电源分配网络电压噪声的时域分析与去耦设计

发布时间：2021-04-09 10:53

　　伴随着集成电路的迅速发展,高速数字系统的内部时钟频率不断上升,电流瞬变幅度与速度的逐渐提高,供电电压的不断下降,这使电压噪声振幅变大而绝对容限降低。因此,准确评估电压噪声并制定有效的电源分配网络（Power Distribution Network,PDN）去耦方案,对保证整个高速数字系统的高效性能极其重要。目前,基于频域目标阻抗法的PDN设计技术是业界评估PDN设计优劣的代表性方法,其存在的问题是高频区域的阻抗描述精度不够,导致PDN过度设计。而PDN时域设计虽然能够通过解析式更加准确描述电压噪声,但是设计中典型的集总电路模型经过n级的级联后,需要建立2n阶微分方程,根本无法直接计算电压噪声的时域解析表达式。另外,从集总电路模型入手进行去耦网络的设计,忽略了高频时电路设计的分布式效应,尤其忽视了受电容器件布局位置影响的回路电感在高频区域对电路的影响。基于上述问题,本文首先介绍PDN的结构组成以及常见的去耦设计方法。在此基础上引出复杂板级PDN集总电路模型,然后对其进行合理的等效简化,使求解噪声时域解析式成为可能。再以带有上升边的阶跃电流为输入激励源,理论推导出含有一种到多种去耦电容支... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

CadencePCBPI软件中仿真VRM频域阻抗曲线

图2.7 Cadence PCB PI 中仿真 CAP_NOP_0603 不同电容的频域阻抗曲线2.3 电源地平面电源地平面是高速电路系统的 PDN 中功率传输性能最良好的部分，它的有效工作频率非常高 它既能为信号返回电流提供低阻抗的返回路径，充当了具有稳定性能的传输线，减小了因阻抗不匹配带来的信号振铃与反射，提高系统的信号完整性；还能够作为大电容为高速系统中的 PDN 及时地提供能量以及低阻抗路径，降低了电源地的轨道塌陷，提高系统的电源完整性；还有其半封闭式的平面结构和等效电容能够有效屏蔽高频噪声向外辐射，抑制其电磁辐射，增强系统的抗电磁干扰能力；能给元器件提供了稳定的支撑结构和较大的布局空间 因此，设计出具有良好性能的电源地平面对整个 PDN 系统尤为重要 电源地平面常被使用在多层的封装与印刷电路板的 PDN 之中 在电源和地平面之间形成的静态电容提供 天然 的低频解耦电容器 然而，伴随着频率的增加，电源地平面结构成为具有谐振腔平行板波导 它的谐振效应会引起自阻抗和传输阻抗的[44]

电源地平面厚度为 1.4mil，介质厚度为 4mil， 为 8.854pF， 为 4.5；带入式(2-8)得 C 为 5.5257nF 图2.9 仿真电源地平面叠层设置与电容计算

【参考文献】：
期刊论文
[1]利用有效去耦上升时间选择去耦电容的方法[J]. 刘洋,夏建强,初秀琴.  西安电子科技大学学报. 2018(04)
[2]IC封装中引线键合互连特性分析[J]. 周燕,孙玲,景为平.  中国集成电路. 2006(11)

博士论文
[1]分布式电源分配网络建模及去耦设计研究[D]. 王君.西安电子科技大学 2017
[2]高速数字电路电源分配网络设计与噪声抑制分析[D]. 丁同浩.西安电子科技大学 2012
[3]高速电路电源分配网络设计与电源完整性分析[D]. 张木水.西安电子科技大学 2009



本文编号：3127496