电源分配网络分析及电容器精确建模

摘要

芯片在现代电子产品中随处可见,随着芯片制造工艺的发展以及应用需求的提高,其集成度越来越高。在高速高密度芯片内就会不可避免地产生电源噪声,而其供电引脚也会引入大量外部电路中的电源噪声。这些电源噪声对电路设计的影响已经成为了高速PCB设计的瓶颈。
　　 本课题的目的是开发一款在前仿真阶段解决电源完整性(Power Integrity,PI)问题的工具,以达到使电路板上的电源分配网络能够为芯片提供纯净电源的目的。本文是以电源分配网络的结构为基础,详细分析其各组成部分对整个网络阻抗的影响,找出设计电源分配网络的方法一选择最佳去耦电容器的容值及个数。基于对电容器精确模型的需求,文中详细介绍了有理函数建模法和矢量拟合法理论,并结合这两种方法建立精确的电容器模型。最后结合MATLAB GUI工具、所建电容器精确模型以及滤波电容器的选型方法,介绍PI前仿真优化工具的开发流程。
　　 通过与实际测量数据的对比表明,文中所建立的电容器模型的精度很高,完全满足应用要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 电源完整性简介

1.2 电容器建模方法介绍

1.3 课题的背景和意义

1.4 论文的组织结构

第二章 电源分配网络分析

2.1 电源分配网络简介

2.2 稳压器

2.3 电路板上的互连

2.3.1 电源/地平面

2.3.2 扩散电感

2.3.3 BGA i立孔

2.4 芯片

2.5 去耦电容器

2.6 电源分配网络设计

第三章 电容器精确建模

3.1 电容器分类

3.2 常用电容器建模方法

3.2.1 基于物理2端口行为特性的超级电容器建模

3.2.2 基于C-V,I-V,Q-V特性的铁电电容器模型

3.2.3 基于蒙特卡罗法的电容器建模

3.2.4 基于有理函数的电容器黑盒建模

3.3 常用有理函数拟合方法

3.3.1 基于模型的参数估计

3.3.2 分段有理逼近方法

3.3.3 基于特征值的拟合法

3.3.4 矢量拟合法

3.4 去耦电容器建模

3.4.1 去耦电容器建模方法

3.4.2 去耦电容器建模的算法实现

3.4.3 去耦电容器建模结果分析

第四章 PI前仿真优化工具设计

4.1 MATLAB GUI具简介

4.2 PI前仿真优化工具设计

4.2.1 PI前仿真优化工具设计要求

4.2.1 PI前仿真优化工具实现

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果

附录 A 两种不同电容器建模法的结果对比图