高速背板的電磁場(chǎng)建模和仿真.pdf

1、需求不斷地推動(dòng)著電子學(xué)系統(tǒng)的性能發(fā)展，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，片上時(shí)鐘的速度和板級(jí)時(shí)鐘的速度都在逐年提高，信號(hào)的帶寬已經(jīng)進(jìn)入了傳統(tǒng)的微波電路的頻帶范圍。為了研究在如此高的帶寬條件下系統(tǒng)的工作性能，采用電磁場(chǎng)的理論和工具作為信號(hào)完整性主要的分析手段已經(jīng)不可避免。此時(shí)，除了反射和串?dāng)_這些在速度較低時(shí)就存在的問(wèn)題外，趨膚效應(yīng)和介質(zhì)損耗等由于信號(hào)的時(shí)間尺度縮小到亞納秒時(shí)起作用效應(yīng)造成的影響，比如碼間干擾等都是必須解決的問(wèn)題。 背板是由無(wú)源

2、器件組成的板級(jí)互連，幾乎沒(méi)有一個(gè)電子系統(tǒng)離得開(kāi)背板或背板型的結(jié)構(gòu)，高速串行背板研究是近年來(lái)發(fā)展很快的領(lǐng)域，業(yè)界對(duì)背板性能也在不斷提出新的要求，對(duì)背板的研究代表了當(dāng)前高速電路設(shè)計(jì)的一個(gè)主流。電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法應(yīng)用于高頻條件下的電路互連仿真和設(shè)計(jì)以及電磁兼容分析是近幾年來(lái)發(fā)展很快的領(lǐng)域，針對(duì)背板分析的寬頻帶和復(fù)雜結(jié)構(gòu)仿真要求，時(shí)域有限差分方法具有突出優(yōu)越性。本文通過(guò)分析在數(shù)據(jù)率達(dá)Gbps以上時(shí)PCB上起主導(dǎo)作用的物理機(jī)制，利用時(shí)域有限差分方

3、法提取高速電路的傳輸參數(shù)并通過(guò)數(shù)擬合建模，探討高速串行背板傳輸特性的仿真方法。 本論文的第一章首先講述了板級(jí)高速互連的現(xiàn)狀、趨勢(shì)，同時(shí)介紹了在數(shù)據(jù)率達(dá)Gbps以上時(shí)起主導(dǎo)作用的物理機(jī)制，特性區(qū)域的劃分以及信號(hào)完整性的要求。第一章還總結(jié)了近年來(lái)高速電路研究方法的發(fā)展，分析了常用的建模和仿真方法的適用范圍：并指出：隨著速率的不斷提高，系統(tǒng)能達(dá)到的極限性能往往被“推到”互連材料的選擇和互連結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，而解決這些問(wèn)題必須采用電磁場(chǎng)理論和

4、分析方法，從而引入高速電路電磁場(chǎng)仿真的必要性。 第二章介紹了電磁場(chǎng)時(shí)域有限差分方法以及它在高速電路仿真中的應(yīng)用。主要介紹了時(shí)了過(guò)孔、分割槽等在不同頻帶范圍內(nèi)對(duì)信號(hào)輿我破壞的貢獻(xiàn)和防治方法；利用2維FDTD-SPICE混合仿真方法分析了板級(jí)電源分配系統(tǒng)的特性；利用時(shí)域有限差分方法驗(yàn)證了差分對(duì)共模輻射的估計(jì)結(jié)果。 第三章是本文的重點(diǎn)之,利用時(shí)域有限差分方法主要分析了高速背板設(shè)計(jì)中遇到的介 質(zhì)損耗、趨膚效應(yīng)等對(duì)傳輸線特性的作

5、用；提取了PCB上常見(jiàn)的不連續(xù)結(jié)構(gòu)的S參數(shù)，分析了過(guò)孔、分割槽等在不同頻帶范圍內(nèi)對(duì)信號(hào)傳輸特性破壞的貢獻(xiàn)和防治方法；利用二維 FDTD-SPICE混合仿真方法分析了板級(jí)電源分配系統(tǒng)的特性；利用時(shí)域有限差分方法驗(yàn)證了 差分對(duì)共模輻射的估計(jì)結(jié)果。 第四章主要討論的是模型的有理函數(shù)擬合方法，并以過(guò)孔、參考平面和有損耗傳輸線組成的電源分配系統(tǒng)為例，給出擬合模型和HSPICE仿真結(jié)果。 第五章嘗試探討高速串行背板的建模和仿真方