一种锁相环接口信号抗干扰装置的制作方法

本实用新型涉一种锁相环接口信号抗干扰装置，属于电磁兼容技术领域。

背景技术：

锁相环输出信号指标主要有相噪、杂散、谐波抑制、输出功率和调频时间，其中相噪、谐波抑制和杂散成为影响系统指标的主要因素和设计难点。锁相环的晶振输入、电荷泵的输入和压控振荡器的高频输出信号都是通过I/O接口和片外电路交换信号，晶振输入信号和振荡器高频输出信号本身是频率较高的时钟信号，每翻转一次都会给信号布线下方的衬底和周围的敏感信号带来干扰；成本和功耗考量，锁相环中的环路滤波器通常放在片外，电荷泵的输出信号通过I/O接口与片外环路滤波器连接，该输出敏感信号容易受到衬底噪声和高频带噪声信号的干扰，导致锁相环输出信号的相噪性能变差、杂散难于抑制。为了得到稳定的输出，除了通过优化锁相环电路结构外，更重要是装置内合理的布局和布线，尽量降低噪声的干扰。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种锁相环接口信号抗干扰装置，通过在接口信号走线下方铺设条状低层金属形成的屏蔽线，解决了芯片内接口信号的噪声耦合和串扰等干扰问题。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种锁相环接口信号抗干扰装置，包括顶层电路板、低层电路板、衬底层；

所述顶层电路板、低层电路板、衬底层依次连接，低层电路板位于顶层电路板和衬底层之间；所述顶层电路板上布设有锁相环接口信号电路，所述低层电路板上布设有第一屏蔽线，第一屏蔽线为带有槽的矩形金属层。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述第一屏蔽线的宽度至少比所述信号电路的走线宽度宽2um～5um。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，当锁相环接口信号抗干扰装置还包括多个第一电路板时，第一电路板位于所述低层电路板和衬底层之间。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述第一屏蔽线上的槽为多个等间距平行排列的矩形区域，该矩形区域的宽度为0.5um～1um，相邻矩形区域之间的间距为2～5um。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述锁相环接口信号电路位于所述顶层电路板的中间，锁相环接口信号电路的两侧布设有第二屏蔽线，第二屏蔽线为金属层。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述顶层电路板上的第二屏蔽线与低层电路板上的第一屏蔽线连接。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述顶层电路板上还布设有焊盘，所述焊盘与锁相环接口信号电路连接。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述锁相环接口信号电路的走线宽度至少为1.5W1，W1为满足锁相环接口信号电路最大电流密度条件下的最小金属宽度。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述锁相环接口信号电路与锁相环的其他电路的间距不小于5um。

上述锁相环接口信号抗干扰装置，所述衬底层采用硅材料。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)锁相环特殊的接口信号的布线设计采用顶层金属：锁相环特殊的接口信号采用顶层金属走线，以增加敏感信号和芯片衬底的距离；

(2)锁相环特殊的接口信号走线下方铺设条状的低层金属屏蔽线：在特殊的接口信号走线下方铺设条状的低层金属屏蔽高频噪声信号对敏感信号的干扰和保护敏感信号避免受到衬底及高频信号的干扰；

(3)锁相环特殊的电路模块供电和隔离布局设计采用独立焊盘：振荡器VCO和电荷泵CP的电源和接地焊盘分开且均为独立焊盘，特殊的接口信号下方铺设的金属屏蔽线连接独立的接地焊盘，敏感模块和噪声模块的隔离保护环采用独立的电源和接地焊盘连接。

附图说明

图1为本实用新型多层电路板装配示意图；

图2为本实用新型低层电路板的电路布设示意图；

图3为本实用新型顶层电路板的电路布设示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

一种锁相环接口信号抗干扰装置，其特征在于：包括顶层电路板1、低层电路板2、第一电路板3、衬底层4；衬底层4采用硅材料。

所述顶层电路板1、低层电路板2、衬底层4依次连接，低层电路板2位于顶层电路板1和衬底层4之间，如图1所示；所述顶层电路板1上布设有锁相环接口信号电路11，所述低层电路板2上布设有第一屏蔽线13，第一屏蔽线13为带有槽的矩形金属层。第一屏蔽线13上的槽为多个等间距平行排列的矩形区域14，该矩形区域14的宽度为0.5um～1um，相邻矩形区域14之间的间距为2～5um，如图2所示。

所述第一屏蔽线的宽度至少比所述信号电路的走线宽度宽2um～5um。

当锁相环接口信号抗干扰装置还包括多个第一电路板3时，多个第一电路板3均位于所述低层电路板2和衬底层4之间。

所述锁相环接口信号电路11位于所述顶层电路板1的中间，所述锁相环接口信号电路11的走线宽度至少为1.5W1，W1为满足锁相环接口信号电路11最大电流密度条件下的最小金属宽度。锁相环接口信号电路11的两侧布设有第二屏蔽线12，第二屏蔽线12为金属层，如图3所示。第二屏蔽线12与低层电路板2上的第一屏蔽线13连接。

所述顶层电路板1上还布设有焊盘，所述焊盘与锁相环接口信号电路11连接。

所述锁相环接口信号电路11与锁相环的其他电路的间距不小于5um。

实施例：

锁相环I/O接口信号在顶层电路板1上的采用金属走线，屏蔽线采用待槽的矩形金属铺设在信号走线下方，即铺设在低层电路板2上，保护敏感信号避免受到衬底及高频信号的干扰。从顶层电路板1上的焊盘接出的接口信号的实际金属宽度为1.5W1(W1为满足信号最大电流密度条件下的最小金属宽度)，与周围其他信号保持5um及以上的距离，屏蔽线宽度W2至少比信号走线宽度延伸2～5um。下文说明采用顶层金属走线和铺设金属屏蔽线降低衬底噪声耦合串扰的版图布线设计，通过分析芯片的后仿真和流片测试结果，对信号走线的长度、宽度和信号之间的距离作了量化。

锁相环特殊的接口信号走线采用顶层金属：主要考量是顶层金属与衬底的距离较远，信号线和衬底之间寄生的平板电容值就随信号线和衬底的距离增大而减小。衬底通过寄生小电容耦合到敏感信号的噪声较少；高频信号通过该寄生小电容耦合到衬底的噪声也较少。通过后仿和流片后测试的结果显示当特殊接口信号走线实际金属宽度为1.5W1(W1为满足信号最大电流密度条件下的最小金属宽度)时，由于顶层金属的厚度和过电流密度较大，接口信号线自身寄生电容和电阻较小，使得信号传输的损耗减小，保持了信号的完整性；若接口敏感信号线和高频信号线采用同层金属布线时，信号线之间至少保持5um的距离；若接口敏感信号线和高频信号线采用不同层金属布线需要交叉时，敏感信号采用低层金属、高频信号采用顶层金属，信号线中间采用中间金属层作静电屏蔽层且接地处理。上述的设计方法尽量降低了信号间的耦合，最大程度地避免了信号的相互串扰。

锁相环特殊的接口信号走线下方铺设条状底层金属作屏蔽线：屏蔽线需要干净以保证对保护和隔离的信号无影响；衬底和底层金属间较小的距离产生的大寄生电容避免使衬底噪声耦合进入敏感信号、使高频信号的时钟翻转干扰避免直接耦合到衬底；屏蔽线比信号线宽度延伸2～5um不仅保证了屏蔽隔离的路径是低阻抗通路，同时延伸出的2～5um金属宽度将完全阻止高频信号的边缘电场线向外发散，使敏感信号和衬底不受高频信号线或者衬底噪声的耦合干扰；条状的金属屏蔽线是因为大面积的金属在不同信号磁场中会产生涡流效应，进而对接口信号造成损耗，屏蔽金属条的宽度和相互之间的间距分别为2～5um和1um。

更优选的屏蔽方案是，次顶层金属铺设在信号线下方，同时采用顶层金属接触次顶层金属包裹信号形成“半3D”屏蔽设计。采用低层金属作屏蔽线，若有遇到和其他信号相互交叉，则需要尽量减小交叉面积的同时采用中间金属层作为静电屏蔽层且连接到屏蔽线。

本实用新型锁相环接口信号抗干扰装置上设有独立焊盘，该独立焊盘与所有屏蔽线连接，但与锁相环接口信号电路的焊盘分开独立，避免了振荡器模块的噪声通过电源和地线传输到信号电路中，造成锁相环输出信号的抖动；此外该可独立焊盘不和整个装置中的电源和地相接，一方面是避免衬底保护环上的噪声通过电源和地进入电路模块，另一方面是衬底保护环吸收衬底中游离的载流子避免其跑出进入模拟和敏感电路的保护区，同时衬底保护环提供低阻抗通路，使噪声更大程度的从这条通路泄放。

以上所述，仅为实用新型最佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。