高速PCB电路中电源开关噪声抑制方法的研究

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在过去的几十年中,各种电气和电子技术几乎按着指数规律发展变化着,各种新产品更是如雨后春笋般涌现出来,这些在一定程度上又加速了电子设备的快速发展。集成电路(IC)的微型化、运行速度的高速化使得高速数字系统相对于之前的低速电路有了很大的变化,但是也出现了许多新的问题:信号完整性(SI)、电源完整性(PI)、电磁兼容性(EMC),这其中又以信号完整性的问题尤为急迫。本文通过对L-bridge结构和C型EBG进行分析,在L-bridge的基础上内嵌CSRR谐振腔和C型结构,得到新型的EBG结构。新型EBG结构既有CSRR谐振腔宽带宽的特点,同时又保留了L-bridge的低下截止频率。在-30dB条件下,抑制带宽从620MHz达到了20GHz。本文通过对S参数仿真和实测结果的对比,验证了新结构仿真得到带宽的可靠性。本文还对新结构的信号完整性进行了分析,通过对单端传输线和差分线的眼图仿真,说明了新结构在应用时基本满足信号完整性的要求。本文最后对新结构的直流压降进行了仿真,新结构的电源平面的阻抗45.7毫欧,与L-bridge电源平面阻抗38.5毫欧相差不大。本文主要讲的是高速PCB电路中同时开关噪声抑制方法的研究,一共分为五章。第一章绪论,对高速数字电路的背景进行了介绍,并介绍了国内外的研究现状,说明了信号完整性问题在国内外研究现状的不同。第二章介绍了高速电路的理论知识并对反射、串扰和时序问题进行了简单的分析。第三章分析了同时开关噪声产生的原因,并对抑制SSN的一些方法(如去耦、屏蔽、电磁带隙结构)进行了分析。第三章中重点分析了几种典型的电磁带隙结构对SSN的抑制效果,并引出了本文的核心——新型电磁带隙结构。第四章中对新型EBG结构的结构特点、S参数仿真和实测数据进行对比,新结构的抑制带宽从620MHz到20GHz,有一个很好的抑制效果。同时,通过集总参数电路模型求出了新结构的下截止频率,高频时,通过平行板谐振腔理论求出了新结构的上截止频率。最后通过对信号完整性和电源完整性的仿真,进一步说明了新结构在对SSN抑制的同时,对信号完整性和电源完整性的影响不大。最后一章对全文进行了总结并提出对未来在SSN的抑制方面可能的方向。
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