[实用新型]一种深度抑制超宽带同步开关噪声的电磁带隙结构

说明书

本实用新型公开了一种深度抑制超宽带同步开关噪声的电磁带隙结构，包括正方形EBG单元块，EBG单元块由介质层和设置在介质层上端面和下端面的金属导体层组成，EBG单元块上端面的金属导体层开设有环形槽，环形槽内设有圆形螺旋线圈，圆形螺旋线圈与环形槽的外圆圈内切连接、与环形槽的内圆圈外切连接；EBG单元块四周设有S型折线，S型折线用于连接相邻两个EBG单元块。与现有技术相比，本实用新型通过在EBG单元块上增加圆形螺旋线圈并在EBG单元块四周设有S型折线，增大了等效电感，使得EBG结构的阻带既具有较低的中心频率，又具有较宽的阻带带宽，本实用新型对同步开关噪声的抑制具良好的特性，抑制深度设定为‑40dB时，插入损耗S21的覆盖宽度为从0.4GHz到20GHz。

技术领域

本实用新型涉及电子工程技术领域，特别是一种深度抑制超宽带同步开关噪声的电磁带隙结构。

背景技术

随着数字系统工作的时钟频率大大提高，数字IC规模的扩大，PCB元件和布线密度的剧增，高速数字电路具有的快速I/O 跳变速率、高时钟速率等特点，当高速芯片内大量的晶体管在很短的时间内同时由高电位转换到低电位或由低电位转换到高电位时，产生瞬间变化的电流ΔI ，在经过回流途径上存在电感时，形成交流压降，从而引起噪声，该噪声被称为SSN，也叫地弹噪声或ΔI噪声。开关速度越快，瞬间电流变化越显著，电流回路上电感越大，则产生的噪声越严重，其表达式如下：V_SSN=NL_LoopdI/dt，式中：I为单个开关输出电流；N为同时开关的驱动器数目；L_Loop为整个回流路径上的电感；V_SSN为同步开关噪声的大小。在高速混合信号电路系统中噪声产生和耦合的过程中，当高速混合信号电路上的处理器现场可编程门阵列(field programmable gatearray，FPGA)或DSP在全速运行时，工作频率高且所需电流较大，产生的宽频带的同步开关噪声或者高频谐波分量会很容易地耦合到对噪声敏感的RF/模拟电路，当这些芯片的电磁兼容敏感度太高时这种噪声会使得芯片不能正常工作，因此典型的解决思路是降低位于数字电路下电源平面和接地平面的阻抗，另外减小电源平面和接地平面之间的传输系数。

为了抑制系统中的SSN噪声耦合，现有技术中有很多种抑制方法，例如：使用去耦电容的来降低板间阻抗，内埋式去耦电容技术，对电源层进行分割和电源岛。其中去耦电容的方法在实际高速PCB电路板中应用最为广泛，该方法通过在噪声源的附近布上不同容值的去耦电容，利用这些去耦电容在谐振频率附近阻抗趋于零的特性来给相应频率的电源噪声在电源平面和地平面提供一个低阻抗路径，使噪声回流到地平面，抑制其传播。然而该方法虽然有效，但也存在明显的不足，那就是当频率高达GHz时，去耦电容的寄生电感开始起主导作用，此时去耦电容不再为噪声提供低阻抗路径，而是表现为开路特性，从而失去抑制电源噪声传播的能力，由于去耦电容器的自谐振频率通常低于几百MHz，而典型的SSN的频带一般都在几百MHz到几十GHz之间，因此采用去耦电容器的这种方法不能解决高频SSN问题。其他的几种方法也是采用这样或那样的方法来克服抑制电源噪声频带的限制，内嵌式去耦电容可以很好的抑制高频电源噪声，但是其制作成本很高而且只能在特定的频带范围内起作用；分割电源层和电源岛的方法使得电源平面存在大量缝隙，致使信号回流路径不连续，进而引起信号完整性的问题。