高速背板的電磁場建模和仿真.pdf

1、需求不斷地推動著電子學(xué)系統(tǒng)的性能發(fā)展，隨著半導(dǎo)體工藝的進步，片上時鐘的速度和板級時鐘的速度都在逐年提高，信號的帶寬已經(jīng)進入了傳統(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，采用電磁場的理論和工具作為信號完整性主要的分析手段已經(jīng)不可避免。此時，除了反射和串?dāng)_這些在速度較低時就存在的問題外，趨膚效應(yīng)和介質(zhì)損耗等由于信號的時間尺度縮小到亞納秒時起作用效應(yīng)造成的影響，比如碼間干擾等都是必須解決的問題。 背板是由無源

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

3、法提取高速電路的傳輸參數(shù)并通過數(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高速互連的現(xiàn)狀、趨勢，同時介紹了在數(shù)據(jù)率達Gbps以上時起主導(dǎo)作用的物理機制，特性區(qū)域的劃分以及信號完整性的要求。第一章還總結(jié)了近年來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，而解決這些問題必須采用電磁場理論和

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

5、用；提取了PCB上常見的不連續(xù)結(jié)構(gòu)的S參數(shù)，分析了過孔、分割槽等在不同頻帶范圍內(nèi)對信號傳輸特性破壞的貢獻和防治方法；利用二維 FDTD-SPICE混合仿真方法分析了板級電源分配系統(tǒng)的特性；利用時域有限差分方法驗證了 差分對共模輻射的估計結(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