板級與封裝級電路系統(tǒng)電磁完整性研究.pdf

1、隨著板級與封裝級電子系統(tǒng)向低電壓、高功耗、高密度以及高速度的發(fā)展趨勢,信號完整性、電源完整性和電磁兼容性已成為高速電路設計與系統(tǒng)級封裝中的研究熱點。一方面,電源需給狀態(tài)切換時的芯片提供大量瞬時電流,會在供電網絡上產生相應的電壓波動,電壓波動在電源分配網絡上傳播形成噪聲或電磁干擾信號。另一方面,電磁干擾將通過電源分配網絡耦合到相關的信號線上,從而引起眼圖閉合、信號畸變等信號完整性問題。因此,高速電路中的信號完整性、電源完整性及其相互作用問

2、題已經成為目前板級設計和封裝級設計中熱點與瓶頸。隨著系統(tǒng)速率的提高,信號完整性與電源完整性之間的互相影響和制約關系表現得更加突出,有必要對其綜合研究,在實際應用中協(xié)同考慮以提高系統(tǒng)性能。本文在國內外現有研究成果的基礎上,系統(tǒng)地分析了板級與封裝級電路中電磁完整性問題,研究了信號完整性與電源完整性的相互作用機理、信號完整性及電源完整性的分析方法、返回路徑不連續(xù)對信號完整性的影響、通過改變電源分布網絡實現濾波及轉換結構的方法以及基于硅通孔的三

3、維封裝中信號完整性與電磁干擾問題等,取得了一定的研究成果。相關成果歸納如下:
　　1.對應用于高速電路中的平面電磁帶隙結構進行了研究。提出了一種新的可抑制超寬帶同步切換噪聲的電磁帶隙結構,討論了電磁帶隙結構上方有電源或地平面覆蓋時電源分布網絡中噪聲傳播問題。針對相應問題,給出了具體的工程解決方案。
　　2.深入研究了返回路徑不連續(xù)對信號完整性的影響。對過孔和返回平面上開槽等兩種不連續(xù)結構所引起的信號完整性問題進行了分析。使用

4、微波網絡分析方法結合實際三維結構,提出了基于模式分解的高速互連電路中串擾機制的快速求解方法。使用跨接于開槽兩端的短路線來旁路槽線模式電磁場,從而改善傳輸特性,抑制串擾。針對具體的工程應用,研究了開槽下方有完整平面時,信號傳輸特性和串擾受電源分布網絡諧振效應的影響情況及解決方案。
　　3.通過改變信號返回路徑的形狀和特性,實現不同的濾波與轉換結構。提出了一種適用于超寬帶通信的基于過孔的微帶垂直轉換結構。通過在過孔附近的電源層上蝕刻平

5、面電磁帶隙單元來抑制電源分配網絡諧振,降低其在過孔處的自阻抗,以改善垂直互連結構傳輸性能。將蘑菇型電磁帶隙結構引入到差分電路中,用以濾除共模干擾,該方法具有占用面積小、帶內抑制大、設計簡單等優(yōu)點。
　　4.分析了基于硅通孔的三維集成電路中的相關問題。主要分析了硅通孔的電特性和 RLGC參數提取方案,討論了 MOS效應對硅通孔寄生電容的影響。在基本硅通孔的電特性研究基礎上分析了三維集成電路中的串擾問題,討論了硅通孔結構和放置方法對串