Poynting for Microwave 解析事例
電磁バンドギャップ(EBG)構造を有する電源グランドプレーンのノイズ特性解析

背景

プリント回路基板(PCB)における電磁ノイズ問題

• 電源グランド間を伝搬するノイズの抑制が必要不可欠
• 高周波(百MHz-数GHz帯)では、パスコン(注1)の効果が悪い

電磁バンドギャップ(EBG)構造とその応用

• 周期構造を構成することで、特定の周波数帯域の電磁波が存在できないElectromagnetic Band Gap (以下、EBG)をつくりだせる
• EBG構造を電源グランドプレーンに配置することにより、不要な電磁ノイズを抑制可能

EBG構造を持つ電源グランドプレーンのノイズ特性解析

• 誘電体基板、Cuの表皮効果の周波数依存性を考慮
• 応用例
  • ミアンダラインを用いた平面EBG構造
  • L字ブリッジとスリットを用いた平面EBG構造

解析モデル

概観

形状

比較対象

解析結果

電源グランドプレーン内の電磁界分布(2枚並行平板)

波動で励振した電磁波が並行平板導波路を伝搬する

電源グランドプレーン内の電磁界分布(EBG構造)

EBG構造バンドギャップに相当する周波数成分は伝搬できないため、PCBの電源グランド層の電磁ノイズの抑制に利用可能

EBG構造の影響：電磁バンドギャップ

禁止帯内外の電磁界分布(定常状態)の比較

実験値との比較(ミアンダEBG構造)

SパラメーターS₂₁の解析結果と実験結果の比較

広帯域EBG構造モデル

形状: L字ブリッジ＋スリットEBG(LBS-EBG)構造

実験値との比較(LBS-EBG構造)

SパラメーターS₂₁の解析結果と実験結果の比較

まとめ

• PoyntingによるEBG構造の電磁界シミュレーション
• EBG構造を有する電源グランドプレーンのノイズ特性解析
• 電源グランドプレーン内の電磁界の可視化
• S₂₁に対する電磁バンドギャップの影響
• UWB帯域もカバーする広帯域EBG構造の特性を再現
• 実験結果との比較
• シミュレーション結果は実験結果とよく一致する

注釈

注1 パスコン:

バイパスコンデンサの略

注2 3.1GHz - 10GHz:

米国のUWB通信の帯域

参考文献

1. O.M. Ramahi, et.al., “EMI Suppression and Switching Noise Mitigation in Package and Boards using Electromagnetic Band Gap Structure”, Proceedings of ISSSE’07, International Symposium on Signals, Systems and Electronics, 271-274, 2007.
2. L. Li, Q. Chen, Q. Yaun, K. Sawaya, “Ultrawideband Suppression of Ground Bounce Noise in Multilayer PCB Using Locally Embedded Planar Electromagnetic Band-Gap Structures”, IEEE Antennas and Propagation Letters, vol.8, 2009.