本发明专利技术公开了一种螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，旨在提供一种结构简单、工程实现性强，不需对电源平面开槽，无需周期性电磁带隙结构，对同步开关噪声抑制深度高的电源分配网络。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：电源分配网络采用PCB结构，局域隔离结构分别位于电源平面结构上的噪声源输入电路与噪声敏感电路所在区域，其上刻蚀螺旋谐振环，螺旋谐振环根据所述的电源平面分布结构刻蚀在电源平面上，隔离电源与地平面间的同步开关噪声；利用螺旋谐振环自身谐振效应，结合电源平面与地平面金属层与介质层间的耦合谐振，在带频率带中形成阻带，阻断同步开关噪声的传播路径，抑制表面波，对同步开关噪声进行抑制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电源完整性与高速电路微波
，一种基于局域谐振隔离的螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，本专利技术可广泛应用于高速电子电路设备中。
技术介绍
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电源平面与地平面之间的同步开关噪声(SSN：SimultaneousSwitchingNoise)问题变得越来越突出。同步开关噪声是由印刷电路板(PCB)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。随着现代高速、高性能数字系统需求的日益增加，该类数字系统所具有的快速边沿上升速率、高时钟速率和低电压电平等特点使得电源平面与地平面之间所产生的同步开关噪声（SSN）问题已成为制约其发展和应用的主要瓶颈。且电路系统向着高速度、低电压、低功耗的趋势发展，数字、模拟以及射频等模块集成到一个电路模块中以获得更小的体积和更高的性能。系统能力的提高引发了更大的开关电流，当印刷电路板（PCB)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存在的多种谐振模式将会导致同步开关噪声的产生，而产生的同步开关噪声又会引起信号完整性的相关问题以及电磁干扰等问题的出现，对电源分配网络的供电能力提出了更高的要求并且引发了更严重的供电噪声波动。电源分配网络是高速数字电路系统设计的基础，直接影响了信号完整性、电源完整性以及电磁完整性的性能，因此电源分配网络为数字电路提供电荷的同时也为噪声提供了优异的传播路径，因此电源分配网络既要保证供电性能又要抑制噪声的影响，电源分配网络的设计与分析一直都是研究的重点，因此，如何有效抑制高速电路中的同步开关噪声的产生己成为不可避免的研究议题，也成为电路设计人员必须解决的难题。传统降低电源同步开关噪声的方法多以加入局域、全局去耦电容，在电源平面与地平面间加入嵌入式去耦电容，在电源或地平面上蚀刻出折型细槽，分割平面将噪声隔离，或在电源平面上加入同构或异构的周期性拓展结构等方法为主。如在题目为《高速电路电源分配网络设计与电源完整性分析》论文中，作者对局域、全局去耦电容对电源完整性及同步开关噪声抑制的进行了研究，在噪声敏感电路、器件周围放置一些电容器，将其从平面间谐振噪声传播中保护起来，为SSN提供低阻抗通道，防止其扩散到其它区域，从而形成一道噪声隔离墙，当频率高于600MHz时，由于去耦电容器中存在寄生电感，寄生电感会和电容器产生自谐振，从而限制了频率带宽，一般地当去耦电容器应用于高于600MHz频率时无效。然而典型的SSN具有低于6GHz的低通频谱，因此采用去耦电容器的旁路技术并不能解决高频的SSN问题，结果表明去耦电容仅能够在低频处对噪声进行隔离，在高频处失效，尽管去耦电容在低频范围内能够有效的降低平面阻抗，但由电容组成的噪声隔离墙会对保护区内的器件造成噪声波震荡，从而引起潜在的EMI问题，此外大量布放去耦电容将压缩电路板上可摆放的器件数量，降低了可用度，且增加了成本；又如P.Muthana等人在题目为《ImprovementsinnoisesuppressionforI/Ocircuitsusingembeddedplanarcapacitors》的期刊论文中对在电源平面与地平面间加入嵌入式去耦电容对同步开关噪声的抑制情况进行了研究，结果表明嵌入式去耦电容具有较好的同步开关抑制效果，但阻带覆盖宽带有限，尤其在低频处，且需在介质层进行特殊处理或额外加入金属层，需要较高的制造工艺，成本较高，加大了制作难度，降低了电源平面有效使用面积，减小了置于其上摆放的器件数量，不利于实际的工程实现，降低了其有效性，将对以其为参考平面的传输线的信号完整性造成严重影响；张斌等人在题为《电网高速数据采集系统板级同步开关噪声抑制研究》的期刊论文中对平面分割降低同步开关噪声方面进行了应用性研究，尽管减少了平面间的噪声传递，但对以平面为参考的信号线来说，这样的平面并不是连续参考平面，会增加信号返回路径，从而对信号质量造成影响，严重时还会发生辐射；国内外对周期性电磁带隙结构在电源分配网络中的应用与原理进行了大量研究与前期探索，制作出了多种抑制深度高、阻带宽的周期性电磁带隙结构，但电磁带隙结构的抑制能力受单元个数影响，需级联多个电磁带隙结构，实际的元器件有效摆放面积将受到电磁带隙结构位置及面积的压缩，不利于大规模复杂电路的设计，且由于周期性电磁带隙结构将破坏以其为参考平面的信号回流路径，降低信号完整性，增加辐射量，需要较高的制造工艺，成本较高，实际的工程应用范围有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、全向性好、阻带宽、工程实现性强，不需对电源平面开槽，无需周期性电磁带隙结构，对同步开关噪声抑制深度高、阻带宽,基于局域谐振隔离的螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络。以解决现有噪声抑制结构噪声抑制带宽不足、结构复杂、成本高、工程实现性弱的问题，同时保持良好的信号完整性。本专利技术所采用的技术方案是：一种螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，包括电源平面分布结构、地平面4、蚀刻在电源平面的局域隔离结构9、位于电源平面与地平面4之间的介质层3，其特征在于，电源分配网络采用至少2层PCB结构，噪声源输入电路1和噪声敏感电路2分布在PCB结构电源平面上，局域隔离结构9分别位于电源平面结构上的噪声源输入电路与噪声敏感电路所在区域；所述局域隔离结构9上刻蚀有利用同层电源平面进行连接的螺旋谐振环，螺旋谐振环根据所述的电源平面分布结构刻蚀在电源平面上，隔离电源与地平面4间的同步开关噪声；局域隔离结构9利用螺旋谐振环自身谐振效应，结合电源平面与地平面4金属层与介质层间的耦合谐振，在噪声频率带中形成阻带，阻断同步开关噪声的传播路径，抑制表面波，对同步开关噪声进行抑制。优选的，电源分配网络采用2层PCB结构，介质层位于电源平面与地平面4之间，介质基板材料为FR-4，相对介电常数为3.8-4.4，损耗角正切为0-0.02，介质厚度为0.2-0.4毫米，电源分配网络金属厚度为10-30微米；优选的，电源分配网络在以-45dB为同步开关噪声抑制为标准时，可在0.13-20GHz范围内抑制同步开关噪声；优选的，局域隔离结构9利用螺旋谐振环自身谐振效应，结合金属层与介质层间的耦合谐振，在带频率带中形成阻带，阻断同步开关噪声的传播路径，抑制表面波，对同步开关噪声进行抑制；优选的，螺旋谐振环由正方形金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，包括电源平面分布结构、地平面(4)、蚀刻在电源平面的局域隔离结构(9)、位于电源平面与地平面(4)之间的介质层(3)，其特征在于，电源分配网络采用至少2层PCB结构，噪声源输入电路(1)和噪声敏感电路(2)分布在PCB结构电源平面的对角上，局域隔离结构(9)分别位于电源平面结构上的噪声源输入电路与噪声敏感电路所在区域；所述局域隔离结构(9)上刻蚀有利用同层电源平面进行连接的螺旋谐振环，螺旋谐振环根据所述的电源平面分布结构刻蚀在电源平面上，隔离电源与地平面间的同步开关噪声；局域隔离结构(9)利用螺旋谐振环自身谐振效应，结合电源平面(8)与地平面金属层与介质层间的耦合谐振，在带频率带中形成阻带，阻断同步开关噪声的传播路径，抑制表面波，对同步开关噪声进行抑制。
【技术特征摘要】
1.一种螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，包括电源平面分布结构、
地平面(4)、蚀刻在电源平面的局域隔离结构(9)、位于电源平面与地平面(4)之间的介质层
(3)，其特征在于，电源分配网络采用至少2层PCB结构，噪声源输入电路(1)和噪声敏感电路
(2)分布在PCB结构电源平面的对角上，局域隔离结构(9)分别位于电源平面结构上的噪声
源输入电路与噪声敏感电路所在区域；所述局域隔离结构(9)上刻蚀有利用同层电源平面
进行连接的螺旋谐振环，螺旋谐振环根据所述的电源平面分布结构刻蚀在电源平面上，隔
离电源与地平面间的同步开关噪声；局域隔离结构(9)利用螺旋谐振环自身谐振效应，结合
电源平面(8)与地平面金属层与介质层间的耦合谐振，在带频率带中形成阻带，阻断同步开
关噪声的传播路径，抑制表面波，对同步开关噪声进行抑制。
2.根据权利要求1所述的螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，其特征
在于：电源分配网络采用2层PCB结构，介质层位于电源平面与地平面4之间，介质基板材料
为FR-4，相对介电常数为3.8-4.4，损耗角正切为0-0.02，介质厚度为0.2-0.4毫米，电源分
配网络金属厚度为10-30微米。
3.根据权利要求1所述的螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，其特征
在于：电源平面分布有代表噪声源输入电路所在位置的端口PORT1、端口PORT2、端口PORT3
和端口PORT4，其中，PORT3分别代表位于电源平面不同位置未经隔离的噪声敏感电路，端口
PORT4代表经过局域隔离的噪声敏感电路。
4.根据权利要求1所述螺旋谐振环超宽带同步开关噪声抑制电源分配网络，其特征在
于：所述的局域隔离结构9是一种微波人工合成材...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海峰，柴霖，徐茂格，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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