高速数字系统中电源噪声的抑制方法

摘要

最近几年,电子系统向着更快边沿速率和更低供电电压的趋势发展,造成电压噪声容限下降,使得以同时开关噪声(SSN)为主的电源噪声,成为电子工程师关注的重点。这种噪声作为一种电磁信号源会沿着PCB板电源地平面谐振腔向板四周传播。当有信号通过过孔穿过此谐振腔时,噪声会耦合到这一信号上,从而引发信号完整性问题。特别是当大量高速驱动器同时动作时,这种影响会更为严重。
　　为了降低这种影响,一些缓和SSN噪声效应的传统方法被提了出来,诸如添加分立旁路电容器,植入嵌入式去耦电容器,电源平面分割以及电源岛,板边缘匹配端接等。然而这些方法抑制带宽太窄不适用于高频噪声或者成本太高不能被广泛采用。于是,一种新型结构—电磁带隙(EBG)结构被提了出来。
　　鉴于EBG结构对于SSN的良好抑制特性,本文基于平面型EBG结构,提出一种新型的选择性内插式 EBG结构以增强对 SSN的抑制。这种结构在周期性L-bridge EBG结构的基础上,在电源端口所在单元内插ML-bridge EBG。通过仿真和实物测量验证,在-30 dB抑制深度下,此结构可达490 MHz到15 GHz以上的超宽带抑制能力。然后我们运用电路模型和平行板谐振腔原理给出了该结构上下变频的估计公式。最后,分析了该结构的信号传输特性。在采用差分信令情况下,信号的传输质量可以得到明显改善。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容和章节安排

第二章 高速数字系统的信号完整性基础

2.1 方波的频谱组成

2.2 高频信号和高速信号

2.3 传输线理论基础

2.4 传输线的反射分析

2.5 传输线的串扰分析

2.6 返回路径中参考平面的切换

2.7 本章小结

第三章 高速数字系统PDN中电源噪声及其抑制方法

3.1 PDN的组成

3.2 PDN中的电源噪声

3.3 PDN中电源噪声的耦合机制

3.4 传统的抑制方法

3.5 本章小结

第四章 选择性内插式电磁带隙结构抑制SSN

4.1 EBG结构简介

4.2 EBG结构抑制SSN原理

4.3 抑制SSN的新型选择性内插式EBG结构

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在读期间研究成果