多層印制電路板的EMI數(shù)值分析.pdf

1、多層印制電路板(PCB)和電子封裝設(shè)計(jì)正不斷向高速、高集成化方向發(fā)展，電磁干擾(EMI)問(wèn)題已成為高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。高速PCB中的走線、IC(集成電路)和不連續(xù)結(jié)構(gòu)均是產(chǎn)生電磁輻射的噪聲源，而同步開(kāi)關(guān)噪聲(SSN)則是產(chǎn)生電磁輻射的主要原因。SSN會(huì)導(dǎo)致電源總線產(chǎn)生電壓波動(dòng)，因高速數(shù)字系統(tǒng)的電源/地平面呈腔體結(jié)構(gòu)，在SSN噪聲源激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁場(chǎng)輻射發(fā)射。高速數(shù)字系統(tǒng)中具有大量的過(guò)孔、接插件和

2、互連線，因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性對(duì)其EMI進(jìn)行建模仿真十分困難。
　　 本文采用邊界元法對(duì)電源/地平面產(chǎn)生的電磁場(chǎng)輻射發(fā)射進(jìn)行了建模仿真。研究了電源/地平面具有多個(gè)過(guò)孔時(shí)EMI激勵(lì)源的精確提取方法以及多層PCB電磁輻射等效磁流的電磁場(chǎng)數(shù)值分析方法。首先采用有限元法建立了過(guò)孔的內(nèi)在等效電路模型，然后采用邊界元法計(jì)算了電源/地平面上多個(gè)過(guò)孔的散射矩陣，最后將過(guò)孔等效電路、散射矩陣和外部電路在ADS(或SPICE)軟件環(huán)境下進(jìn)行混合電路分析，

3、從而求出EMI噪聲源。等效磁流及散射矩陣是通過(guò)求解二維亥姆霍茲方程獲得。由已知等效磁流即可方便地計(jì)算出空間的EMI輻射場(chǎng)。
　　 計(jì)算結(jié)果通過(guò)電磁場(chǎng)軟件仿真進(jìn)行了驗(yàn)證，證實(shí)了本文方法的有效性和精確性。邊界元法只需對(duì)過(guò)孔及板的四周邊界進(jìn)行離散，無(wú)需求解內(nèi)部場(chǎng)分布即可獲得輻射等效磁流，極大地提高了計(jì)算效率。此外，邊界元法可適應(yīng)于任意形狀PCB的EMI分析，比腔模理論具有更廣的適用性。
　　 論文的特色與創(chuàng)新性研究表現(xiàn)為：

4、r>　　 (1)通過(guò)混合電路仿真獲得了精確的EMI激勵(lì)源。
　　 (2)采用有限元法對(duì)過(guò)孔的寄生電容進(jìn)行了建模分析。將極坐標(biāo)形式的拉普拉斯方程轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)便的直接坐標(biāo)形式，簡(jiǎn)化了編程過(guò)程。
　　 (3)采用邊界元法對(duì)多層PCB的過(guò)孔散射矩陣及等效磁流進(jìn)行了分析。
　　 邊界元法可大大減少PCB上過(guò)孔、走線等精細(xì)結(jié)構(gòu)的離散網(wǎng)格數(shù)量，并有效提高計(jì)算精度與計(jì)算效率。與網(wǎng)格離散方法相結(jié)合可同時(shí)對(duì)信號(hào)完整性、電源完整性和EM