混合信号集成电路的EMC问题及解决对策的研究

摘要

电磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)问题的研究开始于二十世纪三十年代，而芯片级EMC问题研究最早出现在1965年的美国军方武器研究中心。起初由于芯片的门数较少，且时钟工作频率较低，电路的EMC问题通过在系统板级上的电路设计即能有效的解决，故芯片内的EMC问题并不会被重视。随着工艺技术的不断改进，芯片的规模和复杂度得到迅猛的发展，芯片内电路的门数以及工作频率的增加，随着如今RF电路的嵌入，使得系统级的EMC设计已不能解决产品的EMC问题，芯片级的EMC设计研究也越来越被重视。 本文的主要研究内容是设计一款测试芯片，用于研究集成电路中不同结构的I/O的对外发射强度、集成电路地线反弹和RF信号与时钟信号的互调。研究目的是通过对测试芯片的软件仿真获得电路EMC设计技术和为芯片版图的EMC设计提供理论基础和设计方向。 论文的主要贡献如下： 1．测试芯片的设计；测试芯片是基于TSMC0.25um标准CMOS模型，测试芯片包括可控输出对比模块、地线反弹评估模块、1.8GHz的LNA和时钟信号产生及控制模块，其中时钟信号产生模块能产生10MHz-100MHz的中低频时钟信号。 2．建立用于电路测试仿真的四种仿真模型，分别为：I/O电磁仿真模型、电源线电磁模型、TEM单元测试模型和RF模块的衬底耦合模型。仿真模型的建立可以有效地在版图前不同的EMC设计方法的效果的比较。 3．通过对测试芯片加测试仿真模型的综合仿真，得出了在一般工作环境下，改变输出回转率SR是最佳降低I/O发射的方法。同时利用ICEM模型来计算解耦电容的大小也是有效的，使得片内解耦电容的大小的确定不再是经验化，从实验证明了解耦电容的位置，远离PAD放置为最佳位置。 4．通过对测试芯片加测试仿真模型的综合仿真，得出时钟微带线对LNA的频率调制，LNA对时钟微带线的幅度调制。降低偶合电容（降低时钟微带线的面积）能有效降低LNA与时钟微带线的互调。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的目的及研究意义

1.2国内外研究概况

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.3论文的主要研究内容

1.4研究创新点和技术关键

1.5论文的结构安排

第二章测试芯片的描述

2.1引言

2.2可控输出对比模块

2.2.1工作模式选择控制模块

2.2.2主电路模块

2.2.3可控输出对比模块总体设计

2.3地线反弹评估模块

2.4 RF模块

2.4.1 LNA模块的设计

2.4.2时钟微带的模型设计

2.5信号产生和寄存器模块

2.5.1时钟产生模块的设计

2.5.2开关控制模块的设计

2.6本章小结

第三章测试芯片的电磁模型的建立

3.1建立模型的基础

3.1.1问题的物理描述

3.1.2强耦合与弱耦合

3.2集成电路EMC的模型要求

3.2.1集成电路发射分析

3.2.2集成电路自兼容分析

3.3现有的主要集成电路发射模型

3.3.1 ICEM模型

3.3.2线性等效电路和电流源(LECCS)模型

3.3.3TEM单元测试模型

3.4测试芯片电磁仿真模型的提出

3.4.1 I/O电磁仿真模型

3.4.2电源线电磁模型

3.4.3 TEM单元测试模型

3.4.4 RF模块中的衬底耦合模型

3.5小结

第四章测试芯片仿真结果及分析

4.1整体仿真结果

4.2可控的输出对比模块工作结果及分析

4.2.1 I/O辐射发射理论分析

4.2.2上升时间控制模块工作结果及分析

4.2.3差分输出模块的工作结果及分析

4.2.4交错信号极性控制输出模块的工作结果及分析

4.2.5回转率SR控制模块的工作结果及分析

4.2.6小结

4.3地线反弹评估模块工作的结果及分析

4.3.1地线反弹的定义及解决方案

4.3.2去偶电容大小对地线反弹的影响

4.3.3解耦电容位置对地线反弹的影响

4.3.4小结

4.4 RF模块工作结果及分析

4.4.1时钟微带线对LNA的工作影响

4.4.2 LNA对时钟信号的调制

4.4.3小结

4.5本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

附录

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢