高速电路信号完整性和电源完整性研究

发布日期： 10-29-2011

一个典型的多层电源板间噪声产生机理如图1所示。图1中的互连线平行于电源板铺设，对于互连线上的信号电流，其返回电流分布在临近的电源板上。当互连线穿过电源板时，为了保证其返回电流的连续性，在图 4的两个电源板之间会感应出位移电流。此位移电流将进一步感应出电磁噪声。在GHz以上的高频段，图 4的两个电源板形成一个平行板波导，为噪声的传播提供了通道。该噪声将：耦合到所有穿过该电源板的信号线上（信号完整性问题）；引起电源板上供电电压的波动（电源完整性问题）；通过电源板边缘和槽缝等结构辐射到其它电路模块（电磁辐射干扰问题）。

图1 电源噪声的产生机理

我们在高速电路信号完整性和电源完整性方面的主要研究内容包括：1）采用高效的电磁算法建立复杂多层电路板的等效电路首次提出基于电磁积分方程的等效电路方法，在相同精度下，该方法的计算时间只是HFSS计算时间的十分之一。在此基础之上，我们又将其扩展，采用更加准确的平行板格林函数和镜像方法分析电源板中的不连续结构（比如板上的槽缝等）。 

图2 PCB和封装内的电源板

对于电路板中任意数量、任意形状的过孔，我们建立了图3所示的等效电路模型，研究高效的De-embedding方法或解析方法提取其寄生电感和电容参数。

图3 任意数量、任意形状的过孔等效电路模型

研发了柱状边界层仿真技术（frequency-dependent cylinder layer），优化设计了柱状边界层的频率变化参数，达到了最佳的仿真精度。该技术在电源板边界建立虚拟的理想磁壁柱体，解决了现有的散射矩阵算法仿真多层电源板时无法处理其任意边界的难题。

图4 柱状边界层仿真技术

 2）设计新的低噪声电源配送网络结构

电源板间低成本内嵌式滤波器；电源板板内吸波材料；电磁带隙结构（EBG）