高速PCB的电源完整性分析

高速PCB的电源完整性分析作者：申伟，唐万明，王杨，SHENWei，TANGWanming，WANGYang作者单位：重庆大学,计算机学院,重庆,400030刊名：现代电子技术英文刊名：MODERNELECTRONICSTECHNIQUE年，卷(期)：2009，32(24)引用次数：0次参考文献(10条)1.EricBogatin信号完整性分析20052.周润景CadencePCB设计与制板20053.HowardJonson高速数字设计20064.王守三PCB的电磁兼容设计、技巧和工艺20085.ClaytonRPaul电磁兼容导论20066.汪蕙.王志华电子电路的计算机辅助分析与设计方法19967.王成华.王友仁.胡志忠电子线路基础教程20038.顾海州.马双武PCB电磁兼容技术20049.DouglBrooks信号完整性问题和印制电路板设计200510.StephenHHall.GarrettWHall.JamesAMcCall高速数字系统设计2005相似文献(9条)1.学位论文徐红波高速通信系统中PCB板级电源分配系统对信号完整性影响的研究——电源完整性2005本文从高速通信系统的PCB板级电源完整性分析入手：介绍了电源完整性的相关定义，分析了产生电源完整性问题的原因以及电源完整性问题对高速线路造成的影响。并着重分析了电源分配系统的同步切换噪声，地弹等现象；分析了旁路电容在解决电源完整性问题中的重要作用；推导建立了组成电源分配系统的开关电源模块，电源、接地平面，和旁路电容的Spice模型；利用Cadence公司的SPECCTRAQuestTMPowerIntegrity设计仿真工具，将所建立的模型有效的应用到媒体网关产品A7XXX的媒体转换MCM控制模块的电源完整性分析中，对部分电源分配路径进行了优化设计；首次采用动态电子负载测量方法，自行设计了电源完整性模拟测试验证环境。通过对MCM控制模块的开关电源和控制电路板的电源完整性测试，验证分析了各种旁路电容对电源完整性的影响，并总结探讨了高速系统的电源完整性设计流程和方法。2.期刊论文朱磊.王跃明.刘银年.ZHULei.WANGYueming.LIUYinnianDDRSDRAM控制电路电源完整性研究-现代电子技术2006,29(24)高速数字电路对电源分配系统的可靠性和复杂性提出了很高要求.以DDRSDRAM控制电路为例,介绍电源分配系统的基本概念.采用基于系统目标阻抗的算法,用SPECCTRAQuest软件对电路的电源分配系统进行完整性仿真分析与设计.实践表明该方法不但可以设计出满足要求的电源分配系统,还能大幅提高设计效率,减少系统复杂度.3.学位论文刘坤基于手持设备中开关电源的电源完整性设计2007随着集成电路设计技术与加工工艺的进步以及低功耗的迫切需求，电路的工作电压越来越低，目前一些用于手持设备的嵌入式系统的处理器核电压甚至已经达到了1V以下。同时，系统的时钟频率也在不断提高，以满足手持设备日益增加的多功能与高性能的要求。电路工作电压的降低必然导致对电源电压噪声的要求更加严格，与此同时，数字集成电路随着功能的增加和速度的加快，其工作时状态翻转的电流变化(△I)增大，系统的带宽增加。△I是电路板上产生电源电压噪声最主要的原因之一，所以，现代高速电路的电源系统设计正面临着越来越严峻的在更大带宽内保证低电源电压噪声的挑战。电源完整性(PowerIntegrity,PI)设计的目标就是指保证系统稳压电源在经过电源传输系统后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度，即控制电源电压的噪声在一可接受的范围内。开关电源由于其高效率的优点，使得目前它在手持设备的主电源电路中获得广泛应用。本文以手持设备和开关电源为前提，以实现电源完整性为目标，进行电路板级的电源分配系统设计。首先详细介绍了应用于手持设备的各种电源管理技术及理论，并以此为基础进行电压变换电路的设计，设计内容包括开关控制器的分析，选型，无源器件的选型与电路设计，电路的PCB设计以及电源地层设计，然后采用目标阻抗法，利用Cadence公司的PI分析软件，对电源分配系统的各组件，即开关电源模块，电源/地层和旁路电容进行建模，通过仿真，分析最后完成设计。采用目标阻抗法的电源完整性仿真结果显示在整个系统的500MHz的工作带宽内，1.35V的VCCC电源系统阻抗小于所要求的目标阻抗225毫欧，3.3V的VCC3电源系统的阻抗小于330毫欧。最后通过设备工作在大负载切换情况下的实测得VCCC和VCC3中最大电源噪声分别为60毫伏和100毫伏左右，小于设备稳定工作所要求的5％*VCC的电源电压噪声容限。本课题分析并实现的利用目标阻抗法对电源系统进行优化设计，能够与主流的电路板设计工具很好的结合，避免传统的电源系统设计中过份依靠芯片厂商提供的参考设计或仅凭工程师经验进行的不足，实现较佳的成本与性能的综合效益，同时对其他中小功率电子设备的电源系统的设计也具有借鉴意义。4.学位论文贾琛高速数字电路中无源器件建模和电源完整性分析2006随着半导体工艺的发展，品体管尺寸越来越小，器件的信号跳变沿越水越快，高速数字电路设计领域中的信号完整性问题以及电源完整性问题变得日趋严重。信号完整性问题能导致或者直接带来信号失真、时序错误、不正确数据以及系统误工作甚至系统崩溃，因此对于高速系统，在没计的过程中必须充分由考信号完整性引起的问题。文本对高速数字电路设计中的信号完整性作了一定的分析与研究，主要内容包括：分析和研究高速数字电路设计中各种无源器件对信号完整性的影响以及它们的简单建模，因为电路建模仿真是寻找信号完整性问题解决方法的重要途径，在低频时候，可以将以上模型带入到SPICE电路中进行仿真，简化分析步骤：分析产生电源完整性问题的原因以及电源完整性问题对高速线路造成的影响，并着重分析了电源分配系统的谐振、同步开关噪声等现象。本文利用Ansoft公司的设计仿真工具，结合具体电路设计，对部分电源分配系统进行了优化设计：介绍一种高阻抗电磁表面结构，并应用到具体电路设计中来减小同步开关噪声，比传统单纯加去耦电容效果更好。5.期刊论文杜丽霞.曹岩.DULi-xia.CAOYan电源完整性仿真及其在DDRSDRAM电路中的应用研究-微计算机信息2009,25(13)结合DDRSDRAM控制电路介绍了如何计算电源分配系统目标阻抗的方法,通过SPECCTRAQuestPowerIntegrity软件对电路的电源分配系统进行了仿真与分析,达到了验证的目的.测试结果表明,该方法可以设计出能够满足要求的电源分配系统,并可以降低设计复杂度,提高设计效率,缩短设计周期.6.学位论文陈昌荣嵌入式系统中电源模块的研究与设计2007嵌入式系统的电源模块是嵌入式板级开发的一个热点问题，电源模块的好坏与电子设备的性能密切相关。因此电源模块的设计对于电子工程师来说日渐重要。随着板级开发日趋小型化，高速化，这也要求电源模块必须向着高转换效率、高稳定性、低压大电流以及完善的监控管理功能发展。一个完整的嵌入式系统电源模块的设计，应该包括电源模块的搭建以及电源完整性(PowerIntegrity，PI)的评估。电源模块的设计要求电子工程师能够根据电子设备的需要考虑电源的电压、功耗以及可监控性等多方面因素，并以此来搭建电源模块。而电源完整性则是当今高速电路板设计的一个热点问题，他是对信号完整性的延升，目的是为电路板上工作的器件提供一个干净高效的电源环境。电源完整性主要是基于分析整块电路板上电源/地平面构成的电源分配系统，在电流可能变化的范围内，为电路板提供一个稳定的，电压波动小的电源系统。本文从如何为嵌入式板级系统设计一个合理的，电源完整性好的电源模块入手：1．分析嵌入式电源模块的系统结构，包括电源模块的内部拓扑，板级的电源系统构架，电源模块元件的选择以及电源监控管理的搭建。并结合现今市场上常用的电源芯片，监控手段等进行分析。2．研究分析电路板信号完整性以及电源完整性问题。结合信号传输理论，分析了高速数字电路板信号传输时产生的反射、振荡、串扰等现象以及其解决方法。其次是基于电源分配系统的电源完整性分析。最后结合实测经验，讨论电源完整性实测参数3．设计“UHF(915MHz)RFID阅读器”硬件平台的电源模块，并依托此平台，利用Cadence公司的SPECCTRAQuestPI电源完整性仿真工具，对该硬件平台的电源完整性进行仿真，为该平台电路板的电源模块设计提供了仿真指导。随着嵌入式板级系统高速化，小型化的发展趋势，对电源模块的设计也日趋严格，电源完整性已经越来越多地被电子工程师所关注。本文从最基本的电源模块内部拓扑入手到电源的板级开发，再到高速电路板设计中的信号完整性、电源完整性的分析与研究，对设计开发嵌入式设备的电源模块有一定的指导意义。7.学位论文李小平高速PCB的信号完整性、电源完整性和电磁兼容性研究2005本文研究了高速PCB的信号完整性、电源完整性和电磁兼容性问题及其解决方法。　　首先，介绍了高速PCB设计中存在的信号完整性、电源完整性和电磁兼容问题，并总结了国内外的研究现状。　　其次，在阐述传输线理论的基础上，详细分析了高速PCB设计中的信号完整性问题，包括反射、串扰等，讨论了公共时钟和源同步总线结构的系统中所必须满足的时序约束条件；对常用的端接方案的端接效果进行了仿真，并分析了两耦合传输线系统中线间距、平行走线长度、介质层厚度等参数变化对串扰的影响。　　再次，研究了同步开关噪声的产生机理；并在此基础上提出了电源完整性设计方法，通过单节点仿真来优化去耦电容的选择，通过多节点仿真来优化选择好的去耦电容的布局，从而使电源分配系统能满足目标阻抗的要求。　　然后，研究了高速PCB设计中电磁兼容性问题，详细阐述了电磁辐射的产生机理与设计方法。　　最后，结合CadencePSD15.0软件包提出了基于信号完整性、电源完整性和电磁兼容性分析的高速PCB设计方法，并详细介绍了IBIS模型的获取和验证方法。8.期刊论文庄跃明.朱振辉.ZhuangYueming.ZhuZhenhui电磁带隙结构在抑制电源层上噪声的应用-电子测试2009,(9)本文在阐述电磁带隙结构的基础上,从理论上分析其原理,结合印制电路板电源层存在的瓶颈,即目标阻抗随着设计频率的不断上升而变得越来越难控制.电磁带隙结构最早应用在天线结构中,而本文引用到PCB板电源完整性的设计中来达到抑制高频谐振的目的,并且通过SIwave建模仿真验证了其正确性.9.学位论文韩国兵微波与高速电路宽域参变分析研究2008现代电子技术高速发展，伴随着特征尺寸的不断减小，集成度及时钟频率的持续提高，微波及高速电路系统的电特性分析越发显得重要，因应于此，相关各领域的研究如火如荼，百花齐放。目前，电磁场全波分析、参数提取、电路建模、快速电路分析及商用软件开发等方面的研究已经较为丰富及成熟；但是由于一些实际的困难，有关几何结构层次的设计综合的研究却进展缓慢，仍然停留在依赖传统的经验方法或依赖EDA软件不断仿真试验的阶段，相关研究甚少。基于以上背景，本文主要针对微波与高速电路计算机辅助分析与设计，以几何结构层次的快速分析及设计综合为目标，围绕微波与高速电路中的参变分析及多参数模型建立展开研究。全文主要包括以下几方面内容：1)阐述了尺寸维渐近波形估计(AWE)的基本原理，并在其基础上作了一些修正；提出了更好的和更一般化的简化和求导方案，并且提出了AWE结合分块矩阵思想，更好地发挥了AWE方法的效能，尤其适用于在大块电路固定条件下设计和调整小块电路情况。2)提出了一种新型自适应分段的方法。该方法以高精度的逼近模型(Padé有理模型及伪谱多项式模型)作为基础，综合采样点校验和模型间校验，克服了传统的插值和逼近方法往往无法准确高效地分析具有高度的非线性和多峰特点一类问题的困难，应用于电源/地平面阻抗特性分析中，很好地满足了准确度和高效率的双重要求。3)提出了基于洛朗级数的渐近波形估值法。传统的渐近波形估计技术，存在一定缺陷：比如1)有时系数矩阵本