高速數(shù)字PCB板互連噪聲建模與仿真研究.pdf

1、隨著集成電路制造工藝突飛猛進地發(fā)展(已經(jīng)達到65nm)，越來越多的高開關速度、高管腳密度器件被應用于數(shù)字系統(tǒng)當中，而與此同時，系統(tǒng)的供電電壓呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(從5V到1.2V)。具體體現(xiàn)到高速PCB板級設計上，則為信號完整性(SignalIntegrity，簡稱SI)、電源完整性(PowerIntegrity，簡稱PI)和電磁兼容性(ElectroMagneticCompatibility，簡稱EMC)問題的影響已經(jīng)達到了不可忽略的地

2、步，經(jīng)常會出現(xiàn)邏輯功能正確的數(shù)字系統(tǒng)不能在物理結構上實現(xiàn)。因此，如何在系統(tǒng)設計以及板級設計中考慮SI/PI/EMI問題，并采用有效的控制措施和設計規(guī)則使達到“設計即正確”(“CorrectByDesign”)的理想狀態(tài)，成為當今系統(tǒng)設計工程師和PCB設計業(yè)界中的一個熱門課題。 簡單地說，高速設計問題無外乎數(shù)字信號變形、時序和輻射問題；從研究對象來講，無非是對有源驅動/接收單元和無源互連單元進行建模與仿真。本文只考慮了無源互連單元

3、使信號變形的問題(即互連噪聲)，包括延遲、反射、微帶不連續(xù)、串擾、同步切換噪聲等SI/PI問題。目前也有一些針對這些噪聲的高速PCB板級仿真軟件，但它們都缺乏詳盡的建模能力，特別是當頻率逐漸提高和電路板日益復雜后，更是顯得無能為力，要精確地對互連結構進行分析，三維全波仿真器似乎不可缺少，其缺點就是速度慢，對整板仿真幾乎不可能實現(xiàn)，但非常適用于規(guī)則開發(fā)，而這正好是本文除了建模與仿真方法研究外另一個重點。 為了達到精度和速度的平衡，

4、本文找到了一種“場”“路”結合的方法，既使得結果中蘊涵了實際PCB板中物理結構信息，又很好地解決了仿真速度的問題。首先通過電磁場數(shù)值分析方法—有限元法(FEM)對互連結構進行仿真分析，而得到的散射/導納/阻抗矩陣參數(shù)(S/Y/Z矩陣參數(shù))，然后通過矢量擬合方法(VFM)把S/Y/Z矩陣參數(shù)轉化為等效SPICE等效電路模型，并且提取出電路參數(shù)，完成了頻域到時域的轉換，最后使用電路仿真器進行時域仿真，從而開發(fā)出了一系列高速數(shù)字PCB板設計規(guī)