人工新型结构在电源完整性方面的研究

摘要

随着电子系统向高速率、高集成度和高数据吞吐量的趋势发展，电源分配网络（Power Distribution Network，PDN）的设计已成为高速电路及混合信号系统设计中的重要研究方向，并将面临更加严峻的挑战。当频率达到GHz时，PDN的分布效应和寄生效应导致同步开关噪声变得非常严重，由此将引发电源完整性(Power Integrity，PI)、信号完整性（Signal Integrity,SI）和电磁干扰（Electromagnetic Interference，EI）等一系列问题。为了有效抑制同步开关噪声，近年来国内外研究者提出了多种方法，其中，引入电磁带隙(Electromagnetic Bandgap，EBG)结构是一种应用非常广泛的方法。本文提出一种新型EBG结构，构成的电源/地平面在较宽的频带内具有良好的噪声抑制性能，并且加工简单，成本低廉。
　　 首先，本文介绍了PDN的组成部分和EBG结构的基本知识。
　　 其次，本文提出了一种新型EBG结构，即“C-EBG”，并用它代替电源/地平面中的电源平面，以构成新型电源/地平面。
　　 再次，为了有效地预测C-EBG阻带的下截止频率，本文提出了一个简单的二维等效电路模型来进行色散图的计算。此外，阻带的上截止频率可由平行平板谐振腔公式近似地预测。文中给出了不同端口间S参数的软件仿真和实验测试结果，通过比较可知两者吻合程度较好。
　　 最后，通过引入SIAD结构，构成SIAD-C-EBG结构，来完成C-EBG周期单元的小型化设计。采用前文提出的方法，完成阻带上、下截止频率的预测。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 同步开关噪声的抑制

1．2．2 EBG结构的发展

1．2．3 EBG结构的小型化

1．3 本文主要内容

2 电源分配网络中噪声的抑制

2．1 引言

2．2 电源分配网络

2．2．1 稳压器

2．2．2 旁路或去耦电容器

2．2．3 封装和电路板中的平面

2．2．4 片上电源分配

2．3 同步开关噪声

2．4 电磁带隙结构

2．4．1 EBG结构介绍

2．4．2 EBG结构分类

2．4．3 EBG结构应用

2．5 本章小结

3 新型电源／地平面设计

3．1 引言

3．2 C-EBG结构的提出

3．2．1 设计思路

3．2．2 C-EBG结构

3．3 PDN噪声抑制性能

3．3．1 端口位置对S参数的影响

3．3．2 C-EBG的色散图

3．4 等效电路建模

3．4．1 等效电路模型

3．4．2 各部分参数计算

3．5 本章小结

4 新型电源／地平面的色散图分析及优化设计

4．1 引言

4．2 色散图计算

4．2．1 布里渊区

4．2．2 色散图计算

4．3 色散图模式分析

4．3．1 模式一

4．3．2 模式二

4．3．3 其他高阶模式

4．4 C-EBG优化设计

4．4．1 设计思路

4．4．2 各部分参数对阻带的影响

4．4．3 优化设计结果

4．5 仿真和实验结果

4．5．1 仿真环境与实验环境

4．5．2 仿真和实验结果

4．6 本章小结

5 新型电源／地平面的小型化研究

5．1 引言

5．2 基片集成人工介质(SIAD)

5．3 新型电源／地平面的小型化研究

5．3．1 结构的提出

5．3．2 等效电路建模及噪声抑制性能分析

5．3．3 不同端口之间的S参数

5．4 本章小结

结论和工作展望

致谢

参考文献

附录