盲专网 - 一种实现超宽带抑制同步开关噪声的电磁带隙结构

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2019-05-31

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2019-09-24

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2020-12-22

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2039-05-31

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201910469187.2	申请日	2019-05-31
公开/公告号	CN110191572B	公开/公告日	2020-12-22
授权日	2020-12-22	预估到期日	2039-05-31
申请年	2019年	公开/公告年	2020年
缴费截止日
分类号	H05K1/02	主分类号	H05K1/02
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	0
权利要求数量	1	非专利引证数量	0
引用专利数量	4	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利	CN103997200A、CN103997201A、CN206461068U、CN105207467A	被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	杭州电子科技大学
发明人	张园园、赵文生、王晶、王高峰	第一发明人	张园园
地址	浙江省杭州市下沙高教园区2号大街	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	4
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

杭州君度专利代理事务所

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

朱亚冠

摘要

本发明公开一种实现超宽带抑制同步开关噪声的电磁带隙结构。电磁带隙结构是在电源平面每边刻蚀有一矩形缺口，该缺口的底部中点引出一条微带线；所述微带线沿逆时针方向围绕电源平面至其下一条边的末端，且该条微带线位于“下一条边”部分将此边矩形缺口引出的微带线位于该边部分包围；同时该条微带线与相邻结构单元微带线相连构成S型；电源平面的中心区域镂空，内嵌一个方形平面板；方形平面板的四边的中心分别刻蚀一长方形缺口，该长方形缺口的底部中点引出一条微带线与电源平面相连。本发明更好地降低噪声抑制的下截止频率，且有效增大噪声抑制的带宽范围，从而实现对电源平面与地平面之间的同步开关噪声的超宽带抑制。

摘要附图

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2020-12-22	授权
2	2019-09-24	实质审查的生效	IPC(主分类): H05K 1/02 专利申请号: 201910469187.2 申请日: 2019.05.31
3	2019-08-30	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种实现超宽带抑制同步开关噪声的电磁带隙结构，其特征在于负载在绝缘介质层的上表面，地平面在绝缘介质层的下表面；
所述电磁带隙结构是一个周期性结构，其基本单元结构是在电源平面每边刻蚀有一矩形缺口，该矩形缺口的左侧壁高度小于右侧壁高度，且该缺口的底部中点引出一条微带线；
所述微带线沿逆时针方向围绕电源平面至其下一条边的末端，且该条微带线位于“下一条边”部分将此边矩形缺口引出的微带线位于“下一条边”部分包围；同时该条微带线与相邻结构单元微带线相连构成S型；四个矩形缺口引出的微带线中心对称设置；
所述电源平面的中心区域镂空，内嵌一个方形平面板；方形平面板的四边的中心分别刻蚀一长方形缺口，该长方形缺口的底部中点引出一条微带线与电源平面相连；方形平面板与电源平面存在一定距离的空隙；
所述电磁带隙结构的基本单元结构大小为30mm ，基本单元之间通过微带线相互连接，构成一个3 的周期性结构；
所述电磁带隙结构中内嵌有3个端口，其中一个端口作为输入端口，其余2个端口作为输出端口；
所述绝缘介质层为FR-4材料，为有耗介质材料，其相对介电常数为4.4，介质厚度为
0.4mm，损耗角正切值为0.02；
所述电磁带隙结构刻蚀在电源平面上，地面为一完整平面，从而对电源平面与地平面之间的同步开关噪声进行抑制；
所述矩形缺口的左侧壁高度a1为4mm，右侧壁高度a2为4.4mm，矩形缺口内S型微带线距离内壁s1为0.2mm，左侧壁距离电源平面上与该矩形缺口所在边垂直的边的最近距离d3为
14.4mm，右侧壁距离电源平面上与该矩形缺口所在边垂直的边的最近距离d2为14mm；
S型微带线位于矩形缺口内以及被相邻S型微带线围合部分的线宽w1为0.2mm，其余部分线宽g1为0.1mm；
结构单元上位于两对边上的矩形缺口最近距离c为20.6mm；
S型微带线用于围合相邻S型微带线部分的长度d1为29.4mm；
电源平面镂空的中心区域边长b为15mm；
方形平面板为边长d4为13mm的正方形；
用于连接方形平面板与电源平面的微带线线宽w2为0.5mm，长度a4为3mm；
方形平面板内长方形缺口的深度a3为2mm；长方形缺口内微带线距离缺口内侧壁的宽度s2为0.5mm。

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种实现超宽带抑制同步开关噪声的电磁带隙结构。

背景技术

[0002] 随着微电子技术、通信技术的迅速发展，数字系统向更高速度和更低功率的趋势发展，而电源与地平面之间的同步开关噪声(Simultaneous Switching Noise,SSN)会引起严重的信号和电源完整性问题。由于SSN主要通过电源分配网络(Power Delivery Network,PDN)传播，因此，在PDN的设计中，抑制SSN在与良好信号相关的宽阻带内传播，使整个电路系统更加可靠地工作也是PDN设计的重要任务之一。

[0003] 为了抑制系统中SSN的传播，目前设计出来的SSN抑制方法有：添加去耦电容、优化过孔的位置、电源地平面分割等。这些噪声抑制方法机理各异，可以有效抑制SSN但也存在一定的不足。例如，去耦电容的寄生电感使得电容在高频的阻抗增大而使得噪声抑制失效；选择过孔的位置是根据谐振现象的位置相关性避开某个谐振点上的谐振峰值，但该方法只适用于某个特定的谐振频率点；电源地平面分割会造成返回路径上的不连续，进而破坏信号的完整性。

[0004] 近年来，研究者们引入了一种新的SSN抑制方法—将电磁带隙结构(Electromagnetic Band-gap Structure,EBG)引入到电源与地平面的噪声抑制中，从而抑制SSN的传播。目前常用的平面型EBG结构是采用在电源平面上刻蚀带隙结构来抑制同步开关噪声，但目前的电磁带隙结构的带宽较窄且下截止频率较高，因此在对SSN达到一定的抑制深度的同时，如何更好地降低电磁带隙结构的下截止频率、增加抑制带宽仍然是研究的重点。

发明内容

[0005] 本发明的目的主要是针对现有技术的不足，提出了一种实现超宽带抑制同步开关噪声的电磁带隙结构，在达到所需要的抑制效果的同时，降低下截止频率，增加抑制带宽。

[0006] 为达到上述目的，本发明按以下技术方案实现：

[0007] 本发明提供一种实现超宽带抑制同步开关噪声的电磁带隙结构，负载在绝缘介质层的上表面，地平面在绝缘介质层的下表面。

[0008] 所述电磁带隙结构是一个周期性结构，其基本单元结构是在电源平面每边刻蚀有一矩形缺口，该矩形缺口的左侧壁高度小于右侧壁高度，且该缺口的底部中点引出一条微带线；所述微带线沿逆时针方向围绕电源平面至其下一条边的末端，且该条微带线位于“下一条边”部分将此边矩形缺口引出的微带线位于该边部分包围；同时该条微带线与相邻结构单元微带线相连构成S型；上述四个矩形缺口引出的微带线中心对称设置。

[0009] 所述电源平面的中心区域镂空，内嵌一个小的方形平面板，分别在四边的中心刻蚀一长方形缺口，从该长方形缺口的底部中点引出一条微带线与电源平面相连。方形平面板与电源平面存在一定距离的空隙。

[0010] 所述电磁带隙结构的基本单元结构大小为30mm×30mm，基本单元之间通过微带线相互连接，构成一个3×3的周期性结构。

[0011] 所述电磁带隙结构刻蚀在电源平面上，地面为一完整平面，从而对电源平面与地平面之间的同步开关噪声进行抑制。

[0012] 所述绝缘介质层为FR-4材料，为有耗介质材料，其相对介电常数为4.4，介质厚度为0.4mm，损耗角正切值为0.02。

[0013] 所述电源平面是由电磁带隙结构刻蚀而成，地面为一完整平面，保证了信号完整性不受影响。

[0014] 所述电磁带隙结构中内嵌有3个端口，其中一个端口作为输入端口，其余2个端口作为输出端口。

[0015] 本发明与现有技术相比，具有如下的突出实质性特点：

[0016] 所述电磁带隙结构的每个基本单元结构通过四周的微带线相互连接，增加了每个基本单元之间桥连线的长度，增大了桥连线的电感，更好地降低噪声抑制的下截止频率，且有效增大噪声抑制的带宽范围，从而实现对电源平面与地平面之间的同步开关噪声的超宽带抑制。本发明在抑制深度为-40dB时，其抑制带宽范围为0.28GHz-25GHz。

实施方案

[0022] 下面将结合附图具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0023] 如图1所示为本发明结构基本单元示意图，其基本单元结构是在电源平面每边刻蚀有一矩形缺口，该矩形缺口的左侧壁高度小于右侧壁高度，且该缺口的底部中点引出一条微带线；所述微带线沿逆时针方向围绕电源平面至其下一条边的末端，且该条微带线位于“下一条边”部分将此边矩形缺口引出的微带线位于该边部分包围；同时该条微带线与相邻结构单元微带线相连；上述四个矩形缺口引出的微带线中心对称设置。所述电源平面的中心区域内嵌一个小的方形平面板，分别在四边的中心刻蚀一长方形缺口，两侧壁高度相等，从该长方形缺口的底部中点引出一条微带线与电源平面相连。

[0024] 图2(a)、图2(b)分别为外部和内部参数标注图，d1代表用于围合相邻单元结构微带线部分的长度，其中a1、a2分别代表电源平面上矩形缺口的左、右侧壁高度，w1代表矩形缺口的底部中点引出微带线的宽度，s1代表矩形缺口的底部中点所引出微带线两侧的槽的宽度，d2、d3分别代表电源平面上矩形缺口两侧较短和较长边的长度，c代表同一水平线上的两矩形缺口的距离，b代表电源平面镂空的中心区域边长，d4代表内嵌方形平面板的边长，w2代表长方形缺口的底部中点引出微带线的宽度，s2代表长方形缺口的底部中点所引出微带线两侧的槽的宽度，a3代表长方形缺口的长度，a4代表长方形缺口的底部中点所引出微带线的长度，通过优化得到各参数的数值，如表1所示：

[0025] 表1

[0026]

[0027]

[0028] 如图3所示是本发明的电磁带隙结构示意图，其整体尺寸大小为长90mm×宽90mm，呈3行×3列分布的9个基本单元。所述电磁带隙结构中内嵌如图4所示的3个端口，其中端口1(-30mm，-30mm)作为输入端口，端口2(30mm，30mm)和端口3(30mm，0mm)作为输出端口。

[0029] 如图4所示是本发明的各端口的噪声抑制传输系数图，当端口1作为噪声输入端口时，其余2个端口位置与端口1之间的S参数图可看出所述电磁带隙结构对噪声的抑制作用。可观察到，当对噪声的抑制深度为-40dB时，所述电磁带隙结构能在0.28GHz-25GHz频率范围内对同步开关噪声进行抑制。

[0030] 如图5所示是本发明结构与参考电源平面、传统的S-bridge电磁带隙结构关于S21参数的对比图。可观察到，在噪声抑制深度为-40dB时，相比于参考电源平面和传统的S-bridge电磁带隙结构，本发明结构的下截止频率明显较低，且噪声抑制带宽范围明显增大。

[0031] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合，均在本发明的保护范围之内。

附图说明

[0017] 图1是本发明结构基本单元的示意图；

[0018] 图2是本发明结构基本单元的参数标注图：(a)外部参数标注图，(b)内部参数标注图；

[0019] 图3是本发明的电磁带隙结构平面图；

[0020] 图4是本发明的各端口的噪声抑制传输系数图；

[0021] 图5是本发明结构与其他典型电磁带隙结构的噪声抑制性能对比图。

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