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高速信号互连中的电磁完整性研究

作　者: 王胜源
导　师: 李玉山; 曹剑中
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 信号与信息处理
关键词: 高速互连电磁建模参数提取电磁完整性
分类号: TN41
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来，随着高速电子技术的发展，电子设备中使用的信号频率与元器件的集成度不断提高，信号的上升沿越来越陡峭。在高速互连系统中，高速信号经过互连线时会产生反射、串扰、色散、电磁干扰等电磁完整性问题，电磁完整性问题成为制约电子系统整体性能的瓶颈，这就使得电子设备的电磁完整性问题有着重要的研究意义。本文针对高速信号互连系统设计实际工程中遇到的电磁完整性问题，采用基于电磁场理论的全波电磁分析方法，围绕电磁建模和参数提取这一中心，结合电路的实验测试分析，从分析结果中得出结论，建立设计规则，解决高速信号互连设计中的电磁完整性问题，保证高速电路系统具有良好的电磁完整性。主要研究内容包括：1)针对高速信号互连结构设计中出现的典型连接点处不连续性问题，提出了一种新的设计方法，这种方法考虑了所有的物理效应，通过电磁仿真和电路分析得到不连续处的散射参数，进而修改不连续处的结构而保证不连续处的电磁完整性。2)针对典型高速信号互连(微带电路)设计中出现空间分辨率和电路结构尺寸上的巨大差异，提出应用混合有限差分方法来分析设计高速电路的设想。对微带导体边缘细节部分采用准静态场仿真来估算其电磁场分布与电流分布，然后将准静态估算的结果合并到常规算法部分。这样既保持常规方法的精度又减小了计算的复杂性。3)针对高速信号互连设计中出现不连续参考面，如：参考面上的槽缝、网孔状参考面以及电源/地面分割等，通过实验测量与电磁仿真分析了各种不连续平面对其电磁完整性性能的影响；最后总结出高速互连设计中不连续参考面的设计规则。4)研究了高速信号互连设计中电缆-PCB连接结构的电磁辐射，在总结前人研究的基础上，重点探讨了基于电流驱动机制和电压驱动机制的共模电流辐射，提出用等效电路模型来分析电缆-PCB连接结构的辐射发射，在电源与地平面噪声辐射的问题中，提出用两步建模技术来预测辐射发射。根据这些分析结果总结出保证高速互连中数据可靠传输的电缆-PCB连接系统的设计规则。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-20
  1.1 论文研究的背景  10-14
    1.1.1 信息技术发展对高速互连的需求  10-13
    1.1.2 面临的挑战  13-14
  1.2 国内外发展现状  14-17
  1.3 论文研究的内容  17-18
  1.4 论文研究的意义  18-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章高速互连信号路径不连续的电磁完整性分析  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 基本理论  20-25
    2.2.1 奇偶模理论分析  20-22
    2.2.2 电场积分方程与矩量法分析  22-25
  2.3 数值与测试结果  25-27
  2.4 鲍威尔算法优化过程  27-30
    2.4.1 选择模型参量  29
    2.4.2 评价函数  29-30
  2.5 优化结果  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章混合有限差分方法对高速互连参数提取的研究  32-45
  3.1 引言  32
  3.2 混合有限差分方法原理  32-35
    3.2.1 准静态方法原理  32-33
    3.2.2 有限差分方法原理  33-35
  3.3 算法应用过程  35-40
  3.4 算法结果与分析  40-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章高速互连不连续参考平面的电磁完整性研究  45-72
  4.1 引言  45-46
  4.2 地面开槽结构电磁完整性研究  46-51
    4.2.1 地面开槽微带线结构研究  46-49
    4.2.2 旁路电容的影响  49-51
  4.3 网孔状地面结构电磁完整性研究  51-60
    4.3.1 HFSS /ADS混合仿真方法  53-55
    4.3.2 网孔几何结构对微带线的影响  55-60
  4.4 电源/地平面分割结构电磁完整性研究  60-70
    4.4.1 桥接对辐射的影响  63-68
    4.4.2 凹槽尺寸及位置对辐射的影响  68-70
  4.5 本章小结  70-72
第五章电缆–PCB连接结构的电磁完整性研究  72-96
  5.1 引言  72
  5.2 共模电流和差分电流及辐射  72-79
    5.2.1 共模电流和差分电流  73-74
    5.2.2 共模电流和差分电流辐射模型  74-79
  5.3 电缆-PCB连接结构的共模电流和电磁辐射  79-88
    5.3.1 电缆-PCB连接结构电流驱动机制的辐射模型  80-81
    5.3.2 电缆-PCB连接结构电压驱动机制的辐射模型  81-82
    5.3.3 实验测量与等效电路模型预测  82-88
  5.4 电路板连接电缆电源总线噪声辐射发射的建模  88-95
    5.4.1 电路板连接电缆电源总线噪声辐射发射的建模方法  88-90
    5.4.2 数值结果  90-95
  5.5 本章小结  95-96
第六章结论与展望  96-98
  6.1 论文的研究工作与成果  96-97
  6.2 展望  97-98
参考文献  98-114
攻读博士学位期间的研究成果  114-115
致谢  115

高速信号互连中的电磁完整性研究

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