一种平面型电磁带隙结构的制作方法

本实用新型实施例涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种平面型电磁带隙结构。

背景技术：

随着电子系统朝着高速度、高密度和低功耗的方向发展，这便要求高速时钟信号具有更陡峭的跳变沿以及更低的信号电压。这样会造成高速时钟频率的提高，从而引起电源完整性(PI)和地弹噪声(GBN)等问题，尤其是由大量驱动开关不停的开断而造成同步开关噪声(Simultaneous Switching Noise，SSN)问题在电源和地平面当中不可避免。这些噪声不仅会造成信号传输的抖动和电磁辐射问题，而且还会导致敏感射频、模拟电路的误操作等严重的信号完整性(SI)问题。

现有技术中，可以采用电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)结构解决信号完整性和SSN，电磁带隙结构是一种由有耗介质、导体金属或其他混合体组成的人工电磁材料。例如，Mushroom-like EBG结构、3D级联型的Mushroom EBG，L-bridgeEBG结构和meander L-bridge EBG结构。

但是，Mushroom-like EBG结构和3D级联型的Mushroom EBG虽然能够抑制SSN，但是制作成本太高。且L-bridge结构，meander L-bridge结构，π-bridge结构在抑制SSN时存在带宽有限或者信号完整性差的问题。

技术实现要素：

本申请提供一种平面型电磁带隙结构，用以提供一种成本低，且抑制SSN时超宽带的电磁带隙结构并且保证了电路的信号完整性和电源完整性。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，提供一种平面型电磁带隙结构，包括：电源平面、地平面以及位于电源平面和地平面之间的绝缘介质；在电源平面的第一面设置有至少一个电磁带隙结构，电源平面的第一面指电源平面未与绝缘介质相连的一面；电磁带隙结构用于抑制同步开关噪声；电磁带隙结构包括以M行×N列分布的M×N个基本单元，基本单元为加长型L-bridge结构，其中，M和N为大于或等于3的整数；M×N个基本单元中每相邻的两个基本单元之间采用L-型桥连接；在M×N个基本单元中内嵌有Q个双互补开口环谐振器，双互补开口环谐振器用于在谐振频率附近形成一个传输禁带，对电源和地平面间的噪声进行抑制，其中，Q为大于或等于4且小于或等于M×N的整数；Q个双互补开口环谐振器中的每个双互补开口环谐振器对应一个所述L-bridge结构；Q个双互补开口环谐振器按照第一预设规则排列。

本实用新型实施例提供的电磁带隙结构，相对于L-bridge本结构增大了桥连线的长度，使得结构的下截至频率降低，同时添加了双互补开口环谐振器，对整个结构的拓扑结构进行调整，使得上截至频率变大，从而整个结构的SSN抑制带宽更宽。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，电源平面和地平面的材料为铜箔。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式中，在第一方面的第二种可能的实现方式中，铜箔的厚度为0.035mm。

结合第一方面至第一方面的第二种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，绝缘介质的介电常数为4.4，绝缘介质的耗散因子为tanδ＝0.02的FR4材料，绝缘介质的厚度为0.4mm。

结合第一方面至第一方面的第三种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，第一预设规则为：在M×N个基本单元中每个基本单元内均内嵌有双互补开口环谐振器；或者，第一预设规则为：Q个双互补开口环谐振器中每相邻两个双互补开口环谐振器之间间隔一个未内嵌有双互补开口环谐振器的L-bridge结构。

结合第一方面至第一方面的第四种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，平面型电磁带隙结构的尺寸为长90mm×宽90mm×高0.4mm。

结合第一方面至第一方面的第五种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，电磁带隙结构包括以3行×3列分布的9个基本单元。

结合第一方面至第一方面的第六种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，Q个双互补开口环谐振器中存在4个端口，4个端口中的一个端口用作输入端口，四个端口中的其余三个端口用作输出端口。

结合第一方面至第一方面的第七种可能的实现方式中任意一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，4个端口中每个端口的电阻为50Ω。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种平面型电磁带隙结构示意图一；

图2a为本实用新型实施例提供的一种平面型电磁带隙结构示意图二；

图2b为本实用新型实施例提供的一种平面型电磁带隙结构示意图三；

图3为本实用新型实施例提供的内嵌双互补开口环谐振器的L-bridge EBG单元结构；

图4为本实用新型实施例提供的双互补开口环谐振器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的双互补开口环谐振器在平面型电磁带隙结构的分布示意图一；

图6为本实用新型实施例提供的双互补开口环谐振器在平面型电磁带隙结构的分布示意图二；

图7为本申请实施例提供的结构的S参数；

图8为本申请实施例提供的结构和L-bridge EBG结构的S21参数对比图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细地描述。

如图1所示，图1示出了本实用新型实施例提供的一种平面型电磁带隙结构，包括：电源平面10、地平面20以及位于电源平面10和地平面20之间的绝缘介质30；在电源平面10的第一面设置有至少一个电磁带隙结构，电源平面的第一面指电源平面未与绝缘介质相连的一面；电磁带隙结构用于抑制同步开关噪声；

如图2a所示，电磁带隙结构包括以M行×N列分布的M×N个基本单元501，基本单元为L-bridge结构40，其中，M和N为大于或等于3的整数；M×N个基本单元中每相邻的两个基本单元之间采用L-型桥401连接；

如图2b所示，在M×N个基本单元中内嵌有Q个双互补开口环谐振器502，双互补开口环谐振器用于在谐振频率附近形成一个传输禁带，对电源和地平面间的噪声进行抑制，其中，Q为大于或等于4且小于或等于M×N的整数；Q个双互补开口环谐振器中的每个双互补开口环谐振器对应一个L-bridge结构；Q个双互补开口环谐振器按照第一预设规则排列。

可以理解的是，在M×N个内嵌有Q个双互补开口环谐振器502基本单元中的每个基本单元501内均蚀刻有与双互补开口环谐振器502结构一致的凹槽。

本实用新型实施例提供的电磁带隙结构，相对于L-bridge本结构增大了桥连线的长度，使得结构的下截至频率降低，同时添加了双互补开口环谐振器，对整个结构的拓扑结构进行调整，使得上截至频率变大，从而整个结构的SSN抑制带宽更宽。

本实用新型实施例中的Q的数量可以根据基本单元的数量进行确定，并使得按照Q个分布时，使得Q个双互补开口环谐振器满足第一预设规则。

内嵌双互补开口环谐振器的L-bridge EBG单元结构如图3所示。L-bridge EBG包括呈矩形状的第一逻辑单元，该第一逻辑单元的长a1＝30mm，L型桥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，第一水平部的长b1＝27.4mm,第一水平部的宽为g2＝0.5mm，任意一个第一水平部和与其相邻的另一个水平部之间的距离为w2＝0.1mm

L型桥的第一垂直部的长为a3＝14.4mm，第一垂直部的宽g1为0.5mm，任意一个L型桥的第一垂直部和与其相邻的另一个L型桥的第一水平部之间的距离为w1＝0.5mm。

双互补开口环谐振器内包括对称设置的第一结构和对称设置的第二结构，其中，对称设置的两个第一结构之间的距离为a2＝14mm，对称设置的两个第一结构之间的间隙为w3＝1mm，第一结构和与其靠近的第二结构之间的距离为g4＝1mm，第二结构包括第二垂直部、第二水平部，第三垂直部，第二垂直部和第三垂直部均与第二水平部垂直。第二垂直部和第三垂直部的宽为g3＝1mm，第一结构包括第三水平部、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两端，且均与第三水平部垂直，第四垂直部和第五垂直部的宽为g5＝1mm。

介质为介电常数εr＝4.4，耗散因子为tanδ＝0.02的FR4材料。介质厚度为0.4mm，铜箔厚度为0.035mm。为验证此结构对于SSN噪声的抑制能力，共设定4个50Ω的集总同轴端口，其中Port 1作为输入端口设置在(15mm,75mm,0.4mm)的位置，Port 2-Port 4作为输出端口分别设置在(45mm,45mm,0.4mm)，(75mm,75mm,0.4mm)，(75mm,15mm,0.4mm)的位置。

内嵌双互补开口环谐振器的结构如图4所示，其中，谐振器作为人工电磁材料自身都会产生带隙特性，其结构参数的略微差别，使得它们的谐振频率会各不相同，故而在一定频率内具有选频作用，可以起到对噪声的抑制。该结构不仅可以宽阻带、高隔离度的抑制SSN噪声的传播，而且能保持比较好的SI特性。本文将DBCSRR结构和EBG相结合进行SSN抑制。

可选的，电源平面和地平面的材料为铜箔。

可选的，铜箔的厚度为0.035mm。

可选的，绝缘介质的介电常数为4.4，所述绝缘介质的耗散因子为tanδ＝0.02的FR4材料，所述绝缘介质的厚度为0.4mm。

可选的，一方面，第一预设规则为：在所述M×N个基本单元中每个基本单元内均内嵌有所述双互补开口环谐振器。

示例性的，以M＝3，N＝3为例，则在所述9个基本单元中的每个基本单元内均内嵌有双互补开口环谐振器。

另一方面，第一预设规则为：Q个双互补开口环谐振器中每相邻两个双互补开口环谐振器之间间隔一个未内嵌有双互补开口环谐振器的L-bridge结构。

示例性的，以M＝3，N＝3为例，在此种情况下为了使得每相邻两个双互补开口环谐振器之间间隔一个未内嵌有双互补开口环谐振器的L-bridge结构，则Q可以为5也可以为4.

如图2所示，图2示出了一种Q为5时5个双互补开口环谐振器的分布情况，由图5可以看出此时该5个双互补开口环谐振器中的一个内嵌于最中间的一个L-bridge结构1011，其余四个双互补开口环谐振器分别内嵌于位于L-bridge结构1011对角线上的L-bridge结构内，如图2所示，分别内嵌于位于L-bridge结构1014、内嵌于位于L-bridge结构501以及内嵌于位于L-bridge结构1017以及内嵌于位于L-bridge结构1019。

如图6所示，图6示出了一种Q为4时4个双互补开口环谐振器的分布情况，由图6可以看出此时该4个双互补开口环谐振器分别内嵌于位于L-bridge结构1015、分别内嵌于位于L-bridge结构1018、分别内嵌于位于L-bridge结构1013以及分别内嵌于位于L-bridge结构1012中。

平面型电磁带隙结构的尺寸为长90mm×宽90mm×高0.4mm。

电磁带隙结构包括以3行×3列分布的9个基本单元。

Q个双互补开口环谐振器中存在4个端口(例如，如图5所示的Port1、Port2、Port3和Port4)，4个端口中的一个端口用作输入端口，所述四个端口中的其余三个端口用作输出端口。

4个端口中每个端口的电阻为50Ω。

为得到所提出结构的电源噪声抑制能力，通过Ansoft HFSS V15软件对此结构进行了电磁仿真，最终得到所需端口间的S参数的幅值，并与L-bridge EBG structure以及参考平面的电源噪声抑制能力进行对比，结果如图7所示和图8所示。图7为本申请实施例提供的结构的S参数，图8为本申请实施例提供的结构和L-bridge EBG结构的S21参数对比图，由图7和图8可以得到如表1所示的结果：

表1

可以看出在-30dB抑制深度下，新型内嵌DBCSRR的L-bridge EBG结构的噪声抑制效果良好，且抑制效果均优于L-bridge EBG structure。本文提出了一种内嵌DBCSRR滤波器的平面型EBG结构，以增强对SSN噪声的抑制能力，在-30dB下阻带宽度为350MHz-20GHz以上。仿真和实测结构均证明该结构在SSN抑制方面具有优越的特性。相比于传统的L-bridge EBG，基于此设计的结构在阻带带宽方面有较大提高，而该结构对信号传输质量并没有产生不利影响。同时，我们通过对该结构建立电路和谐振腔模型分别分析了所设计结构的上下截止频率。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。