抑制同步开关噪声的超带宽电磁带隙结构

摘要

本发明涉及电磁兼容领域，特别是涉及一种抑制同步开关噪声的超带宽电磁带隙结构。本发明采用谐振型EBG结构，其周期单元本身具有谐振效果，在带隙中形成中起主要作用；谐振型EBG结构相当于一个谐振效应比较强的LC并联电路。由于EBG单元在谐振状态下电抗为无穷大，因此，可以防止在谐振频率附近的电磁波传播，形成特定频率带隙。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。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁兼容领域，特别是涉及一种抑制同步开关噪声的超带 宽电磁带隙结构。

背景技术

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

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，易 于实现，效益高的抑制同步开关噪声的超带宽电磁带隙结构。

实现本发明目的技术方案是：抑制同步开关噪声的超带宽电磁带隙结 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EBG构造单元；EBG构造单元由非导电基板上下面金属板腐 蚀的金属块和金属条带枝节构成，非导电基板上面的金属块和金属条带枝 节按正方形分布；金属块呈“十”字型，十字金属块的右十字边部向上进 行第一弯折，然后，向左与右十字金属块顶平线平行前行，距上十字距离 g1时，进行向上的第二次弯折；经距离g2后，进行向右的第三次弯折； 到第一次弯折的内侧时，形成第一次弯折过程；重新上述三次弯折过程； 在右十字金属块和上十字金属块之间进行五次上述的弯折过程；然后进入 第六次弯折过程，金属条带枝节经过上十字金属块顶平线，一直到右十字 金属块顶平线后，进行第二次和第三弯折；最后金属条带枝节进行最后垂 直弯折至右十字金属块顶平线位置，构成一个角的金属条带枝节；四个角 的金属条带枝节将按正方形环绕金属块；非导电基板下面的金属块与上面 的金属块中心重合；下面的金属块和向外延伸导体线按正方形分布，下面 的金属块和向外延伸导体线5构成Z-bridged EBG结构单元，向外延伸导 体线启始点从下正方形体边沿开始，经一次垂直弯折形成L形；下正方形 体边沿各有一条延伸导体线；延伸导体线将下正方形体正方形环绕。

所述的间隔分布的EBG构造单元和Z-bridged EBG结构单元为两个， 并排分布。

所述的间隔分布的EBG构造单元和Z-bridged EBG结构单元为四个， 四个分布成2*2正方形。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

本发明采用谐振型EBG结构，其周期单元本身具有谐振效果，在带隙 中形成中起主要作用。谐振型EBG结构相当于一个谐振效应比较强的LC 并联电路。由于EBG单元在谐振状态下电抗为无穷大，因此，可以防止在 谐振频率附近的电磁波传播，形成特定频率带隙。

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。

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。

附图说明

图1是本发明实施例EBG构造单元结构示意图；

图2是本发明实施例EBG构造单元结构示意图；

图3是EBG构造单元3为两个，并排分布示意图；

图4是EBG构造单元3为四个，2×2阵列分布示意图。

图中，1、非导电基板；2、金属板；3、EBG构造单元；4、正方形；5、 四个边向外延伸导体线；6、Z-bridged EBG结构单元。

具体实施方式

如图1、图2所示，抑制同步开关噪声的超带宽电磁带隙结构，至少 包括非导电基板1，非导电基板1上下面覆有金属板2，金属板2被腐蚀 成间隔分布的EBG构造单元3；EBG构造单元3由非导电基板1上下面金 属板腐蚀的金属块和金属条带枝节构成，非导电基板1上面的金属块和金 属条带枝节按正方形4分布；金属块呈“十”字型，十字金属块的右十字 边部向上进行第一弯折，然后，向左与右十字金属块顶平线平行前行，距 上十字距离g1时，进行向上的第二次弯折；经距离g2后，进行向右的第 三次弯折；到第一次弯折的内侧时，形成第一次弯折过程；重新上述三次 弯折过程；在右十字金属块和上十字金属块之间进行五次上述的弯折过 程；然后进入第六次弯折过程，金属条带枝节经过上十字金属块顶平线， 一直到右十字金属块顶平线后，进行第二次和第三弯折；最后金属条带枝 节进行最后垂直弯折至右十字金属块顶平线位置，构成一个角的金属条带 枝节；四个角的金属条带枝节将按正方形环绕金属块；非导电基板1下面 的金属块与上面的金属块中心重合；下面的金属块和向外延伸导体线5按 正方形分布，下面的金属块和向外延伸导体线5构成Z-bridged EBG结构 单元6，向外延伸导体线启始点从下正方形体边沿开始，经一次垂直弯折 形成L形；下正方形体边沿各有一条延伸导体线；延伸导体线将下正方形 体正方形环绕。

间隔分布的EBG构造单元3和Z-bridged EBG结构单元6为两个，并 排分布。

如图4所示，间隔分布的EBG构造单元3和Z-bridged EBG结构单元 6为四个，四个分布成2*2正方形。

现代高速数字电路的同步开关噪声范围从100MHz到20GHz，为了有 效地消除这种宽带噪声，人们已经尝试了很多方法来扩展EBG结构的带宽。 由于大多数的SSN在低频带产生，因此，如何降低阻带的下限截止频率， 同时保持较宽的阻带的带宽是本发明的设计目标。谐振型EBG结构其周期 单元本身具有谐振效果，在带隙中形成中起主要作用。谐振型EBG结构相 当于一个谐振效应比较强的LC并联电路。由于EBG单元在谐振状态下电 抗为无穷大，因此，可以防止在谐振频率附近的电磁波传播，形成特定频 率带隙。带隙的中心频率和相对带宽近似地由表面单元的等效电容C和等 效电感L决定。

$w_0=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{LC}}}---\left(1\right)$

$\mathrm{BW}=\frac{\mathrm{\Delta w}}{w_0}=\frac{1}{\eta }\sqrt{\frac{L}{C}}---\left(2\right)$

为了减少带隙的中心频率，如(1)所示，我们可以增加单元结构的电 感值和电容值。由(2)我们可以知道，带宽是电容的值的平方根成反比。 因此，基于以上的考虑，增加的单元的等效电感值，可以有效地降低带隙 的中心频率，并提高其阻带的带宽。

本发明所提出的BSEBG结构设计是正方形贴片四角蚀刻折线型缝隙， 并且相邻的单元之间通过折线形枝节链接。

本发明EBG构造单元如图1所示，相应的参数a1＝30mm,a2＝16mm, 金属条带枝节长度l1＝27.4mm,l2＝7.4mm,l3＝7.8mm,缝隙宽度g1＝g2＝0.2 mm。图2所示为Z-bridged EBG结构单元。图3表示相邻的BSEBG单元 构造。当电流从左侧单元中心流到右侧相邻单元的中心，将流过相邻单元 之间的金属条带枝节。因此，金属条带枝节有效长度越长，EBG结构的实 际电感值越大。与传统的Z-bridged EBG结构的电流流经路径相比，本发 明的BSEBG结构金属条带枝节长度更长，而且对电源平面的损坏更小。 因此，相对于Z-bridged EBG结构，本发明的BSEBG结构具有较低的中 心频率和更宽的带隙。

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。