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

1、隨著電路系統(tǒng)向著高速度、低電壓、低功耗的趨勢發(fā)展，數(shù)字、模擬以及射頻等模塊集成到一個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)了更嚴重的供電噪聲波動。電源分配網(wǎng)絡(luò)是高速數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，直接影響了信號完整性、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)計與分析一直都是研究的重點。電源分配網(wǎng)絡(luò)為數(shù)字電路提供電荷的同時也為噪聲提供了優(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)計方法和性能影響因素。詳細闡述了電源完整性、信號完整性和電磁完整性的緊密相關(guān)性和內(nèi)部影響機

3、制，發(fā)展了電源完整性、信號完整性和電磁完整性協(xié)同設(shè)計的思想。以此為基礎(chǔ)，深入研究了電源/地噪聲對抖動噪聲的影響，研究表明電源/地噪聲引發(fā)的抖動噪聲具有很強的頻率相關(guān)性。
　　2.針對高速傳輸線中串擾耦合噪聲的問題，提出了一種基于傳輸矩陣的非理想傳輸線的建模方法，該建模方法能夠準確獲得串擾耦合噪聲波形。以此為基礎(chǔ)，對非理想傳輸線的串擾耦合特性進行了深入的研究，并提出了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)則以降低非理想因素對高速信號的影響，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分析了差分信號的奇模和偶模特性。重點研究了傳輸線邊緣場耦合引發(fā)的阻抗不連續(xù)和傳輸時延變化對差分傳輸線的影響。通過實驗分析提出了一種能夠有效抑制共模噪聲和阻抗不連續(xù)以提高信號傳輸質(zhì)量的布線規(guī)則。
　　4.通過有理函數(shù)將時域阻抗函數(shù)和開關(guān)電流的瞬態(tài)特性引入到同時開關(guān)噪聲的計算和抑制分析中，提出了一種用于同時開關(guān)噪聲建模的方法以及一種用于同時開關(guān)噪聲快速估算的方法。基于時域阻抗函數(shù)和開關(guān)電流

5、周期特性，分析了同時開關(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)計方法沒有考慮瞬態(tài)特性的缺陷。
　　5.詳細探討了同時開關(guān)噪聲抑制的各種方法。同時開關(guān)噪聲的抑制是電源完整性分析與設(shè)計的重要內(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，在提高同時開關(guān)噪聲抑制能力的同時，很好地保證了信號完整性性能。另一種在垂直級聯(lián)EBG結(jié)構(gòu)中應(yīng)用高相對介電常數(shù)