高速數(shù)字PCB板互連噪聲建模與仿真研究.pdf

1、隨著集成電路制造工藝突飛猛進(jìn)地發(fā)展(已經(jīng)達(dá)到65nm)，越來(lái)越多的高開關(guān)速度、高管腳密度器件被應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中，而與此同時(shí)，系統(tǒng)的供電電壓呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)(從5V到1.2V)。具體體現(xiàn)到高速PCB板級(jí)設(shè)計(jì)上，則為信號(hào)完整性(SignalIntegrity，簡(jiǎn)稱SI)、電源完整性(PowerIntegrity，簡(jiǎn)稱PI)和電磁兼容性(ElectroMagneticCompatibility，簡(jiǎn)稱EMC)問題的影響已經(jīng)達(dá)到了不可忽略的地

2、步，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)邏輯功能正確的數(shù)字系統(tǒng)不能在物理結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)。因此，如何在系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及板級(jí)設(shè)計(jì)中考慮SI/PI/EMI問題，并采用有效的控制措施和設(shè)計(jì)規(guī)則使達(dá)到“設(shè)計(jì)即正確”(“CorrectByDesign”)的理想狀態(tài)，成為當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師和PCB設(shè)計(jì)業(yè)界中的一個(gè)熱門課題。 簡(jiǎn)單地說，高速設(shè)計(jì)問題無(wú)外乎數(shù)字信號(hào)變形、時(shí)序和輻射問題；從研究對(duì)象來(lái)講，無(wú)非是對(duì)有源驅(qū)動(dòng)/接收單元和無(wú)源互連單元進(jìn)行建模與仿真。本文只考慮了無(wú)源互連單元

3、使信號(hào)變形的問題(即互連噪聲)，包括延遲、反射、微帶不連續(xù)、串?dāng)_、同步切換噪聲等SI/PI問題。目前也有一些針對(duì)這些噪聲的高速PCB板級(jí)仿真軟件，但它們都缺乏詳盡的建模能力，特別是當(dāng)頻率逐漸提高和電路板日益復(fù)雜后，更是顯得無(wú)能為力，要精確地對(duì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，三維全波仿真器似乎不可缺少，其缺點(diǎn)就是速度慢，對(duì)整板仿真幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，但非常適用于規(guī)則開發(fā)，而這正好是本文除了建模與仿真方法研究外另一個(gè)重點(diǎn)。 為了達(dá)到精度和速度的平衡，

4、本文找到了一種“場(chǎng)”“路”結(jié)合的方法，既使得結(jié)果中蘊(yùn)涵了實(shí)際PCB板中物理結(jié)構(gòu)信息，又很好地解決了仿真速度的問題。首先通過電磁場(chǎng)數(shù)值分析方法—有限元法(FEM)對(duì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，而得到的散射/導(dǎo)納/阻抗矩陣參數(shù)(S/Y/Z矩陣參數(shù))，然后通過矢量擬合方法(VFM)把S/Y/Z矩陣參數(shù)轉(zhuǎn)化為等效SPICE等效電路模型，并且提取出電路參數(shù)，完成了頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換，最后使用電路仿真器進(jìn)行時(shí)域仿真，從而開發(fā)出了一系列高速數(shù)字PCB板設(shè)計(jì)規(guī)