本文關(guān)鍵詞：板級電源傳輸網(wǎng)絡(luò)的建模研究　出處：《浙江大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：集成電路中快速切換的邏輯電路會在電源分布網(wǎng)絡(luò)(PDN)上產(chǎn)生一個快速變化的瞬態(tài)電流。電壓調(diào)節(jié)模塊和去耦電容可以為該瞬態(tài)電流供電。然而,PDN上存在的寄生參數(shù)會阻礙供電電流向芯片端流動,使得芯片端的供電電壓產(chǎn)生壓降和抖動,從而導(dǎo)致集成電路產(chǎn)生供電不足和供電不穩(wěn)等電源完整性(PI)問題。電壓抖動不僅會產(chǎn)生PI問題,PCB板上電源／地平面間的電壓抖動會在平面間產(chǎn)生一個時變電場,使得電源／地平面形成一個天線向外輻射電磁波,產(chǎn)生電磁輻射問題。該電磁輻射會通過耦合的方式影響到以電源／地平面為返回路徑的信號線,產(chǎn)生信號完整性問題。PDN的性能是決定電壓壓降和抖動程度最重要的因素,對PDN性能的量化研究,是分析乃至解決電源完整性問題的關(guān)鍵。復(fù)雜電子系統(tǒng)中的PDN主要集中在多層PCB板,封裝多層板結(jié)構(gòu)和連接器以及芯片中,每一部分PDN的寄生參數(shù)都會導(dǎo)致電子系統(tǒng)產(chǎn)生PI問題。準(zhǔn)確地對不同部分、不同結(jié)構(gòu)的PDN進(jìn)行建模有助于指導(dǎo)PDN的前期布局,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。有鑒于此,本文研究重點為采用不同的方法對復(fù)雜電子系統(tǒng)中不同結(jié)構(gòu)的PDN進(jìn)行建模,量化分析不同結(jié)構(gòu)PDN的寄生參數(shù)。首先對于多層PCB板上的過孔結(jié)構(gòu),本文基于諧振腔模型提取過孔電感這一方法,進(jìn)一步探討了各種情形下諧振腔模型的準(zhǔn)確性。針對過孔距離較近這一情況,修改諧振腔模型,將過孔間的電流耦合效應(yīng)考慮在內(nèi),提高了諧振腔模型的準(zhǔn)確性。對于轉(zhuǎn)接板上的網(wǎng)格狀PDN結(jié)構(gòu),本文基于諧振腔模型提出一種新型的半解析計算方法,快速、準(zhǔn)確計算網(wǎng)格狀PDN的阻抗。該方法還能夠預(yù)測網(wǎng)格狀PDN的模式諧振和各模式諧振下的模式電場分布,為片上去耦電容的排布提供前期指導(dǎo)。最后,針對多層PCB板上復(fù)雜的電源／地平面結(jié)構(gòu),本文采用平行平板部分元等效方法,實現(xiàn)了對含出砂孔結(jié)構(gòu)電源／地平面以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)電源／地平面的建模。
[Abstract]:The fast switching logic circuit in the integrated circuit will produce a fast changing transient current on the power distribution network (PDN). The voltage regulation module and the decoupling capacitor can supply the transient current. However, parasitic parameters on PDN will impede the supply current flowing to the chip end, resulting in voltage drop and jitter of the supply voltage at the chip end, resulting in the power integrity (PI) problem of integrated circuits, such as insufficient power supply and unstable power supply. Voltage jitter will not only cause the PI problem, but the voltage jitter between the power / ground surface on the PCB board will generate a time-varying electric field between the planes, which will make the power / ground plane form an antenna to radiate electromagnetic waves and generate electromagnetic radiation. The electromagnetic radiation will affect the signal line with the power / ground plane as the return path through the coupling method, producing the problem of signal integrity. The performance of PDN is the most important factor in determining voltage drop and jitter. Quantitative research on PDN performance is the key to analysis and even solve the problem of power supply integrity. The PDN of complex electronic system is mainly concentrated in multilayer PCB boards, and the parasitic parameters of every part of PDN will lead to PI problem of electronic system. Modeling of PDN with different parts and different structures is helpful to guide the early layout of PDN and improve the stability of the system. In view of this, this paper focuses on modeling different structures of PDN in complex electronic systems by different methods, and quantitatively analyzing parasitic parameters of PDN with different structures. First, for the through hole structure on multilayer PCB board, based on the resonant cavity model, we extract the hole inductance method, and further discuss the accuracy of the cavity model in various cases. In view of the nearer hole distance, the model of the resonator is modified to take into account the current coupling effect between the over - holes, which improves the accuracy of the resonator model. For the grid like PDN structure on the switchboard, a new semi analytical method based on the resonant cavity model is proposed in this paper to calculate the impedance of grid PDN quickly and accurately. This method can also predict the mode resonance of the grid like PDN and the distribution of the mode electric field under each mode resonance, which provides the early guidance for the arrangement of the coupling capacitance. Finally, aiming at the complex power / ground plane structure on multilayer PCB boards, the parallel plate partial element equivalent method is adopted to realize the modeling of the power / ground plane with sand outlet structure and the irregular power supply / ground plane.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN86

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本文編號：1341552