【摘 要】
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集成电路中快速切换的逻辑电路会在电源分布网络(PDN)上产生一个快速变化的瞬态电流。电压调节模块和去耦电容可以为该瞬态电流供电。然而,PDN上存在的寄生参数会阻碍供电电
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集成电路中快速切换的逻辑电路会在电源分布网络(PDN)上产生一个快速变化的瞬态电流。电压调节模块和去耦电容可以为该瞬态电流供电。然而,PDN上存在的寄生参数会阻碍供电电流向芯片端流动,使得芯片端的供电电压产生压降和抖动,从而导致集成电路产生供电不足和供电不稳等电源完整性(PI)问题。电压抖动不仅会产生PI问题,PCB板上电源／地平面间的电压抖动会在平面间产生一个时变电场,使得电源／地平面形成一个天线向外辐射电磁波,产生电磁辐射问题。该电磁辐射会通过耦合的方式影响到以电源／地平面为返回路径的信号线,产生信号完整性问题。PDN的性能是决定电压压降和抖动程度最重要的因素,对PDN性能的量化研究,是分析乃至解决电源完整性问题的关键。复杂电子系统中的PDN主要集中在多层PCB板,封装多层板结构和连接器以及芯片中,每一部分PDN的寄生参数都会导致电子系统产生PI问题。准确地对不同部分、不同结构的PDN进行建模有助于指导PDN的前期布局,提高系统稳定性。有鉴于此,本文研究重点为采用不同的方法对复杂电子系统中不同结构的PDN进行建模,量化分析不同结构PDN的寄生参数。首先对于多层PCB板上的过孔结构,本文基于谐振腔模型提取过孔电感这一方法,进一步探讨了各种情形下谐振腔模型的准确性。针对过孔距离较近这一情况,修改谐振腔模型,将过孔间的电流耦合效应考虑在内,提高了谐振腔模型的准确性。对于转接板上的网格状PDN结构,本文基于谐振腔模型提出一种新型的半解析计算方法,快速、准确计算网格状PDN的阻抗。该方法还能够预测网格状PDN的模式谐振和各模式谐振下的模式电场分布,为片上去耦电容的排布提供前期指导。最后,针对多层PCB板上复杂的电源／地平面结构,本文采用平行平板部分元等效方法,实现了对含出砂孔结构电源／地平面以及不规则结构电源／地平面的建模。
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