高速電路電源分配網絡設計與電源完整性分析.pdf

1、隨著電子系統(tǒng)向高速度、高密度、高功耗、低電壓和大電流的趨勢發(fā)展，高速數(shù)字系統(tǒng)設計與分析的重點已經從信號完整性轉移到電源完整性。電源完整性及其引起的噪聲耦合問題已經成為當代高速數(shù)字設計最主要的瓶頸，這正是本論文的研究主題。 電源分配網絡構成了高速數(shù)字系統(tǒng)最龐大最復雜的互連，約占全部互連空間的30%-40%。系統(tǒng)中所有的器件都直接或間接地連接到電源分配網絡上，器件數(shù)目成千上萬。因此電源分配網絡設計與電源完整性分析是數(shù)字系統(tǒng)中技術最復

2、雜、最不成熟、意見最不統(tǒng)一的地方。尤其是關于去耦網絡的設計與分析，一直以來都是爭論不休的焦點。電源分配網絡是高速數(shù)字設計的核心，它直接影響著電源完整性、信號完整性和電磁完整性等系統(tǒng)的性能。本論文重點研究高速數(shù)字系統(tǒng)的電源分配網絡設計與電源完整性分析這一主題；并探討了與之緊密聯(lián)系的電源噪聲抑制和非理想互連的建模與分析。研究的主要內容歸納如下： 1）在消化前人研究成果的基礎上，討論了電源分配網絡設計的各個重點環(huán)節(jié)。剖析了電源完整性、

3、信號完整性和電磁完整性之間的內在聯(lián)系，提出了電源完整性、信號完整性和電磁完整性協(xié)同設計的思想。 2）提出多輸入阻抗的概念，并在此基礎上分析了去耦平面電源分配網絡的電氣特性，找出了利用輸入阻抗設計電源分配網絡在高頻時難以獲得精確結果的根源。建立了一套基于多輸入阻抗的電源分配網絡設計與性能分析方法，該方法克服了傳統(tǒng)目標阻抗法無法準確表征電源地平面高頻特性的缺點。 3）在論證電源分配網絡中各元件之間動態(tài)電荷交換和傳輸?shù)幕A上，

4、提出了能夠在時域準確表征電容和電感在功率及時傳輸過程中的作用的新方法。建立了一套新的基于功率傳輸?shù)碾娫捶峙渚W絡的設計與性能分析方法，該方法方便、直接、可靠，并為高速電源完整性的分析提供了一個新視點。 4）探討了電磁帶隙結構在電源噪聲抑制中的應用。研究了電磁帶隙結構噪聲抑制的原理以及應用缺陷，在此基礎上提出了電磁帶隙噪聲隔離墻的概念，應用于數(shù)字系統(tǒng)的噪聲抑制。在獲得超寬帶電源噪聲抑制的同時，很好地控制了附加的額外成本以及由于電磁帶

5、隙結構引起的不利影響。此外，還研究了電磁帶隙結構中信號走線的傳輸特性，為電磁帶隙結構的實際應用做好鋪墊。 5）研究了非理想高速互連的建模與分析技術。非理想互連是嚴重影響電源完整性、信號完整性和電磁完整性的關鍵網絡。從互連的特性區(qū)域出發(fā)，闡明了建模的基礎與要點；著重探討了高速連接器和道孔兩類典型高速互連的寬帶建模技術。建模方法深刻地反映了互連的物理信息和電路結構的緊密關聯(lián)性，能夠很容易地被理解、分析、掌握和應用。 本文系統(tǒng)