高速數(shù)字電路電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與噪聲抑制分析.pdf

1、隨著電路系統(tǒng)向著高速度、低電壓、低功耗的趨勢(shì)發(fā)展，數(shù)字、模擬以及射頻等模塊集成到一個(gè)電路模塊中以獲得更小的體積和更高的性能。系統(tǒng)能力的提高引發(fā)了更大的開關(guān)電流，對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)的供電能力提出了更高的要求并且引發(fā)了更嚴(yán)重的供電噪聲波動(dòng)。電源分配網(wǎng)絡(luò)是高速數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，直接影響了信號(hào)完整性、電源完整性以及電磁完整性的性能，因此電源分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與分析一直都是研究的重點(diǎn)。電源分配網(wǎng)絡(luò)為數(shù)字電路提供電荷的同時(shí)也為噪聲提供了優(yōu)異的傳播路徑

2、，因此電源分配網(wǎng)絡(luò)既要保證供電性能又要抑制噪聲的影響，使得電源分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)日益復(fù)雜。本論文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了電源分配網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及元件功能，重點(diǎn)研究了與電源分配網(wǎng)絡(luò)緊密聯(lián)系的噪聲建模、抑制以及特性分析，研究取得了一定的成果。本論文的主要研究成果歸納如下：
　　1.具體說明了電源分配網(wǎng)絡(luò)的組成和功能，深入討論了電源分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法和性能影響因素。詳細(xì)闡述了電源完整性、信號(hào)完整性和電磁完整性的緊密相關(guān)性和內(nèi)部影響機(jī)

3、制，發(fā)展了電源完整性、信號(hào)完整性和電磁完整性協(xié)同設(shè)計(jì)的思想。以此為基礎(chǔ)，深入研究了電源/地噪聲對(duì)抖動(dòng)噪聲的影響，研究表明電源/地噪聲引發(fā)的抖動(dòng)噪聲具有很強(qiáng)的頻率相關(guān)性。
　　2.針對(duì)高速傳輸線中串?dāng)_耦合噪聲的問題，提出了一種基于傳輸矩陣的非理想傳輸線的建模方法，該建模方法能夠準(zhǔn)確獲得串?dāng)_耦合噪聲波形。以此為基礎(chǔ)，對(duì)非理想傳輸線的串?dāng)_耦合特性進(jìn)行了深入的研究，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則以降低非理想因素對(duì)高速信號(hào)的影響，提高傳輸線的性能。

4、
　　3.利用差分傳輸線等效耦合電路詳細(xì)分析了差分信號(hào)的奇模和偶模特性。重點(diǎn)研究了傳輸線邊緣場(chǎng)耦合引發(fā)的阻抗不連續(xù)和傳輸時(shí)延變化對(duì)差分傳輸線的影響。通過實(shí)驗(yàn)分析提出了一種能夠有效抑制共模噪聲和阻抗不連續(xù)以提高信號(hào)傳輸質(zhì)量的布線規(guī)則。
　　4.通過有理函數(shù)將時(shí)域阻抗函數(shù)和開關(guān)電流的瞬態(tài)特性引入到同時(shí)開關(guān)噪聲的計(jì)算和抑制分析中，提出了一種用于同時(shí)開關(guān)噪聲建模的方法以及一種用于同時(shí)開關(guān)噪聲快速估算的方法。基于時(shí)域阻抗函數(shù)和開關(guān)電流

5、周期特性，分析了同時(shí)開關(guān)噪聲的周期特性及抑制方法。該方法克服了傳統(tǒng)電源分配網(wǎng)絡(luò)頻域設(shè)計(jì)方法沒有考慮瞬態(tài)特性的缺陷。
　　5.詳細(xì)探討了同時(shí)開關(guān)噪聲抑制的各種方法。同時(shí)開關(guān)噪聲的抑制是電源完整性分析與設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。本文提出了兩種用于電源分配網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)開關(guān)噪聲抑制的結(jié)構(gòu)。一種將螺旋結(jié)構(gòu)橋引入到電源/地島結(jié)構(gòu)中以連接分割的平面，在提高同時(shí)開關(guān)噪聲抑制能力的同時(shí)，很好地保證了信號(hào)完整性性能。另一種在垂直級(jí)聯(lián)EBG結(jié)構(gòu)中應(yīng)用高相對(duì)介電常數(shù)