本發(fā)明涉及高速電路微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：
在當(dāng)代高速度、高密度、高功耗、低電壓和大電流的數(shù)字系統(tǒng)中，高速瞬態(tài)電流引起的同步開關(guān)噪聲(SimultaneousSwitchingNoise,SSN)耦合到系統(tǒng)電源分配網(wǎng)絡(luò)(PowerDistributionNetwork,PDN)內(nèi)部，并在電源分配網(wǎng)絡(luò)的電源/地平面對(duì)構(gòu)成的平行板波導(dǎo)中傳播，激起平面諧振，導(dǎo)致嚴(yán)重的電源完整性(PowerIntegrity,PI)問題，并最終引發(fā)信號(hào)完整性(SignalIntegrity,SI)及電磁干擾(Electro-MagneticInterference,EMI)等問題，影響電子系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。電源完整性，尤其是電源分配網(wǎng)絡(luò)中SSN的抑制，已經(jīng)成為高速數(shù)字系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量提升研究的重點(diǎn)。數(shù)字電路具有開關(guān)特性，數(shù)字電路中同步開關(guān)噪聲的產(chǎn)生不可避免。隨著電子系統(tǒng)信號(hào)翻轉(zhuǎn)速度的不斷提高，同步開關(guān)噪聲在系統(tǒng)電源分配網(wǎng)絡(luò)中傳播，嚴(yán)重影響系統(tǒng)信號(hào)的質(zhì)量，因此，需要對(duì)同步開關(guān)噪聲進(jìn)行有效的抑制。典型的抑制同步開關(guān)噪聲的方法有使用分立式去耦電容、使用嵌入式電容、電源/地平面分割等，這些抑制同步開關(guān)噪聲的方法各異，但都存在一定的不足。比如，由于自身以及安裝線路寄生參數(shù)的存在，隨著頻率的升高，分立式去耦電容的自諧振使其去耦作用減小甚至消失，因此，該方法只適用于數(shù)百M(fèi)Hz以下的頻段；嵌入式電容要求特殊的印刷電路板制造材料和工藝，并存在高介電常數(shù)介質(zhì)導(dǎo)致信號(hào)線路阻抗突變的問題；電源/地平面分割會(huì)造成信號(hào)返回路徑的不連續(xù)，破壞高速電路的信號(hào)完整性。電磁帶隙(ElectormagneticBandGap，EBG)結(jié)構(gòu)是一種由有耗介質(zhì)、金屬導(dǎo)體等組成的人工電磁材料，它能夠在一定的頻段內(nèi)抑制電磁表面波的傳播，從而形成頻率帶隙。電磁帶隙形成的機(jī)理分為兩種，一種是Bragg散射機(jī)理，另一種是局域諧振機(jī)理。在Bragg散射機(jī)理EBG中，利用一種介質(zhì)材料在另一種介質(zhì)材料中周期性的分布形成周期性結(jié)構(gòu)，在某些頻率范圍內(nèi)散射電磁波，從而形成一定的頻率帶隙；在局域諧振機(jī)理EBG中，利用金屬單元與介質(zhì)特殊的連接關(guān)系，形成局域電容與電感的諧振單元，利用結(jié)構(gòu)單元在諧振效應(yīng)下的高阻特性，阻止諧振頻率附近的電磁表面波傳播，從而形成頻率帶隙。局域諧振機(jī)理EBG結(jié)構(gòu)的阻帶中心頻率僅僅與局域諧振單元的諧振頻率有關(guān)，而與結(jié)構(gòu)的周期大小無關(guān)，這使得其在結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)上具有更高的靈活性，進(jìn)而越來越多的被應(yīng)用于高速數(shù)字電路同步開關(guān)噪聲抑制的研究中。局域諧振機(jī)理EBG結(jié)構(gòu)也分為兩類，一類是蘑菇型EBG(Mushrom-likeEBG)結(jié)構(gòu)，另一類是平面型EBG結(jié)構(gòu)。相較于蘑菇型EBG結(jié)構(gòu)，平面型EBG結(jié)構(gòu)制造更為方便，且不需要占據(jù)額外的PCB層，制造成本較低。但是，在典型的平面型EBG結(jié)構(gòu)中，如L-bridgedEBG結(jié)構(gòu)、S-bridgedEBG結(jié)構(gòu)及LBS-EBG結(jié)構(gòu)等，要么阻帶寬度十分有限，要么低頻截止頻率較高，其在高速數(shù)字電路同步開關(guān)噪聲抑制方面的性能都需要進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)，將平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元周期性地雕刻在電源分配網(wǎng)絡(luò)的電源平面上，能夠在寬頻率范圍內(nèi)對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)中，電源地平面之間的同步開關(guān)噪聲進(jìn)行抑制，使得系統(tǒng)獲得較好的電源完整性。一種基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)，包括依次布置的電源平面、介質(zhì)基板和地平面，所述電源平面包括電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元矩陣，每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)且引出四個(gè)C-型橋，分別連接相鄰 的四個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元，任一C-型橋的兩端分別連接在相鄰兩個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元的相背側(cè)?；旌闲盘?hào)高速數(shù)字系統(tǒng)包括噪聲源電路(如高速數(shù)字電路、開關(guān)電源等)和噪聲敏感電路(如射頻電路、模擬電路等)，噪聲源電路產(chǎn)生的同步開關(guān)噪聲會(huì)耦合到系統(tǒng)的電源分配網(wǎng)絡(luò)中，并在電源分配網(wǎng)絡(luò)中傳播，最后對(duì)噪聲敏感電路形成干擾。本發(fā)明將平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元周期性地雕刻在電源分配網(wǎng)絡(luò)的電源平面上，可以在寬頻率范圍內(nèi)對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)中，電源地平面之間的同步開關(guān)噪聲進(jìn)行抑制，使得系統(tǒng)獲得較好的電源完整性。所述電源平面的材質(zhì)為銅，厚度為35μm，優(yōu)選地，所述電源平面的至少一部分由電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元矩陣構(gòu)成。即電源平面全部由電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元矩陣構(gòu)成，或者電源平面部分由電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元矩陣構(gòu)成。電源平面部分由電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元矩陣構(gòu)成(可以參見申請(qǐng)公開號(hào)為102957310A的專利文獻(xiàn))，將電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元局部性地刻蝕在電源平面上，能夠在寬阻帶抑制同步開關(guān)噪聲的同時(shí)，減小對(duì)返回電流路徑連續(xù)性的破壞，保證了電路的電源完整性和信號(hào)完整性。電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元矩陣至少由一個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元包括矩形的貼片、對(duì)應(yīng)的四個(gè)C-型橋分別連接在矩形的四邊，C-型橋與貼片的連接處通過開槽形成狹縫。所述平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元的尺寸為30×30mm2，所述C-型橋的寬度為0.2mm。每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元中，C-型橋到貼片的距離為0.2mm，C-型橋的連接端距離電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元邊界的距離為0.35mm。所述狹縫的寬度為0.4mm，所述狹縫的長(zhǎng)度為12.1mm，所述狹縫距離貼片邊界的距離為5.7mm。所述介質(zhì)基板位于電源平面和地平面之間，介質(zhì)基板為150×90×0.8mm3的矩形塊，材質(zhì)為FR-4，介電常數(shù)為4.4，損耗正切值為0.02。所述地平面為完整平面。本發(fā)明基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)以-40dB為噪聲耦合抑制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該電源分配網(wǎng)絡(luò)能夠在296MHz-15GHz頻率范圍內(nèi) 對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)方向上的同步開關(guān)噪聲進(jìn)行有效抑制。附圖說明圖1為本發(fā)明基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)中電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元的示意圖以及尺寸參數(shù)定義；圖3為本發(fā)明基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)中相鄰兩個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元的連接示意圖；圖4為圖1中端口間的噪聲抑制散射系數(shù)(S參數(shù))的仿真結(jié)果；圖5為圖1中端口間的噪聲抑制散射系數(shù)(S參數(shù))的測(cè)試結(jié)果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)做詳細(xì)描述。如圖1所示，一種基于平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電源分配網(wǎng)絡(luò)，包括依次布置的電源平面(1100)、介質(zhì)基板(1200)和地平面(1300)，電源平面(1100)包括電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)矩陣，每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)且引出四個(gè)C-型橋(1402)，分別連接相鄰的四個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)，任一C-型橋的兩端分別連接在相鄰兩個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)的相背側(cè)。電源平面(1100)全部或部分由電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)矩陣構(gòu)成，本實(shí)施方式中，以電源平面(1100)全部由電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)矩陣構(gòu)成為例，對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述以及性能表征。如圖1所示，電源平面(1100)由在二維平面上周期性延拓的3×5的平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)矩陣構(gòu)成，電源平面(1100)的材質(zhì)為銅，厚度為35μm。如圖2所示，每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)包括矩形的貼片(1401)、對(duì)應(yīng)的四個(gè)C-型橋(1402)分別連接在矩形的四邊，C-型橋(1402)與貼片(1401)的連接處通過開槽形成狹縫(1403)，每個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元 (1400)的尺寸為30×30mm2。圖3所示為平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)相鄰單元間的連接示意圖，平面C-型橋電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)之間通過C-型橋(1402)相連，C-型橋可以增大電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)間的等效串聯(lián)電感，從而降低噪聲抑制散射系數(shù)的低頻截止頻率，增強(qiáng)電源分配網(wǎng)絡(luò)對(duì)低頻段噪聲的抑制能力。C-型橋(1402)的寬度w1＝0.2mm；C-型橋到貼片(1401)的距離g1＝0.2mm，C-型橋(1402)的連接端距離電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)邊界的距離為g2＝0.35mm；狹縫(1403)的寬度為g3＝0.4mm，狹縫(1403)的長(zhǎng)度l1＝12.1mm，狹縫(1403)距離貼片(1401)邊界的距離s＝5.7mm。介質(zhì)基板(1200)是150×90×0.8mm3的矩形塊，材質(zhì)為FR-4，介電常數(shù)為4.4，損耗正切值為0.02，地平面(1300)為完整平面。將電源分配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于混合信號(hào)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，噪聲源電路和噪聲敏感電路分布在不同的區(qū)域，測(cè)試端口分別位于電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元(1400)的中心。如圖1所示，端口1為噪聲源電路所在位置，端口2和端口3為噪聲敏感電路所在位置。端口1處的噪聲源電路產(chǎn)生的同步開關(guān)噪聲耦合到電源分配網(wǎng)絡(luò)中后，在電源分配網(wǎng)絡(luò)中傳播，由于受到電磁帶隙結(jié)構(gòu)自身諧振效應(yīng)的影響，諧振頻率附近的電磁表面波將被衰減，在一定的頻率范圍內(nèi)形成頻率帶隙，從而抑制同步開關(guān)噪聲在電源分配網(wǎng)絡(luò)中的傳播。圖4為圖1中端口1到端口2以及端口1到端口3之間的噪聲抑制散射系數(shù)(S-參數(shù))的仿真結(jié)果。其中，S21表示端口1到端口2的噪聲抑制散射系數(shù)，S31表示端口1到端口3的噪聲抑制散射系數(shù)。由圖4可知，當(dāng)同步開關(guān)噪聲在端口1處產(chǎn)生時(shí)，由于端口間電磁帶隙結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲的抑制作用，端口2和端口3感受到的噪聲干擾將被抑制。圖5為圖1中端口1到端口2以及端口1到端口3之間的噪聲抑制散射系數(shù)(S-參數(shù))的測(cè)量結(jié)果。其中，S21表示端口1到端口2的噪聲抑制散射系數(shù)，S31表示端口1到端口3的噪聲抑制散射系數(shù)。由圖5可知，仿真結(jié)果(圖4所示)與測(cè)量結(jié)果(圖5所示)基本一致，說明電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)計(jì)的寬頻帶、高抑制度且低頻截止頻率較低的噪聲抑 制效果。由圖4、圖5可以得出，當(dāng)以-40dB為噪聲耦合抑制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，本發(fā)明提供的電源分配網(wǎng)絡(luò)能夠在296MHz-15GHz頻率范圍內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)方向上的同步開關(guān)噪聲進(jìn)行有效抑制。