一种超宽带电磁带隙结构及电路板

本发明涉及电磁带隙结构领域，特别是涉及一种超宽带电磁带隙结构及电路板。

背景技术：

1、随着集成电路的发展，混合电路系统中高速数字的时钟运行速率不断加快、信号上升/下降沿时间不断变短，同步开关噪声问题越来越明显。同步开关噪声（ssn）在电路板的电源、地平面所构成的平行板波导中传播，容易激起平面谐振，进而会引起电源分配网络(pdn)或多层印刷电路板(pcb)的电压波动，导致严重的信号完整性(si)问题。因此为了保证系统正常工作，探索抑制混合信号系统宽带ssn的新方法受到广泛关注。

2、其中一种典型的抑制ssn的方法是在噪声源的附近安装接地的去耦电容，但引入的去耦电容的数量、位置等，都会对噪声的抑制程度产生影响，且当频率高于几百mhz时，去耦电容会产生寄生电感，与电容产生自谐振，限制了频率带宽，从而无法有效抑制ssn。

3、而电磁带隙（ebg）结构可以抑制ghz以上噪声的传播，它是一种周期性结构，具有高阻抗特性，可以阻断电磁波在特定频段的传播。典型的ebg结构有蘑菇型ebg结构和共面型ebg结构。蘑菇型ebg结构加工复杂度以及制造成本较大，而共面型ebg结构简单常被用于抑制ssn。但由于其在电源平面上刻蚀图案，破坏了电源平面的完整性，会恶化信号完整性（si），且目前的ebg结构存在以下问题：下限截止频率不够低、抑制深度不够深、抑制范围不够广。因此无法有效的抑制同步开关噪声。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超宽带电磁带隙结构及电路板，以有效抑制同步开关噪声。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种超宽带电磁带隙结构，包括：阵列设置的多个电磁带隙单元；

4、每个所述电磁带隙单元包括从上到下依次设置的电源平面、介质基板和接地平面；

5、所述电源平面包括贴片、耦合互补分裂环谐振器和多个半改进z型桥结构；

6、所述贴片上嵌入耦合互补分裂环谐振器；

7、所述贴片的每条边均设置半改进z型桥结构；所述耦合互补分裂环谐振器设置在多个所述半改进z型桥结构形成的环内；所述半改进z型桥结构包括依次连接的第一横枝、第一竖枝、第二横枝和第二竖枝；所述第二竖枝与所述贴片连接；所述第一横枝与所述第二横枝平行；所述第一竖枝与所述第二竖枝平行；所述第一横枝与所述第一竖枝垂直；相邻所述电磁带隙单元的第一横枝相互连接。

8、可选地，所述第一横枝与所述第二横枝之间的距离、第二横枝与所述贴片之间的距离、第二竖枝的宽度以及第二横枝的宽度均相等；所述第一横枝的宽度和所述第一竖枝的宽度相等；所述第一横枝的宽度小于所述第二横枝的宽度。

9、可选地，所述耦合互补分裂环谐振器包括第一矩形环和第二矩形环；所述第二矩形环设置在所述第一矩形环内；

10、所述第一矩形环的第一边上设置第一开口；所述第一开口靠近所述半改进z型桥结构的一侧还设置一对第一耦合线；每根所述第一耦合线与所述第一开口的一端垂直连接；

11、所述第二矩形环的第二边上设置第二开口；所述第二开口靠近贴片中心的一侧还设置一对第二耦合线；每根所述第二耦合线与所述第二开口的一端垂直连接；所述第一开口与所述第二开口的连线穿过贴片中心。

12、可选地，所述电源平面的材料为铜。

13、可选地，所述介质基板的材料为fr4，所述介质基板的相对介电常数为4.4，所述介质基板的损耗角正切为0.02。

14、可选地，所述接地平面的材料为铜。

15、可选地，所述电源平面与所述接地平面的厚度相同。

16、本发明还提供一种电路板，包括顶面介质基板、底面介质基板和所述的超宽带电磁带隙结构；

17、每个所述电磁带隙单元的所述电源平面设置在所述介质基板和所述顶面介质基板之间；每个所述电磁带隙单元的所述接地平面设置在所述介质基板和所述底面介质基板之间。

18、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

19、本发明提供的一种超宽带电磁带隙结构，包括：阵列设置的多个电磁带隙单元；每个所述电磁带隙单元包括从上到下依次设置的电源平面、介质基板和接地平面；所述电源平面包括贴片、耦合互补分裂环谐振器和多个半改进z型桥结构；所述贴片上嵌入耦合互补分裂环谐振器；所述贴片的每条边均设置半改进z型桥结构；所述耦合互补分裂环谐振器设置在多个所述半改进z型桥结构形成的环内；所述半改进z型桥结构包括依次连接的第一横枝、第一竖枝、第二横枝和第二竖枝；所述第二竖枝与所述贴片连接；所述第一横枝与所述第二横枝平行；所述第一竖枝与所述第二竖枝平行；所述第一横枝与所述第一竖枝垂直；相邻所述电磁带隙单元的第一横枝相互连接。通过相邻电磁带隙单元的半改进z型桥结构形成的z型桥来增加单元间的串联电感，从而起到阻带作用，利用半改进z型桥结构和耦合互补分裂环振器产生的感应电感，谐振环之间产生缝隙电容，进而有效抑制同步开关噪声。

20、另外，本发明提供的电路板具有良好的信号完整性。

技术特征：

1.一种超宽带电磁带隙结构，其特征在于，包括：阵列设置的多个电磁带隙单元；

2.根据权利要求1所述的超宽带电磁带隙结构，其特征在于，所述第一横枝与所述第二横枝之间的距离、第二横枝与所述贴片之间的距离、第二竖枝的宽度以及第二横枝的宽度均相等；所述第一横枝的宽度和所述第一竖枝的宽度相等；所述第一横枝的宽度小于所述第二横枝的宽度。

3.根据权利要求1所述的超宽带电磁带隙结构，其特征在于，所述耦合互补分裂环谐振器包括第一矩形环和第二矩形环；所述第二矩形环设置在所述第一矩形环内；

4.根据权利要求1所述的超宽带电磁带隙结构，其特征在于，所述电源平面的材料为铜。

5.根据权利要求1所述的超宽带电磁带隙结构，其特征在于，所述介质基板的材料为fr4，所述介质基板的相对介电常数为4.4，所述介质基板的损耗角正切为0.02。

6.根据权利要求1所述的超宽带电磁带隙结构，其特征在于，所述接地平面的材料为铜。

7.根据权利要求1所述的超宽带电磁带隙结构，其特征在于，所述电源平面与所述接地平面的厚度相同。

8.一种电路板，其特征在于，包括顶面介质基板、底面介质基板和如权利要求1-7任意一项所述的超宽带电磁带隙结构；

技术总结
本发明公开一种超宽带电磁带隙结构及电路板，涉及电磁带隙结构领域，结构包括阵列设置的多个电磁带隙单元；每个电磁带隙单元包括从上到下依次设置的电源平面、介质基板和接地平面；电源平面包括贴片、耦合互补分裂环谐振器和多个半改进Z型桥结构；贴片上嵌入耦合互补分裂环谐振器；贴片的每条边均设置半改进Z型桥结构；耦合互补分裂环谐振器设置在多个半改进Z型桥结构形成的环内；半改进Z型桥结构包括依次连接的第一横枝、第一竖枝、第二横枝和第二竖枝；第二竖枝与贴片连接；相邻电磁带隙单元的第一横枝相互连接。本发明能有效抑制同步开关噪声。

技术研发人员：任信钢,赵亚莉,孙国星,饶嘉宇,王刚,牛凯坤,吴先良,黄志祥,李迎松
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15