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板级电源传输网络的建模研究

发布时间:2017-12-27 11:35

  本文关键词:板级电源传输网络的建模研究 出处:《浙江大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 电源完整性 电源分布网络 谐振腔模型 平行平板部分元等效电路 复杂结构电源/地平面 网格状结构PDN


【摘要】:集成电路中快速切换的逻辑电路会在电源分布网络(PDN)上产生一个快速变化的瞬态电流。电压调节模块和去耦电容可以为该瞬态电流供电。然而,PDN上存在的寄生参数会阻碍供电电流向芯片端流动,使得芯片端的供电电压产生压降和抖动,从而导致集成电路产生供电不足和供电不稳等电源完整性(PI)问题。电压抖动不仅会产生PI问题,PCB板上电源/地平面间的电压抖动会在平面间产生一个时变电场,使得电源/地平面形成一个天线向外辐射电磁波,产生电磁辐射问题。该电磁辐射会通过耦合的方式影响到以电源/地平面为返回路径的信号线,产生信号完整性问题。PDN的性能是决定电压压降和抖动程度最重要的因素,对PDN性能的量化研究,是分析乃至解决电源完整性问题的关键。复杂电子系统中的PDN主要集中在多层PCB板,封装多层板结构和连接器以及芯片中,每一部分PDN的寄生参数都会导致电子系统产生PI问题。准确地对不同部分、不同结构的PDN进行建模有助于指导PDN的前期布局,提高系统稳定性。有鉴于此,本文研究重点为采用不同的方法对复杂电子系统中不同结构的PDN进行建模,量化分析不同结构PDN的寄生参数。首先对于多层PCB板上的过孔结构,本文基于谐振腔模型提取过孔电感这一方法,进一步探讨了各种情形下谐振腔模型的准确性。针对过孔距离较近这一情况,修改谐振腔模型,将过孔间的电流耦合效应考虑在内,提高了谐振腔模型的准确性。对于转接板上的网格状PDN结构,本文基于谐振腔模型提出一种新型的半解析计算方法,快速、准确计算网格状PDN的阻抗。该方法还能够预测网格状PDN的模式谐振和各模式谐振下的模式电场分布,为片上去耦电容的排布提供前期指导。最后,针对多层PCB板上复杂的电源/地平面结构,本文采用平行平板部分元等效方法,实现了对含出砂孔结构电源/地平面以及不规则结构电源/地平面的建模。
[Abstract]:The fast switching logic circuit in the integrated circuit will produce a fast changing transient current on the power distribution network (PDN). The voltage regulation module and the decoupling capacitor can supply the transient current. However, parasitic parameters on PDN will impede the supply current flowing to the chip end, resulting in voltage drop and jitter of the supply voltage at the chip end, resulting in the power integrity (PI) problem of integrated circuits, such as insufficient power supply and unstable power supply. Voltage jitter will not only cause the PI problem, but the voltage jitter between the power / ground surface on the PCB board will generate a time-varying electric field between the planes, which will make the power / ground plane form an antenna to radiate electromagnetic waves and generate electromagnetic radiation. The electromagnetic radiation will affect the signal line with the power / ground plane as the return path through the coupling method, producing the problem of signal integrity. The performance of PDN is the most important factor in determining voltage drop and jitter. Quantitative research on PDN performance is the key to analysis and even solve the problem of power supply integrity. The PDN of complex electronic system is mainly concentrated in multilayer PCB boards, and the parasitic parameters of every part of PDN will lead to PI problem of electronic system. Modeling of PDN with different parts and different structures is helpful to guide the early layout of PDN and improve the stability of the system. In view of this, this paper focuses on modeling different structures of PDN in complex electronic systems by different methods, and quantitatively analyzing parasitic parameters of PDN with different structures. First, for the through hole structure on multilayer PCB board, based on the resonant cavity model, we extract the hole inductance method, and further discuss the accuracy of the cavity model in various cases. In view of the nearer hole distance, the model of the resonator is modified to take into account the current coupling effect between the over - holes, which improves the accuracy of the resonator model. For the grid like PDN structure on the switchboard, a new semi analytical method based on the resonant cavity model is proposed in this paper to calculate the impedance of grid PDN quickly and accurately. This method can also predict the mode resonance of the grid like PDN and the distribution of the mode electric field under each mode resonance, which provides the early guidance for the arrangement of the coupling capacitance. Finally, aiming at the complex power / ground plane structure on multilayer PCB boards, the parallel plate partial element equivalent method is adopted to realize the modeling of the power / ground plane with sand outlet structure and the irregular power supply / ground plane.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN86

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本文编号:1341552

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