板級與封裝級電路系統(tǒng)電磁完整性研究.pdf

1、隨著板級與封裝級電子系統(tǒng)向低電壓、高功耗、高密度以及高速度的發(fā)展趨勢,信號完整性、電源完整性和電磁兼容性已成為高速電路設(shè)計與系統(tǒng)級封裝中的研究熱點。一方面,電源需給狀態(tài)切換時的芯片提供大量瞬時電流,會在供電網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓波動,電壓波動在電源分配網(wǎng)絡(luò)上傳播形成噪聲或電磁干擾信號。另一方面,電磁干擾將通過電源分配網(wǎng)絡(luò)耦合到相關(guān)的信號線上,從而引起眼圖閉合、信號畸變等信號完整性問題。因此,高速電路中的信號完整性、電源完整性及其相互作用問

2、題已經(jīng)成為目前板級設(shè)計和封裝級設(shè)計中熱點與瓶頸。隨著系統(tǒng)速率的提高,信號完整性與電源完整性之間的互相影響和制約關(guān)系表現(xiàn)得更加突出,有必要對其綜合研究,在實際應(yīng)用中協(xié)同考慮以提高系統(tǒng)性能。本文在國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地分析了板級與封裝級電路中電磁完整性問題,研究了信號完整性與電源完整性的相互作用機理、信號完整性及電源完整性的分析方法、返回路徑不連續(xù)對信號完整性的影響、通過改變電源分布網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)濾波及轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的方法以及基于硅通孔的三

3、維封裝中信號完整性與電磁干擾問題等,取得了一定的研究成果。相關(guān)成果歸納如下:
　　1.對應(yīng)用于高速電路中的平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)進行了研究。提出了一種新的可抑制超寬帶同步切換噪聲的電磁帶隙結(jié)構(gòu),討論了電磁帶隙結(jié)構(gòu)上方有電源或地平面覆蓋時電源分布網(wǎng)絡(luò)中噪聲傳播問題。針對相應(yīng)問題,給出了具體的工程解決方案。
　　2.深入研究了返回路徑不連續(xù)對信號完整性的影響。對過孔和返回平面上開槽等兩種不連續(xù)結(jié)構(gòu)所引起的信號完整性問題進行了分析。使用

4、微波網(wǎng)絡(luò)分析方法結(jié)合實際三維結(jié)構(gòu),提出了基于模式分解的高速互連電路中串擾機制的快速求解方法。使用跨接于開槽兩端的短路線來旁路槽線模式電磁場,從而改善傳輸特性,抑制串擾。針對具體的工程應(yīng)用,研究了開槽下方有完整平面時,信號傳輸特性和串擾受電源分布網(wǎng)絡(luò)諧振效應(yīng)的影響情況及解決方案。
　　3.通過改變信號返回路徑的形狀和特性,實現(xiàn)不同的濾波與轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。提出了一種適用于超寬帶通信的基于過孔的微帶垂直轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。通過在過孔附近的電源層上蝕刻平

5、面電磁帶隙單元來抑制電源分配網(wǎng)絡(luò)諧振,降低其在過孔處的自阻抗,以改善垂直互連結(jié)構(gòu)傳輸性能。將蘑菇型電磁帶隙結(jié)構(gòu)引入到差分電路中,用以濾除共模干擾,該方法具有占用面積小、帶內(nèi)抑制大、設(shè)計簡單等優(yōu)點。
　　4.分析了基于硅通孔的三維集成電路中的相關(guān)問題。主要分析了硅通孔的電特性和 RLGC參數(shù)提取方案,討論了 MOS效應(yīng)對硅通孔寄生電容的影響。在基本硅通孔的電特性研究基礎(chǔ)上分析了三維集成電路中的串擾問題,討論了硅通孔結(jié)構(gòu)和放置方法對串