多芯片組件高速電路的布局布線及信號完整性研究.pdf

1、MCM技術是實現電子系統(tǒng)小型化、高性能化、多功能化和低成本化的關鍵途徑之一，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工程和武器系統(tǒng)，均提出了對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完整性問題愈加嚴重。本文在對低、高頻電路采用MCM方法封裝實現的基礎上，通過理論分析和建模仿真，對其所導致的信號完整性問題進行深入分析和模擬研究，分析引起MCM反射、延時、串擾、電磁干擾等信號完

2、整性問題的因素，從而得到改善MCM高速電路特性的依據。本文主要工作和創(chuàng)新點如下： (1)從武器裝備預先研究項目的具體要求出發(fā)，以檢測器電路為例，通過零件庫擴充、封裝符號和多層布線基板設計等，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，MCM封裝也具有明顯優(yōu)勢，本文又以低頻數字顯示電路為例，通過總體方案設計、單元電路的仿真等，闡述了該電路的MCM實現過程，尚未見到國內外類似研究結果報道。 (2)本文采用

3、傅立葉級數展開方法來計算矩形脈沖、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式，而且計算量較小，克服了已有自相關系數算法和傅立葉變換時移算法的不足。計算結果表明，選擇上升時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)仿真的輸入信號波形，可以較好地描述信號完整性問題與時鐘頻率和上升沿的關系。在此基礎上，對第二章所述電路的仿真結果表明，當頻率較高和上升沿較短時，會導致明顯的信號完整性問題，如反射、串擾等。 (3

4、)基于分布參數系統(tǒng)分析方法，對傳輸線特性及并聯、RC、Thevenin等端接方法進行了研究。在此基礎上，深入分析了傳輸線損耗及其導致的上升時間變長效應和有損線特性阻抗、衰減等特性，得到了一些有價值的結論，為MCM高速電路信號完整性的改進奠定了基礎。通過對影響反射的諸因素分析，可以得到消除或減小反射的方法。從項目具體要求出發(fā)，論文對容性負載、容性時延累加、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的兩次峰值問題進行了初步的探索和研究工作。目前對并聯、RC、Thevenin等電路端接方法已有文獻報道，但本文就上述端接方法在MCM中的應用以及MCM高速電路電磁干擾仿真中出現的兩次峰值問題的研究國內外鮮有報道。 (4)從容性耦合和感性耦合的角度，分析了MCM高速電路串擾的產生。在此基礎上，分別利用電路模型和MCM差分對模型兩種描述方法對MCM近端、遠端串擾及其影響因素進行了詳細論述，并說明了串擾與時序和傳輸模

6、式的關系。MCM高速電路信號完整性分析中引入差分對的概念，可以利用奇模阻抗和偶模延時等參數來較好地表征不同傳輸模式下的耦合效應。同時，本文還就MCM電源分配系統(tǒng)(PDS)和同步開關噪聲進行了研究。通過對容性耦合電流和感性耦合電流所導致的近、遠端串擾進行仿真，說明了采用增加隔離線布線方法后對串擾的改進。利用MCM差分對方法，對差分對中的電流分布和耦合效應以及差分信號和共模信號的端接等進行了研究，從而說明傳輸模式對MCM串擾的影響。目前關于

7、MCM高速電路的電源分配系統(tǒng)和同步開關噪聲的相關研究報道較少。 (5)結合總裝備部武器裝備預先研究項目“SAR實時成像處理MCM模塊實用化技術研究”的具體要求，在××××××大學××研究所和××××××國防重點實驗室所進行的SAR雷達成像電路設計的基礎上，與中國電子科技集團43所等承研單位密切合作，對該信號處理電路進行MCM封裝設計和實驗，從而滿足SAR信號處理型號系統(tǒng)的要求。至今未見到國內外類似的實驗系統(tǒng)平臺和實驗方案方面的報