专利名称：一种c型凹槽平面电磁带隙结构的制作方法
—种C型凹槽平面电磁带隙结构技术领域
本发明属于高速电路、电磁场与微波技术领域，特别是一种C型凹槽平面电磁带 隙(Electromagnetic Bandgap,简称 EBG)结构。
背景技术：
电源地平面具有寄生电感小，可以屏蔽不同层电路元件，消除层间电磁干扰以及 作为高速信号的返回路径等优点，因此电源地平面结构被广泛应用于现代多层高速印刷电 路板(Printed Circuit Board,简称PCB)及封装电路中。然而层间信号切换需要通过金 属化过孔进行连接，许多过孔会垂直穿过电源地平面，随着电路工作速率的提高，过孔上瞬 态快速变化的电流会引起所谓的同步开关噪声(Simultaneous Switching Noise,简称 SSN)，该噪声会加载在电源地平面上，而电源地平面结构类似于一个平行平板腔，同步开关 噪声会激发起电源地平面的平行平板腔谐振，导致噪声会在电源地平面的内部传播，形成 驻波，影响位于其他位置且对噪声敏感器件的正常工作。这类由同步开关噪声引起电源完 整性问题在模数混合电路、封装上系统(System on Package,简称SoP)等应用中尤为突 出。
目前，抑制同步开关噪声的技术措施主要有去耦电容和电磁带隙结构 (Electromagnetic Bandgap,简称EBG)。去稱电容由于其自身存在寄生电感，因此其电容去 耦的频率范围有限，一般在数百MHz以内，对GHz频段的同步开关噪声抑制效果不理想。电 磁带隙结则是近年来提出的一种新颖的、有效的、易于实现的GHz同步开关噪声隔离技术。 典型的两类电磁带隙结构有蘑燕形电磁带隙结构和平面电磁带隙结构。其中蘑燕形电磁带 隙结构是三层结构并且需要金属化通孔，这导致加工成本较大；而平面电磁带隙结构仅在 电源平面或者地平面上周期刻蚀设计好的平面电磁带隙单元，因此具有制造简单、工艺兼 容、加工成本低等优点，得到了国内外学术界和产业界的广泛关注和应用研究。平面电磁带 隙结构的研究难点主要集中在噪声抑制阻带的展宽、阻带下截止频率的下移以及应用到封 装电路中的小型化技术。目前报道的平面电磁带隙结构周期单元通常是在周期单元中心金 属贴片的四边分别设计4个金属细线桥，前后左右单元之间都是通过该金属细线桥相连接 的，通过增加周期单元间4个金属细线桥的电感来实现阻带的展宽和阻带下截止频率的下 移，然而这往往会造成结构变得比较复杂，设计难度增加。发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的C型凹槽平面电磁带隙结构，由其构成电源地 平面，可以实现高速电路中频率范围从数百MHz到数GHz电源噪声的有效抑制，同时其结构 设计简单，制造方便，加工成本低廉。
实现本发明目的的技术解决方案为一种C型凹槽平面电磁带隙结构，包括若干 个周期单元中心金属贴片、若干个刻蚀C型凹槽、若干个金属细方环、若干个金属细线桥、 电源层、介质层和接地层；接地板上方为介质层；介质层上方为电源层；(:型凹槽平面电磁带隙结构由多个周期单元周期性地紧密排列组成，C型凹槽平面电磁带隙结构的一个周期 单兀电源层上刻蚀了一个C型的凹槽,C型凹槽的外围围绕一个金属细方环,金属细方环任 意一边的中心处通过一个金属细线桥连接到周期单元中心金属贴片上。
每个C型凹槽平面电磁带隙结构的周期单元通过金属细方环相连。
所述介质层的材料为FR4、Roger RT5880 或 RogerRT/duroid 5870。
本发明与现有技术相比，其显著优点本发明C型凹槽平面电磁带隙结构的周期 单元仅仅是在周期单元中心金属贴片的任意一边上设计了一个金属细线桥，周期单元中心 金属贴片通过该金属细线桥和金属细方环相连接，周期单元之间则是通过金属细方环连接 在一起的。金属细方环和单一金属细线桥的设计增大了相邻周期单元之间的电感，使得阻 带的下截止频率往低频处移动，阻带得到展宽，可以有效抑制同步开关噪声，而且结构设计 相当简单，制造方便，加工成本低廉。
图1是根据本发明提出的C型凹槽平面电磁带隙结构一个周期单元的俯视图(a) 和一个周期单元的设计参数标注图(b)。
图2是根据本发明提出的C型凹槽平面电磁带隙结构电源地平面(3X3单元)俯 视图。
图3是根据本发明提出的C型凹槽平面电磁带隙结构电源地平面的侧视图。
图4是根据本发明提出的C型凹槽平面电磁带隙结构电源地平面不同位置端口之 间插入损耗的仿真测量结果图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步详细描述。
在传统两层电源地平面结构的电源层上周期性地紧密排布所设计的C型凹槽平 面电磁带隙单元样式(如图1所示)，而接地层保持完整，其单个周期单元的俯视图和3X3 单元C型凹槽平面电磁带隙结构俯视图分别如图1和图2所示，每个C型凹槽平面电磁带 隙结构电源地平面的周期单元从上到下分别是电源层、介质层和接地层。周期单元中电源 层刻蚀的C型凹槽和C型凹槽外围围绕的金属细方环是该发明的重点，也是创新之处。和 已公开的平面电磁带隙结构周期单元样式不同的是，本发明的C型凹槽平面电磁带隙结构 周期单兀中刻蚀了一个C型的凹槽,C型凹槽的外围围绕了一个金属细方环,金属细方环的 任意一边中心处通过一个金属细线桥连接到周期单元中心金属贴片上。
本发明结构由下到上分别是接地层、介质层、和电源层，其中接地层是完整的平 面，电源层上周期性地紧密排布所设计的C型凹槽平面电磁带隙单元样式，单个周期单元 和3X3单元C型凹槽平面电磁带隙结构电源地平面俯视图分别如图1和图2所示。电源 平面上每个C型凹槽平面电磁带隙周期单元中为一个周期单元中心金属贴片，周期单元中 心金属贴片四周是刻蚀的C型凹槽,C型凹槽的外围是金属细方环,金属细方环的任意一边 中心处通过金属细线桥和周期单元中心金属贴片相连接。由于本发明的C型凹槽平面电磁 带隙结构引入了具有较大电感的金属细方环以及单一金属细线桥的设计，提高了该电磁带 隙结构相邻周期单元之间的电感，从而展宽了噪声抑制的阻带带宽和下移了阻带的下截止频率。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例结合图1、图2和图3以阻带频率范围为250MHZ-2. 18GHz (仿真测量结果 如图4(a)_(c)所示)的C型凹槽平面电磁带隙电源地平面结构为例，详细说明本发明结构 的具体实施方式
。
借助目前已经非常成熟的印刷电路板(PCB)加工工艺，按下列参数在2层印刷电 路板顶层电源层周期性地印制周期单元中心金属贴片1、刻蚀C型凹槽2、印制金属细方环3 和金属细线桥4以及在该印刷电路板底层接地层全部覆铜，实现所设计的C型凹槽平面电 磁带隙结构，其周期单元的周期大小p=30mm, C型凹槽2的缝隙宽度S=Imm,金属细方环3 的宽度W1=O. 2mm,金属细线桥4的宽度wb=0. 4mm,长度lb=8mm。介质层10采用FR4介质，相 对介电常数为4. 55，介质的损耗角正切为O. 035，厚度为h=0. 4mm ；电源地平面电源层9和 接地层11边长都为90mm，整个C型凹槽平面电磁带隙结构电源地平面是由3X3个正方形 周期单元组成的。周期单元中心金属贴片5、6的中心处和周期单元中心金属贴片7、8的右 下角处作为测试本发明的噪声抑制阻带的输入输出端口 1-4。仿真测量结果图4(a)是都处 于周期单元中心金属贴片中心处的端口 I和端口 2之间的插入损耗，仿真测量结果图4(b) 是都处于周期单元中心金属贴片右下角处的端口 3和端口 4之间的插入损耗，仿真测量结 果图4(c)是分别处于周期单元中心金属贴片中心处端口 I和右下角处端口 4之间的插入 损耗。根据仿真测量结果图4(a)-(c)可知，C型凹槽平面电磁带隙结构阻带的下截止频率 在250MHz左右，阻带的上截止频率主要由都处于周期单元中心金属贴片右下角处的端口 3 和端口 4之间的插入损耗图4(b)决定，其值在2. 18GHz。仿真测量结果验证了本发明所提 出的C型凹槽平面电磁带隙结构可以作为电源地平面，用于抑制高速电路中从数百MHz到 数GHz的电源噪声。
权利要求
1.一种C型凹槽平面电磁带隙结构，其特征在于包括若干个周期单元中心金属贴片[I]、若干个刻蚀C型凹槽[2]、若干个金属细方环[3]、若干个金属细线桥[4]、电源层[9]、 介质层[10]和接地层[11];接地板[11]上方为介质层[10];介质层[10]上方为电源层[9];C型凹槽平面电磁带隙结构由多个周期单元周期性地紧密排列组成，C型凹槽平面电磁带隙结构的一个周期单元电源层上刻蚀了一个C型的凹槽[2]，C型凹槽[2]的外围围绕一个金属细方环[3]，金属细方环[3]任意一边的中心处通过一个金属细线桥[4]连接到周期单元中心金属贴片[I]上。
2.根据权利要求1所述的C型凹槽平面电磁带隙结构，其特征在于每个C型凹槽平面电磁带隙结构的周期单元通过金属细方环[3]相连。
3.根据权利要求1所述的C型凹槽平面电磁带隙结构，其特征在于所述介质层[10] 的材料为 FR4、Roger RT5880 或 RogerRT/duroid 5870。
全文摘要
本发明公开了一种C型凹槽平面电磁带隙结构，由多个周期单元周期性地紧密排列组成，接地板[11]上方为介质层[10]，介质层[10]上方为电源层[9]，C型凹槽平面电磁带隙结构的一个周期单元电源层上刻蚀了一个C型的凹槽[2]，C型凹槽[2]的外围围绕一个金属细方环[3]，金属细方环[3]任意一边的中心处通过一个金属细线桥[4]连接到周期单元中心金属贴片[1]上。本发明可以有效抑制从数百MHz到数GHz的同步开关噪声(SSN)并减少去耦电容的使用，而且结构设计相当简单，制造方便，成本低廉；本发明的周期单元结构是非对称的结构，相对一般对称的平面EBG结构，设计的自由度较大。
文档编号H05K1/02GK103002653SQ20121046255
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者唐万春, 陈如山, 施永荣, 刘升, 王橙, 黄承, 沈来伟, 朱建平 申请人:南京理工大学