一种电磁带隙结构的制作方法
【专利摘要】本发明应用于印制电路板领域，特别是涉及一种应用于印制电路板电源平面的电磁带隙结构。它至少包括非导电基板，非导电基板上下面覆有金属板，金属板被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元。本发明是一种能够有效降低截止频率、提高阻带带宽，其同步开关噪声抑制特性优于传统Z-bridged电磁带隙结构，且采用现有常规印刷电路板制造工艺，易于实现，效益高的电磁带隙结构。
【专利说明】一种电磁带隙结构
【技术领域】
[0001]本发明应用于印制电路板领域，特别是涉及一种应用于印制电路板电源平面的电磁带隙结构。
【背景技术】
[0002]随着现代高速数字电路的发展，快速边沿上升速率，高时钟速率和低电压电平等原因使得电源平面与地平面之间的同步开关噪声问题变得越来越突出。同步开关噪声是由印刷电路板上的多个有源器件的电流同时开关时，电源平面与地平面之间多种谐振模式造成，而同步开关噪声又会引起信号完整性与电磁兼容等问题。印刷电路板作为系统内电磁兼容的一环又是非常重要的一环，因此如何消除高速电路中的同步开关噪声就成了电路设计人员必须解决的难题。为了抑制同步开关噪声，人们已经提出许多种方法，诸如。其中在电源与地平面之间增加去耦电容器就是最常用的方法，但是当频率高于600MHz时，去耦电容器中存在寄生电感，寄生电感会与电容器产生自谐振，限制了频率带宽，一般地去耦电容器在高于600MHz频率应用时无效而典型的同步开关噪声具有低于6GHz的低通频谱，因此采用去耦电容器的旁路技术不能解决高频同步开关噪声问题。一种新的解决方法亟待提出。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能够有效降低截止频率、提高阻带带宽，其同步开关噪声抑制特性优于传统Z-bridged电磁带隙结构，且采用现有常规印刷电路板制造工艺，易于实现，效益高的电磁带隙结构。
[0004]实现本发明目的技术方案是:一种电磁带隙结构，至少包括非导电基板，非导电基板上下面覆有金属板，金属板被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元。
[0005]所述的电磁带隙单元至少包括正方形环内环、正方形环中环、正方形环外环围成的非金属间隙正方形环，其中正方形环一边中间分成上下段，上段位置内外环连通后与下段中间环相通，上段中间环和下段内外环断开；靠近正方形环内环各边对应有四段非金属间隙条，四段非金属间隙条与正方形环内环非金属间隙条平行，正方形环内环、正方形环中环、正方形环外环及四段非金属间隙条之间等距离；四段非金属间隙分别独立距中。
[0006]所述的非金属间隙围成的正方形环附着的非导电基板下端有一正方形金属板，正方形金属板相邻边腐蚀出一个L形非导电间隙，L形非导电间隙的长边一部分与另外邻边腐蚀出一个L形非导电间隙的短边平行，之间通过金属条相隔。
[0007]所述的电磁带隙单元厚度0.4mm,边长90mm。
[0008]所述的金属与三个非金属间隙围成的正方形环同心。
[0009]所述的电磁带隙单元由两组，两组并排布置。
[0010]所述的电磁带隙单元有九组，九组正方形布置成3*3个的正方体。
[0011]本发明与现有的技术相比具有以下优点: 其单位晶格由自旋型枝条、正方形金属贴片缝隙和构成。电磁带隙结构的单位晶格中的自旋型枝条围绕正方形金属贴片。电磁带隙结构单位晶格中金属贴片上蚀刻缝隙。电磁带隙结构单位晶格中金属贴片四周开槽。这种结构有更宽的相对带宽和更低的截止频率，基本覆盖同步开关噪声的噪声频带，可以全向消除位于电源平面与地平面之间的同步开关噪声。
[0012]本发明采用现有常规印刷电路板制造工艺，易于实现，效益高。
[0013]下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的实施例1结构单元示意图；
图2是本发明的实施例2结构单元示意图；
图3是电磁带隙单元示意图；
图4是Z-bridged EBG结构单元示意图；
图5是3X3单元阵列三维视图及端口位置；
图6是EBG单元阵列与Z-bridged EBG单元阵列的S21参数仿真结果；
图7是EBG单元阵列与Z-bridged EBG单元阵列的S31参数仿真结果；
图8是EBG单元阵列与Z-bridged EBG单元阵列的S21和S31参数仿真结果。
[0015]图中，1、非导电基板；2、金属板；3、电磁带隙单兀；4、非金属间隙自由条；5、正方形环内环；6、正方形环中环；7、正方形环外环；8、导电体间隙；9、L形非导电间隙的长边；
10、L形非导电间隙的短边。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
如图1所示，一种电磁带隙结构，至少包括非导电基板1，非导电基板上下面覆有金属板，金属板被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元。所述的电磁带隙单元3由两组，两组并排布置。
[0017]实施例2
如图2所示，一种电磁带隙结构，至少包括非导电基板，非导电基板上下面覆有金属板，金属板被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元。所述的电磁带隙单元有九组，九组正方形布置成3*3个的正方体。
[0018]如图3所示，电磁带隙单元3至少包括正方形环内环5、正方形环中环6、正方形环外环7围成的非金属间隙正方形环，其中正方形环一边中间分成上下段，上段位置内外环连通后与下段中间环相通，上段中间环和下段内外环断开；靠近正方形环内环各边对应有四段非金属间隙条，四段非金属间隙条4与正方形环内环非金属间隙条平行，正方形环内环、正方形环中环、正方形环外环及四段非金属间隙条之间等距离；四段非金属间隙分别独立距中。
[0019]如图4所示，所述的三个非金属间隙围成的正方形环附着的非导电基板下端有一正方形金属板，正方形金属板相邻边腐蚀出一个L形非导电间隙8，L形非导电间隙的长边9 一部分与另外邻边腐蚀出一个L形非导电间隙的短边10平行，之间通过金属条相隔。
[0020]所述的电磁带隙单元3厚度0.4mm,边长90mm。
[0021]所述的金属2与三个非金属间隙围成的正方形环同心。
[0022]下面通过仿真，测试本发明应用于电源平面时对同步开关噪声的抑制效果，具体步骤如下:
(I)将一个3X3矩形单位晶格阵列的新型电磁带隙结构蚀刻嵌入电源平面，选择的双层印刷板的尺寸为90 mmX90 mmX0.4 mm,衬底介质材料为FR4,其相对介电常数
4= 4.4 ,损耗角正切tan J = (102,地平面保持连续完整，如图4所示。其中，自旋型直接围绕金属贴片、金属贴片上蚀刻缝隙和金属贴片四周开槽，是为了增强相邻金属贴片之间的电感。
[0023](2)在位于坐标(45mm,45mm), (75mm,45mm), (75mm,75mm)的三点处，分别加载 3个测试端口，这三个点和原点的坐标如图5所示。新型EBG结构与Z-bridged EBG结构比较，仿真频率段为O-llGHz。利用Anosoft HFSS软件仿真，仿真曲线如图6、图7、图8所示，考虑抑制深度为-30dB时，由仿真曲线结果可知新型EBG的S21为130ΜΗζ_10.7GHz，S31 为 130ΜΗζ-10.45GHz，新型 EBG 结构的有效阻带带宽为 10.32GHz。Z-bridged EBG带宽为 260MHz-6.76GHz,而 Z-bridged EBG 的仿真结果 S21 为 390MHz_6.4GHz, S31 为330MHz-6.55GHz，考虑实际测试与仿真存在的差异，这种差异是可接受的。新型EBG结构与Z-bridged EBG结构比较相对带宽增加了 58.8%，低频截止频率降低了 130MHz，基本覆盖同步开关噪声的噪声频带。
[0024]本发明电磁带隙电源平面的同步开关噪声抑制特性优于传统的Z-bridged电磁带隙结构制作的电源平面，能够全向抑制电源平面上的同步开关噪声，且具有能够采用标准印刷电路板工艺制作的优势，成本低，效益高。
[0025]本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
【权利要求】
1.一种电磁带隙结构，至少包括非导电基板，非导电基板上下面覆有金属板，金属板被腐蚀成间隔分布的电磁带隙单元。
2.根据权利要求1所述的一种电磁带隙结构，其特征是:所述的电磁带隙单元至少包括正方形环内环、正方形环中环、正方形环外环围成的非金属间隙正方形环，其中正方形环一边中间分成上下段，上段位置内外环连通后与下段中间环相通，上段中间环和下段内外环断开；靠近正方形环内环各边对应有四段非金属间隙条，四段非金属间隙条与正方形环内环非金属间隙条平行，正方形环内环、正方形环中环、正方形环外环及四段非金属间隙条之间等距离；四段非金属间隙分别独立距中。
3.根据权利要求2所述的一种电磁带隙结构，其特征是:所述的非金属间隙围成的正方形环附着的非导电基板下端有一正方形金属板，正方形金属板相邻边腐蚀出一个L形非导电间隙，L形非导电间隙的长边一部分与另外邻边腐蚀出一个L形非导电间隙的短边平行，之间通过金属条相隔。
4.根据权利要求1所述的一种电磁带隙结构，其特征是:所述的电磁带隙单元厚度0.4mm,边长 90_。
5.根据权利要求1所述的一种电磁带隙结构，其特征是:所述的金属与三个非金属间隙围成的正方形环同心。
6.根据权利要求1所述的一种电磁带隙结构，其特征是:所述的电磁带隙单元由两组，两组并排布置。
7.根据权利要求1所述的一种电磁带隙结构，其特征是:所述的电磁带隙单元有九组，九组正方形布置成3*3个的正方体。
【文档编号】H05K1/02GK103687280SQ201310641300
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】路宏敏, 郭雁林, 梁博 申请人:西安电子科技大学