高速电源分配网络中的电磁噪声抑制及信号完整性研究

发布时间：2017-06-04 21:16

  本文关键词：高速电源分配网络中的电磁噪声抑制及信号完整性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文旨在研究高速电源分配网络(PDN)中的同步开关噪声(SSN)和信号完整性(SI)。首先针对已有的电磁带隙(EBG)结构抑制SSN的不足,提出新型的EBG结构来增大抑制SSN的带宽;其次在SI方面,通过新型的加“桥”设计方法使信号的质量得到了良好改善,同时,方法还降低了EBG结构单元之间的IR压降(IR-Drop)。另外,所设计的EBG结构与传统的PDN相比具有较低的电磁干扰(EMI);最后,由于PDN中大部分电路采用差分传输方式来解决SI、EMI问题,本文还设计了几款基于基片集成波导(SIW)结构的差分滤波器。具体研究工作如下:SSN抑制方面:在0-8GHz的噪声范围内,由于电源/地板结构固有的腔谐振模式,使得SSN可在板间传输,导致集成电路中各个模块间的电磁耦合,而EBG结构因其高阻面特性可在一定程度上抑制这种噪声,但单元中仍然存在TM11和TM22谐振模式,其在所关注的噪声频段内,因此不能在整个噪声频段抑制电磁噪声。本文针对EBG结构的腔模场分布特点,选择模式能量最弱的地方加载金属线可有效降低TM11模式能量在PDN中的传播,在单元间金属连线上加入四分之一波长开路支节谐振器使在该波长所对应的频率点产生谐振抑制TM22模式,以此来增加SSN抑制带宽。SI提高方面:在0-8GHz带宽内,作为信号线的参考平面的EBG结构电源面不连续,将会影响回流路径,增加回流电感,从而严重影响信号的完整性。为此,本文通过在信号线旁边加载一电感大小合适的“桥”来为信号的回流提供更短的路径达到改善信号质量的目的。同时,方法还降低了IR-Drop,保证了PDN为芯片提供“粮食”的效率。所设计的电路板样品与参考板相比具有较低的EMI,仿真与测量结果采用特征选择验证(FSV)工具进行了验证,具有较好的吻合。最后,由于PDN中部分电路采用差分传输方式来解决SI、EMI问题,为了抑制信号中的共模噪声,根据奇偶模分析法和TE102腔可使共模信号短路的特点设计了三类基于SIW的差分滤波器。另外,根据巴伦结构的平衡端信号幅度相等相位相反的特点将两个巴伦的非平衡端进行对接实现了基于巴伦结构的SIW差分滤波器。仿真结果显示上述四类差分滤波器具有良好的差分选择性和共模抑制能力。
【关键词】：电源分配网络(PDN) 同步开关噪声(SSN) 信号完整性(SI) 电磁带隙(EBG) 基片集成波导(SIW) 差分滤波器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 发展现状11-18
• 1.2.1 电磁噪声抑制发展现状11-16
• 1.2.1.1 加载分立元件型11
• 1.2.1.2 替换介质型11-12
• 1.2.1.3 周期结构型12-14
• 1.2.1.4 局部分布型14-15
• 1.2.1.5 混合EBG结构型15-16
• 1.2.2 信号完整性发展现状16-18
• 1.2.2.1 差分传输结构16
• 1.2.2.2 地增强线(GRT)结构16
• 1.2.2.3 嵌入式电源面16-17
• 1.2.2.4 短路导线法17
• 1.2.2.5 接地谐振器17
• 1.2.2.6 局部EBG结构17-18
• 1.3 本文的主要内容与论文结构18-19
• 第二章 电磁噪声抑制分析19-31
• 2.1 PDN中SSN的谐振传播机制--共振腔模式理论19-20
• 2.2 共面EBG结构抑制SSN20-30
• 2.2.1 开路支节谐振器共面EBG结构理论分析与设计23-27
• 2.2.2 开路支节谐振器共面EBG结构仿真与实验验证27-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 信号完整性(SI)分析31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 信号回流路径31
• 3.3 加“桥”解决EBG结构的信号完整性31-39
• 3.3.1 加“桥”设计方法和理论31-32
• 3.3.2 加“桥”对解决EBG结构信号完整性的验证32-36
• 3.3.2.1 传输系数|S21|32-33
• 3.3.2.2 眼图效果33-34
• 3.3.2.3“桥”结构的不足和补偿方法34-36
• 3.3.3 IR-Drop分析36-37
• 3.3.4 电磁干扰研究37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 基于SIW的差分滤波器40-59
• 4.1 研究背景40
• 4.2 理论分析40-46
• 4.2.1 SIW理论分析40-42
• 4.2.2 滤波器理论分析42-46
• 4.3 基于SIW的差分滤波器研究46-57
• 4.3.1 级联-微扰型SIW差分滤波器研究46-50
• 4.3.2 折叠SIW差分滤波器研究50-51
• 4.3.3 折叠负耦合SIW差分滤波器研究51-53
• 4.3.4 基于巴伦结构的SIW差分滤波器研究53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 下一步工作展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-68
• 攻硕期间取得的研究成果68-69

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