高速電路電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與分析的重點(diǎn)已經(jīng)從信號完整性轉(zhuǎn)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(jīng)成為當(dāng)代高速數(shù)字設(shè)計(jì)最主要的瓶頸，這正是本論文的研究主題。 電源分配網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了高速數(shù)字系統(tǒng)最龐大最復(fù)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(wǎng)絡(luò)上，器件數(shù)目成千上萬。因此電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與電源完整性分析是數(shù)字系統(tǒng)中技術(shù)最復(fù)

2、雜、最不成熟、意見最不統(tǒng)一的地方。尤其是關(guān)于去耦網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與分析，一直以來都是爭論不休的焦點(diǎn)。電源分配網(wǎng)絡(luò)是高速數(shù)字設(shè)計(jì)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(diǎn)研究高速數(shù)字系統(tǒng)的電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(nèi)容歸納如下： 1）在消化前人研究成果的基礎(chǔ)上，討論了電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的各個重點(diǎn)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(nèi)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(shè)計(jì)的思想。 2）提出多輸入阻抗的概念，并在此基礎(chǔ)上分析了去耦平面電源分配網(wǎng)絡(luò)的電氣特性，找出了利用輸入阻抗設(shè)計(jì)電源分配網(wǎng)絡(luò)在高頻時難以獲得精確結(jié)果的根源。建立了一套基于多輸入阻抗的電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與性能分析方法，該方法克服了傳統(tǒng)目標(biāo)阻抗法無法準(zhǔn)確表征電源地平面高頻特性的缺點(diǎn)。 3）在論證電源分配網(wǎng)絡(luò)中各元件之間動態(tài)電荷交換和傳輸?shù)幕A(chǔ)上，

4、提出了能夠在時域準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(diǎn)。 4）探討了電磁帶隙結(jié)構(gòu)在電源噪聲抑制中的應(yīng)用。研究了電磁帶隙結(jié)構(gòu)噪聲抑制的原理以及應(yīng)用缺陷，在此基礎(chǔ)上提出了電磁帶隙噪聲隔離墻的概念，應(yīng)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(jié)構(gòu)引起的不利影響。此外，還研究了電磁帶隙結(jié)構(gòu)中信號走線的傳輸特性，為電磁帶隙結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用做好鋪墊。 5）研究了非理想高速互連的建模與分析技術(shù)。非理想互連是嚴(yán)重影響電源完整性、信號完整性和電磁完整性的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)。從互連的特性區(qū)域出發(fā)，闡明了建模的基礎(chǔ)與要點(diǎn)；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(shù)。建模方法深刻地反映了互連的物理信息和電路結(jié)構(gòu)的緊密關(guān)聯(lián)性，能夠很容易地被理解、分析、掌握和應(yīng)用。 本文系統(tǒng)