guān)噪聲，減小對(duì)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(dòng)作；通過(guò)使用互補(bǔ)開(kāi)口環(huán)諧振器來(lái)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(shí)，有效的減小單元結(jié)構(gòu)的尺寸大??；通過(guò)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(shuō)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(hào)傳輸?shù)乃俾试絹?lái)越高，并且為了低功耗的實(shí)現(xiàn)，供電電源的幅值要求更加低更加穩(wěn)定，而且同時(shí)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(lái)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(huì)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(huì)占據(jù)系統(tǒng)將近一半的互連空間用于信號(hào)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(duì)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(kāi)關(guān)噪聲(SSN)的激勵(lì)，諧振幅度會(huì)加大，從而加劇同步開(kāi)關(guān)噪聲(SSN)在電源/地平面對(duì)之間的傳播。隨著集成電路技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)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(shí)鐘運(yùn)行速率不斷加快、信號(hào)上升/下降沿時(shí)間不斷變短、供電直流電壓不斷減小，SSN噪聲問(wèn)題越來(lái)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(shí)，SSN噪聲會(huì)對(duì)高速電路系統(tǒng)中的信號(hào)完整性(SI)和電源完整性(PI)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時(shí)還會(huì)引發(fā)電磁干擾(EMI)等問(wèn)題。因此，SSN將會(huì)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(jì)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(jí)封裝技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
[0004]目前，為解決混合電路系統(tǒng)中的電源完整性問(wèn)題，有多種方法可用來(lái)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(hào)線提供一條低阻抗返回路徑來(lái)達(dá)到抑制SSN噪聲的目的。但是集總電容在高頻時(shí)會(huì)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M(fèi)Hz的頻率附近抑制SSN噪聲的傳播，無(wú)法用來(lái)抑制高頻范圍內(nèi)的噪聲。另一種采用通孔對(duì)的方法，通過(guò)選擇不同過(guò)孔的位置來(lái)消除不同模式處的諧振，從而阻止SSN噪聲在電源/地平面對(duì)之間傳播，但是采用這種方法只能在一定頻率范圍內(nèi)對(duì)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(duì)上刻蝕出一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，對(duì)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(shí)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(hào)線的參考平面時(shí)，會(huì)破壞返回電流路徑的連續(xù)性，影響信號(hào)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(shí)，盡可能減小對(duì)信號(hào)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(wèn)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(kāi)關(guān)噪聲(SSN)，實(shí)現(xiàn)較好的電源完整性(PI)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)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(guò)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(lái)對(duì)噪聲信號(hào)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(kāi)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(jì)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(lái)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(kāi)口環(huán)諧振器，所述連橋?yàn)闉榻徊嫘瓦B橋?；パa(bǔ)開(kāi)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(kāi)關(guān)噪聲和地彈噪聲?；パa(bǔ)開(kāi)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(chǎng)軸向入射到諧振器表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)的介電常數(shù)，形成一個(gè)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(duì)信號(hào)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)t = 24.5mm ;槽線尺寸s = 0.3mm ;兩個(gè)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(kāi)口寬度g = Imm ;每個(gè)正方型諧振器的邊長(zhǎng)尺寸l_unit = 27.4mm。
[0010]作為優(yōu)選，所述連橋是一個(gè)對(duì)稱性重復(fù)型結(jié)構(gòu)，每個(gè)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(duì)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(dòng)問(wèn)題，能夠明顯的抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的同步開(kāi)關(guān)噪聲，減小對(duì)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(dòng)作；通過(guò)使用互補(bǔ)開(kāi)口環(huán)諧振器來(lái)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(shí)，有效的減小單元結(jié)構(gòu)的尺寸大?。煌ㄟ^(guò)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(shuō)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(shí)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(shí)施方式】
[0016]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]本發(fā)明針對(duì)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(guò)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(kāi)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(gè)對(duì)稱性重復(fù)型結(jié)構(gòu)，每個(gè)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(zhǎng)t = 24.5mm ;槽線尺寸s = 0.3mm ;兩個(gè)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(kāi)口寬度g = Imm ;每個(gè)正方型諧振器4的邊長(zhǎng)尺寸 l_unit = 27.4mm η
[0018]本發(fā)明一種實(shí)施例，高速微波介質(zhì)層2厚度尺寸d = 0.4mm,其相對(duì)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(zhǎng)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(shí)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(dòng)問(wèn)題，能夠明顯的抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的同步開(kāi)關(guān)噪聲，減小對(duì)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(dòng)作；通過(guò)使用互補(bǔ)開(kāi)口環(huán)諧振器來(lái)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(shí)，有效的減小單元結(jié)構(gòu)的尺寸大小；通過(guò)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(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)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(guò)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(kāi)口環(huán)諧振器，所述連橋?yàn)闉榻徊嫘瓦B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(zhǎng)t = 24.5mm ;槽線尺寸s = 0.3mm ;兩個(gè)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(kāi)口寬度g = Imm ;每個(gè)正方型諧振器的邊長(zhǎng)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(gè)對(duì)稱性重復(fù)型結(jié)構(gòu)，每個(gè)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(duì)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(hào)】H01P1/20GK104332677SQ201410579472
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海交通大學(xué)