高速电子系统电源分配网络噪声抑制与隔离

发布时间：2019-11-03 06:25

【摘要】：近年来,CMOS工艺技术的飞速进步推动电子系统朝着高性能、低电压、高密度、高功耗方向发展。随着电子系统工作频率不断攀升,电源分配网络(PDN)的分立与寄生效应逐渐突出,PDN噪声带来更为严重的影响,电源完整性设计将会更具挑战性。因为PDN噪声能量的频谱分布越来越宽,PDN对噪声、干扰与电压波动的免疫性越来越差,直流供电噪声容限也不断下降。抑制PDN噪声已经成为高速数字系统或混合信号系统的重大难题之一。本文首先介绍了高速电子系统PDN的结构组成以及各部分的功能,在此基础上,讨论了中低频时PDN中电源或地结点的寄生电感造成的同步开关噪声(SSN)以及高频时平面谐振以及非理想返回路径(RPD)诱发的PDN噪声。本文对中低频时可有效抑制PDN噪声的去耦电容网络设计方法作了相对详细的分析与讨论。为实现PDN噪声抑制频带无缝衔接,文中重点提出一种改进的低周期的增强型AI-EBG,可用于抑制超宽带地弹噪声(GBN),实现了从400MHz到9.5GHz宽频段-40dB的噪声抑制深度,克服了传统EBG结构噪声抑制带宽较窄和下截止频率较高的不足。结合去耦电容网络设计方法与增强型AI-EBG结构,可以覆盖低中频以及高频范围,对PDN噪声实现有效的抑制与隔离。本文同时探讨了EBG应用于高速电路抑制PDN噪声时可能出现的问题,如信号完整性问题与抑制噪声功能退化问题。在实际应用时,当信号走线参考不完整的EBG电源平面时,出现的信号完整性问题可以通过采用差分信号和改进的嵌入式EBG设计来改善。本文分析了EBG电源平面嵌入于两个连续完整的地平面层之间时出现的PDN噪声抑制功能退化的机制,文中提出的改进方案不仅保持了嵌入式EBG结构的超宽带PDN噪声抑制特性,还保证了较好的信号质量。
【图文】：

第四章 增强型 AI-EBG 结构设计构的插入损耗 S21 也在该图中显示，作为比较参考。在这三的坐标位置相同。与传统的 AI-EBG 结构相比，所提出的构的噪声抑制带宽约为 9.1GHz，从 400MHZ 到 9.5GHz，下噪声抑制带宽定义为插入损耗 S21 低于-40db 的频率范围。-EBG 的下截止频率由传统 AI-EBG 结构的 1.9GHz 下降至 明显降低得益于电源平面上增加的 L 形连接臂引入的电感能量谱密度分布在 1 GHz 以下频带，因而 EBG 结构用于地下截止频率比扩展频率带宽及增大上截止频率更有意义。

图 5.1 眼图5.1 所示的眼图反映了由于损耗和反射造成的信号失真，导致了眼图标出了眼图的一些重要参数：眼宽、眼高、单位间隔和抖动等。一意味着更多的电压和时序容限(margin)，接收端数据的眼高和眼宽是的关键指标。眼图必须有足够的眼宽以满足接收器对建立和保持时时要有足够的眼高以便在系统有多种噪声源时仍能确保电平满足 V求，接收器才能够将输入信号判别为正确的数字值[33]。眼图能够直观地反映反射、串扰、同步开关噪声、通道损耗以及不等幅度噪声和时序抖动的影响。号完整性问题分析及改善方法2.1 仿真模型搭建模型如图 5.2 所示，仿真板的叠层结构由上往下依次为信号层、EB平面层、信号层，，一条水平方向长度为 46mm 的单端信号走线经过参考平面由 EBG 结构电源平面切换到地平面最后再切换至 EBG 结
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN86

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本文编号：2554952