电磁能隙结构装置

技术领域

本公开涉及一种电磁能隙结构装置，尤其涉及一种集成电路中的电磁能隙结构装置。

背景技术

在现有技术中，需要重复设置一定数量的电磁能隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)结构，方能实现较佳的噪声抑制效果。然而，于实际应用方面，在有限定的空间内实现多个电磁能隙结构单元的设置较难实现。

现有技术中虽有一种翻转式阶跃阻抗共振器(Flipped Stepped ImpedanceResonator,FSIR)电磁能隙结构亦可用于噪声抑制。然而，这种电磁能隙结构在5～6吉赫(GHz)的第二频段易与挖槽共振相互影响，难以提升对第二频段的噪声抑制效果。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的至少一目的是提供一种电磁能隙结构装置，尤其为一种结合开路传输(open-stub)结构与开隙(slot)共振器，且采用翻转设置的非周期性电磁能隙结构装置，可实现较佳的噪声抑制效果。

本公开的实施方式涉及一种电磁能隙结构装置，其包含一第一导体层以及一第二导体层，该第二导体层平行于该第一导体层。该第一导体层上设有至少一第一槽。每一该至少一第一槽中分别设置一导体平面单元，每一该导体平面单元分别电性耦接于一第一导通柱。该第二导体层挖设一第二槽，该第二槽中设置至少一传输线平面单元。每一该至少一传输线平面单元分别通过一第二导通柱电性耦接于该第一导体层，且每一该第一导通柱皆电性耦接于该第二导体层。

附图说明

图1为本发明提出的电磁能隙结构装置一实施例的示意图；

图2为电磁能隙结构装置ED1的分解示意图；

图3为本发明提出的电磁能隙结构装置另一实施例的示意图；

图4为电磁能隙结构装置ED2的分解示意图；

图5为电磁能隙结构装置ED2的第二导体层M2的俯视示意图；

图6是电磁能隙结构装置ED2的第一导体层M1的俯视示意图；

图7为电磁能隙结构装置ED2的侧面视图；以及

图8为电磁能隙结构装置ED2的实验结果示意图。

符号说明

ED1、ED2： 电磁能隙结构装置

M1、L1： 第一导体层

M2、L2： 第二导体层

IL、IM： 绝缘层

A、B、E1、G1～G4： 槽

TPL、TP1～TP4： 传输线平面单元

CPL、CP1～CP4： 导体平面单元

VFL、VFM、VF1～VF4： 第一导通柱

VSL、VS1～VS4： 第二导通柱

W1～W4、X1～X4、Y1～Y4、Z1～Z4： 接点

T1： 第一端

T2： 第二端

具体实施方式

图1为基于本公开一些实施例示出的电磁能隙结构装置的示意图。在一些实施例中，电磁能隙结构装置ED1包含第一导体层L1以及第二导体层L2，为由导电材料构成的大致呈平行设置的两平面，两者之间填充有绝缘层IL。图1示出电磁能隙结构装置ED1的外部结构，用以说明第二导体层L2上的配置，电磁能隙结构装置ED1的内部结构及位于另一侧的第一导体层L1的结构在图1中被绝缘层IL遮蔽，将于后文另作说明。

如图1所示，第二导体层L2中设置有矩形的槽A，使第二导体层L2大致呈一矩形环状。槽A中设置一个传输线平面单元TPL，由导电材料构成，且与第二导体层L2之间被槽A隔开，亦即，传输线平面单元TPL电性隔绝于第二导体层L2。

在一些实施例中，第一导体层L1为接地(Ground)平面，耦接接地电压(如电压VSS)。第二导体层L2为电源(Source)平面，耦接于电源电压(如电压VDD)。

图2为基于本公开一些实施例示出的电磁能隙结构装置的示意图，请与图1对照参阅，而图2以分解实施方式示出第一导体层L1以及第二导体层L2，且未示出绝缘层IL。以图2的示出方式，可利于理解第一导体层L1以及第二导体层L2上的结构关系。

如图2所示，第一导体层L1上设置有槽B，槽B当中设置有导体平面单元CPL。导体平面单元CPL由导电材料构成，且与槽B共形，换言之，槽B的设置形状构成了导体平面单元CPL的形状。导体平面单元CPL与第一导体层L1间以槽B隔开，使导体平面单元CPL与第一导体层L1电性隔绝。槽B的其中一边具有向内绕转的设计，使得第一导体层L1具有一个延伸端延伸至槽B的中间区域。

如图2所示，导体平面单元CPL的两角端分别设置有第一导通柱VFL以及第一导通柱VFM，第一导通柱VFL以及第一导通柱VFM分别用以将导体平面单元CPL耦接至第二导体层L2。第一导通柱VFL以及第一导通柱VFM皆大致垂直第一导体层L1以及第二导体层L2。

如图2所示，第一导体层L1延伸至槽B的缝隙中的延伸端设置有第二导通柱VSL，第二导通柱VSL用以将第一导体层L1耦接至传输线平面单元TPL。第二导通柱VSL大致垂直第一导体层L1以及第二导体层L2。

图3为基于本公开一些实施例示出的电磁能隙结构装置的示意图。在一些实施例中，电磁能隙结构装置ED2包含第一导体层M1以及第二导体层M2，为由导电材料构成的两平面。第一导体层M1以及第二导体层M2大致呈平行设置，两者之间填充有绝缘层IM。图3示出电磁能隙结构装置ED2的外部结构，用以说明第二导体层M2上的配置，电磁能隙结构装置ED2的内部结构及位于另一侧的第一导体层M1的结构在图1中被绝缘层IM遮蔽，将于后文另作说明。

如图3所示，第二导体层M2中设置有矩形的槽E1，使第二导体层M2大致呈一矩形环状。槽E1当中设置四个传输线平面单元TP1～TP4，传输线平面单元TP1～TP4皆由导电材料构成，且与第二导体层M2之间皆被槽E1隔开，换言之，传输线平面单元TP1～TP4电性隔绝于第二导体层M2。

在一些实施例中，第一导体层M1为接地平面，耦接接地电压(如电压VSS)。第二导体层M2为电源平面，耦接于电源电压(如电压VDD)。

图4为基于本公开一些实施例示出的电磁能隙结构装置的示意图，请与图3对照参阅，而图4以分解实施方式示出第一导体层M1以及第二导体层M2，且未示出绝缘层IM。以图4的示出方式，可利于理解第一导体层M1以及第二导体层M2上的结构关系。

如图4所示，第一导体层M1上设置有四个槽G1～G4，槽G1～G4以行数及列数皆为二的排列方式(即2*2)相邻挖设于第一导体层M1上。槽G1当中设置有导体平面单元CP1，槽G2当中设置有导体平面单元CP2，槽G3当中设置有导体平面单元CP3，槽G4当中设置有导体平面单元CP4。请参阅图4，导体平面单元CP1～CP4亦是以行数及列数皆为二的方式排列(即2*2)，且相邻地设于槽G1～G4中。导体平面单元CP1～CP4皆由导电材料构成，且分别与槽G1～G4共形，换言之，槽G1～G4的设置形状构成了导体平面单元CP1～CP4的形状。导体平面单元CP1～CP4与第一导体层M1间皆以槽G1～G4隔开，使导体平面单元CP1～CP4与第一导体层M1电性隔绝。槽G1～G4的其中一边皆具有向内绕转的设计，使得第一导体层M1具有多个延伸端延伸至槽G1～G4的中间区域。

如图4所示，每个导体平面单元CP1～CP4分别设置有第一导通柱VF1～VF4，第一导通柱VF1～VF4用以将四个导体平面单元CP1～CP4耦接至第二导体层M2。第一导通柱VF1～VF4大致垂直第一导体层M1以及第二导体层M2。

如图4所示，第一导体层M1延伸至四个槽G1～G4的缝隙中的延伸端设置有第二导通柱VS1～VS4，第二导通柱VS1～VS4分别用以将第一导体层M1耦接至传输线平面单元TP1～TP4。第二导通柱VS1～VS4大致垂直第一导体层M1以及第二导体层M2。

图5为电磁能隙结构装置ED2的俯视示意图，其以俯视视角示出电磁能隙结构装置ED2的第二导体层M2，以及槽E1当中的传输线平面单元TP1～TP4。请一并参照图3～图4。槽E1呈矩形，其长度及宽度可依需求设计。传输线平面单元TP1～TP4以行数及列数皆为二的排列方式(即2*2)设置于槽E1中，第二导体层M2与传输线平面单元TP1～TP4皆被槽E1隔开，且相隔距离可依需求设计，彼此间电性隔绝。

在一实施例中，导体平面单元CP1～CP4与传输线平面单元TP1～TP4对应设置，如图4所示，导体平面单元CP1与传输线平面单元TP1对应设置，导体平面单元CP2与传输线平面单元TP2对应设置，依此类推。

第二导体层M2的四角分别标示了接点W1～W4，接点W1～W4的下方分别耦接第一导通柱VF1～VF4。例如，于接点W1下方，第二导体层M2通过第一导通柱VF1耦接于导体平面单元CP1，使第二导体层M2以及导体平面单元CP1电性耦接。至于其余的接点W2～W4与导体平面单元CP2～CP4的耦接方式，可依此类推。

如图5所示，传输线平面单元TP1～TP4皆为螺旋状的导线绕组。传输线平面单元TP1～TP4的大致中央处分别标示了接点X1～X4，接点X1～X4的下方分别耦接于第二导通柱VS1～VS4。例如，于接点X1下方，传输线平面单元TP1通过第二导通柱VS1耦接于槽G1内的第一导体层M1(由导体平面单元CP1环绕处)的延伸端。至于其余的接点X2～X4与槽G2～G4的缝隙中的第一导体层M1的耦接方式，可依此类推。

例如，传输线平面单元TP1具有第一端T1以及第二端T2，第一端T1大致位于传输线平面单元TP1的中央处，第二端T2大致位于传输线平面单元TP1的外侧(例如：传输线平面单元TP1的右上角处)。在一些实施例中，第二端T2是呈开路(open)设置。

传输线平面单元TP1的绕组的线宽以及线长皆可依需求设计。导线由第二端T2起，根据特定的线距向中央螺旋绕设(例如：逆时针方向向内绕设)至第一端T1。在本实施例中，传输线平面单元TP1的整体绕组呈矩形。第一端T1于接点X1处耦接于第二导通柱VS1，使传输线平面单元TP1与第一导体层M1相互耦接。至于其余的传输线平面单元TP2～TP4的设置，可依此类推。

图6是以俯视角示出的电磁能隙结构装置ED的第一导体层M1以及槽G1～G4当中的传输线平面单元CP1～CP4。请一并参照图3～图5。如图6所示，槽G1～G4具有相同的长度及宽度，但其长宽可依需求设计。槽G1～G4彼此设置于第一导体层M1上的相对距离为可调整的。

如图6所示，第一导体层M1环绕导体平面单元CP1～CP4。于槽G1～G4的其中一侧，第一导体层M1沿槽G1～G4的所述缝隙向内延伸至导体平面单元CP1～CP4的中央。第一导体层M1延伸至所述缝隙当中的部分与导体平面单元CP1～CP4间亦间隔特定距离，此距离可不同于导体平面单元CP1～CP4的其他侧与第一导体层M1间的距离。

如图6所示，导体平面单元CP1～CP4各自的一角端标示了接点Y1～Y4，接点Y1～Y4的上方分别耦接第一导通柱VF1～VF4。亦即，接点Y1～Y4分别通过第一导通柱VF1～VF4耦接至第二导体层M2的接点W1～W4。借此，导体平面单元CP1～CP4通过第一导通柱VF1～VF4电性耦接至第二导体层M2，形成第一导体结构。

如图6所示，第一导体层M1延伸至导体平面单元CP1～CP4的所述缝隙中的部分标示了接点Z1～Z4，接点Z1～Z4的上方分别耦接于第二导通柱VS1～VS4。亦即，接点Z1～Z4通过第二导通柱VS1～VS4分别耦接传输线平面单元TP1～TP4中央的接点X1～X4。借此，传输线平面单元TP1～TP4通过第二导通柱VS1～VS4电性导通至第一导体层M1，形成第二导体结构。

图7示出了电磁能隙结构装置ED2的侧面视图。如图7所示，第一导体层M1以及第二导体层M2之间填充有绝缘层IM，绝缘层IM具有特定高度。

在本实施例中，导体平面单元CP1～CP4与第二导体层M2构成第一导体结构，第一导体结构耦接电源电压。传输线平面单元TP1～TP4与第一导体层M1构成第二导体结构，第二导体结构耦接接地电压。通过绝缘层IM，该两导体结构电性隔绝并呈翻转设置。

图8为基于本公开一些实施例的实验结果示意图。图8的横轴表示频率，频率单位为吉赫(GHz)，图8的纵轴表示响应的数值，响应单位为分贝(dB)。在一些实施例中，两传输端口(例如：第一端口以及第二端口)分别设置于电磁能隙结构装置ED2的两侧，且两传输端口的设置高度介于第一导体层M1以及第二导体层M2之间。此时，响应的数值是指该第一端口以及该第二端口间的双端口网络参数。该双端口网络参数的数值可为第二电压除以第一电压的数值，其中第一电压为第一端口的电压，第二电压为第二端口的穿透电压。

图8的曲线显示了第一端口以及第二端口之间的响应的变化。曲线显示电磁能隙结构装置ED2于2.4吉赫至2.6吉赫的第一频段有至少23分贝的响应抑制效果，于5吉赫至6吉赫的第二频段有至少40分贝的响应抑制效果，可针对无线网络(Wi-Fi)环境的两个不同频段应用。

前述实施例中的电磁能隙结构装置ED2仅是用以说明，而非用以限制本公开。电磁能隙结构装置ED当中的各元件尺寸、材质以及挖槽参数皆可依实际需求调整，例如：第一导体层M1以及第二导体层M2间的高度、绝缘层IM的材质、第一导体层M1上挖设的槽G1～G4的长度以及宽度、第二导体层M2上挖设的槽E1的尺寸、传输线平面单元TP1～TP4的长度以及宽度、传输线平面单元TP1～TP4的线距、第一导通柱VF1～VF4以及第二导通柱VS1～VS4的设置位置、第一导通柱VF1～VF4以及第二导通柱VS1～VS4的直径以及高度均可依实际需求调整。应理解，电磁能隙结构装置ED1的对应特征也是如此，其各元件尺寸、材质以及挖槽参数皆可依实际需求调整。

应理解，第一频段根据传输线平面单元TP1～TP4的长度而决定，第二频段根据第一导体层M1挖设的槽G1～G4的长度而决定。

根据前述实施例，本公开提供一种两层式电磁能隙结构装置ED1～ED2，采用翻转设置，使其可应用于两层式的印刷电路板。这种电磁能隙结构装置ED1～ED2同时具有开路传输共振器以及开隙共振器的结构，可于802.11无线网络协定的应用环境下产生双频噪声抑制效果。于噪声产生处周围设置多个电磁能隙结构装置ED1～ED2亦可提升噪声抑制效果。