多芯片組件高速電路的布局布線及信號(hào)完整性研究.pdf

1、MCM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)小型化、高性能化、多功能化和低成本化的關(guān)鍵途徑之一，也是系統(tǒng)集成的一種重要手段。目前在研和即將研制的許多重點(diǎn)工程和武器系統(tǒng)，均提出了對(duì)MCM的迫切需求。 隨著頻率的升高和上升沿的縮短，MCM高速電路封裝所引起的信號(hào)完整性問題愈加嚴(yán)重。本文在對(duì)低、高頻電路采用MCM方法封裝實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過理論分析和建模仿真，對(duì)其所導(dǎo)致的信號(hào)完整性問題進(jìn)行深入分析和模擬研究，分析引起MCM反射、延時(shí)、串?dāng)_、電磁干擾等信號(hào)完

2、整性問題的因素，從而得到改善MCM高速電路特性的依據(jù)。本文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)從武器裝備預(yù)先研究項(xiàng)目的具體要求出發(fā)，以檢測(cè)器電路為例，通過零件庫(kù)擴(kuò)充、封裝符號(hào)和多層布線基板設(shè)計(jì)等，論述了MCM高速電路的布局布線和封裝過程。為了說明即使在低頻時(shí)，MCM封裝也具有明顯優(yōu)勢(shì)，本文又以低頻數(shù)字顯示電路為例，通過總體方案設(shè)計(jì)、單元電路的仿真等，闡述了該電路的MCM實(shí)現(xiàn)過程，尚未見到國(guó)內(nèi)外類似研究結(jié)果報(bào)道。 (2)本文采用

3、傅立葉級(jí)數(shù)展開方法來計(jì)算矩形脈沖、三角脈沖和半波余弦等波形的功率譜，可以得到明確的功率譜表達(dá)式，而且計(jì)算量較小，克服了已有自相關(guān)系數(shù)算法和傅立葉變換時(shí)移算法的不足。計(jì)算結(jié)果表明，選擇上升時(shí)間最短或上升沿最陡、且功率譜較大的方波作為本文后續(xù)仿真的輸入信號(hào)波形，可以較好地描述信號(hào)完整性問題與時(shí)鐘頻率和上升沿的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對(duì)第二章所述電路的仿真結(jié)果表明，當(dāng)頻率較高和上升沿較短時(shí)，會(huì)導(dǎo)致明顯的信號(hào)完整性問題，如反射、串?dāng)_等。 (3

4、)基于分布參數(shù)系統(tǒng)分析方法，對(duì)傳輸線特性及并聯(lián)、RC、Thevenin等端接方法進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，深入分析了傳輸線損耗及其導(dǎo)致的上升時(shí)間變長(zhǎng)效應(yīng)和有損線特性阻抗、衰減等特性，得到了一些有價(jià)值的結(jié)論，為MCM高速電路信號(hào)完整性的改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。通過對(duì)影響反射的諸因素分析，可以得到消除或減小反射的方法。從項(xiàng)目具體要求出發(fā)，論文對(duì)容性負(fù)載、容性時(shí)延累加、有載線、感性突變等多種情況下的反射以及拐角和過孔的影響進(jìn)行了仿真研究，并就MCM高速

5、電路頻域電磁干擾仿真中出現(xiàn)的兩次峰值問題進(jìn)行了初步的探索和研究工作。目前對(duì)并聯(lián)、RC、Thevenin等電路端接方法已有文獻(xiàn)報(bào)道，但本文就上述端接方法在MCM中的應(yīng)用以及MCM高速電路電磁干擾仿真中出現(xiàn)的兩次峰值問題的研究國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。 (4)從容性耦合和感性耦合的角度，分析了MCM高速電路串?dāng)_的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上，分別利用電路模型和MCM差分對(duì)模型兩種描述方法對(duì)MCM近端、遠(yuǎn)端串?dāng)_及其影響因素進(jìn)行了詳細(xì)論述，并說明了串?dāng)_與時(shí)序和傳輸模

6、式的關(guān)系。MCM高速電路信號(hào)完整性分析中引入差分對(duì)的概念，可以利用奇模阻抗和偶模延時(shí)等參數(shù)來較好地表征不同傳輸模式下的耦合效應(yīng)。同時(shí)，本文還就MCM電源分配系統(tǒng)(PDS)和同步開關(guān)噪聲進(jìn)行了研究。通過對(duì)容性耦合電流和感性耦合電流所導(dǎo)致的近、遠(yuǎn)端串?dāng)_進(jìn)行仿真，說明了采用增加隔離線布線方法后對(duì)串?dāng)_的改進(jìn)。利用MCM差分對(duì)方法，對(duì)差分對(duì)中的電流分布和耦合效應(yīng)以及差分信號(hào)和共模信號(hào)的端接等進(jìn)行了研究，從而說明傳輸模式對(duì)MCM串?dāng)_的影響。目前關(guān)于

7、MCM高速電路的電源分配系統(tǒng)和同步開關(guān)噪聲的相關(guān)研究報(bào)道較少。 (5)結(jié)合總裝備部武器裝備預(yù)先研究項(xiàng)目“SAR實(shí)時(shí)成像處理MCM模塊實(shí)用化技術(shù)研究”的具體要求，在××××××大學(xué)××研究所和××××××國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的SAR雷達(dá)成像電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，與中國(guó)電子科技集團(tuán)43所等承研單位密切合作，對(duì)該信號(hào)處理電路進(jìn)行MCM封裝設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，從而滿足SAR信號(hào)處理型號(hào)系統(tǒng)的要求。至今未見到國(guó)內(nèi)外類似的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)方案方面的報(bào)