高速数字电路电源噪声引发的时序抖动分析

发布时间：2020-09-08 21:44

　　 随着高速数字电路向高密度,低电压,大电流趋势发展,电源噪声愈发严重,电源噪声对系统电压和时序裕度产生严重影响,电源噪声不仅直接影响前级驱动器的预输出和后级驱动器输出信号抖动,还会引起内部时序参考和时钟分配路径的抖动,直接降低信号的时序精度,电源噪声引起的抖动已成为设计高速接口的主要瓶颈之一。本文主要研究电源噪声引起的抖动,在吸收前人研究成果的前提下,详细的阐述了电源分配网络的构成;电源噪声的产生机制以及对输出器输出的影响;重点研究了输出器的端接结构对系统电源分配网络阻抗的影响,在频域内推导了电源噪声到抖动的传输函数。其工作成果归纳如下:1.详细的介绍了电源噪声的分析和建模,阐述了电源分配网络的构成,细致的介绍了电源分配网络各组成部分及其特性,分析了电源噪声的产生机制及类型,电源噪声主要分为DC IR压降和同时开关噪声,同时开关噪声对抖动和整体的系统有着显著影响,紧接着介绍了电源噪声对于输出器信号输出的影响及电源噪声的仿真方法。以此为基础,从频域和统计域内出发,阐述了电源噪声引起的抖动研究方法。2.针对目前高速链路中,为了改善高速链路的信号完整性,经常对输出器进行端接,本文以伪漏极开路端接为例,分析该端接结构和输出器的状态对于系统电源分配网络阻抗的影响,阻抗的变化必然会影响电源噪声的幅度,从而也不可避免的对抖动产生影响,本文对此都做了仿真验证和讨论。3.针对以往仿真抖动灵敏度耗时很长的问题,本文紧接着以输出器的伪漏极开路端接,提出了电源噪声到抖动的传输函数数值计算方法,并在仿真软件中对电源轨道和地轨道噪声引起的时序间隔错误序列和传输函数在频域内做了验证分析,讨论了端接电阻和等效电容对于传输函数的影响,通过专业软件仿真验证了数值计算方法的正确性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN79;TN86;TB53
【部分图文】：

[45]。图2.5 封装电容对系统 PDN 阻抗明显的改善[45]由于体电容器和表面贴电容器或者者封装级的去耦电容都需要走线连接在一起，这些走线都会有寄生的电阻和电感，加上这些电容的等效 ESR，这些会造成 PDN 的DC IR 压降，此外，由于板级电源和地平面的存在，在一些情况下，由电源和地平面形成的电磁谐振腔可能引起一些严重的问题。在它们的共振频率下，电磁谐振腔引起的电源噪声是电路板和封装中的主要噪声源。3）芯片上电源分配网络芯片上 PDN 负责高频的电源噪声，高性能 IC 中的 PDN 通常构造为多层网格。在这样的网格中，每个金属化层中的直的电源/地线可以跨越整个芯片并且与相邻层中的线正交。电源线和地线通常在每层中交替。通孔将电源（地）线连接到另一个电源（地）在重叠站点。芯片上 PDN 基本结构类型有绕线型网格

西安电子科技大学硕士学位论文28图3.6 理想和非理想 PDN 情况下的眼图对比[67]由于电源噪声引起的幅度和抖动噪声，在考虑了 PDN 情况下的眼要要小得多。在相同的 BER 水平下，眼高从 396ps 变为 377ps，眼高变为 448mV 至 423mV，如图3.6 所示。PDN 引起的噪声幅度和抖动噪声的校正因子可以通过这两个值之间的差来计算，这导致幅度校正因子为 25mV，抖动校正因子为 19ps。如表 3.1 所示。表3.1校正因子数值噪声幅度校正因子 电源噪声引起的抖动校正25mV 19ps提取眼图校正因子方法的一个突出优势是能够分离电源噪声对抖动贡献，改善了统计仿真得到的抖动忽略了电源噪声的贡献问题。这在实际中是很重要的

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本文编号：2814677