基于电磁带隙结构与磁性材料的PCB供电系设计

【摘要】： 在多层印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)中用于为有源器件提供直流电源的供电系,通常由作为电源层和接地层的一对平行金属板所构成。在高频段,电源和接地层对实际上形成了一个平行平板谐振器,谐振时的高阻抗不仅将导致较大的电磁干扰辐射,而且会产生同时开关噪声影响高速数字电路中的信号完整性,因此在印制电路板的设计中,供电系阻抗谐振所引起的噪声和电磁干扰问题一直是设计人员关注的焦点。 电磁带隙(Electromagnetic Band-Gap, EBG)是一种由介质、金属或其混合体单元按周期性排列所构成的阵列结构,对特定频段内的电磁波呈现带阻特性。因此可以预期,某些EBG结构可以降低阻抗的幅度、减少谐振峰的个数,从而有效地减轻供电系的电磁干扰问题。此外,磁性材料涂层能达到增大表面阻抗的效果,从而抑制了电磁波的辐射,也能达到降低供电系电磁干扰的目的。 本文综合应用电磁带隙结构和磁性材料对印刷电路板中的电源接地层供电系进行设计。首先,运用基于腔模模型的快速算法和分解元法的计算机仿真研究了由两种不同介质材料组合构成的EBG结构对供电系阻抗特性的影响。然后,研究在各种EBG结构下,在电源和接地层内侧(即靠近介质层的一侧)增加高磁导率材料涂层对供电系阻抗特性的影响。 论文的研究成果表明,适当的EBG结构应用于PCB设计中确实能有效地降低PCB供电系的电磁干扰。而在供电系内侧增加磁性材料涂层,能在原有基础上进一步抑制电磁干扰,从而使得供电系的性能更加优异。