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高速数字电路的信号完整性分析

作　者: 蒋毅
导　师: 杨显清
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 信号完整性 BP神经网络互连线时域分析同步开关噪声电磁干扰
分类号: TN79
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 275次
引　用: 3次
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内容摘要

随着高速数字电路和高集成度芯片技术的飞速发展,电路中的信号完整性问题日益严重。这些问题的出现给系统硬件设计带来了更大的挑战,高速数字电路的信号完整性设计已经成为能否成功的主要因素。本文研究了高速数字电路的信号完整性问题。首先,本文介绍了高速数字电路设计中存在的信号完整性问题,将其归为四类,分别为単导体互连问题(反射、时延)、多导体互连问题(串扰、耦合)、同步开关噪声问题、电磁干扰问题。同时针对不同问题介绍了已有的分析方法,并总结了国内外的研究现状。其次,由于信号完整性问题中的第一、二类都涉及到高速互连线,所以将其统一分析。在高速条件下对互连线的分析采用传输线模型。相比较已有的分析方法,本文采用基于BP神经网络的时域逼近方法。首先阐述BP神经网络的基本理论,利用传输线模型求取响应的频域波形,再对频域响应进行插值近似,最后利用BP神经网络良好的逼近能力进行时域响应的逼近。利用这样的分析思路,详细分析了高速数字电路中互连线时域响应问题:包括单导体信号传输中的反射,多导体信号间串扰以及复杂结构的时域响应等。再次,针对信号完整性的第三类问题,介绍了同步开关噪声的两类形式,并研究了其的产生机理。由于同步开关的产生主要来源于电路中可能存在的各种形式的电感,总结了电路中常见的各种形式的电感并给出了其近似表达式。同时在此基础上,针对开关器件全部同时活动和部分活动的两种情况定量的分析了同步开关噪声。最后研究了高速数字设计中的电磁干扰问题,将电磁辐射分为共模和差模两种模式,详细阐述了其产生机理,并针对干扰源处于线路首端和任意位置两种情况给出了分析模型和分析结果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景  8
  1.2 高速电路的定义  8
  1.3 信号完整性问题  8-9
  1.4 分析方法  9-11
  1.5 国内外研究现状  11
  1.6 本文的主要工作  11-13
第二章互连线分析  13-38
  2.1 引言  13-14
  2.2 神经网络简介  14-15
    2.2.1 神经网络的发展  14
    2.2.2 神经网络的分类  14-15
    2.2.3 神经网络特点  15
  2.3 神经网络的基本理论  15-18
    2.3.1 神经网络模型  15-17
    2.3.2 神经网络的训练和学习  17-18
  2.4 BP 神经网络  18-22
    2.4.1 BP 网络模型  19
    2.4.2 BP 学习算法  19-21
    2.4.3 BP 算法的程序流程  21-22
  2.5 分析的基本原理  22-27
    2.5.1 分析的基本思路  22-24
    2.5.2 y(t_i)=g(t_i)[A][T(t_i)]的处理  24-25
    2.5.3 基于 BP 神经网络的互连线时域分析流程  25-27
  2.6 互连线的传输线模型  27-38
    2.6.1 单导体互连线  28-32
    2.6.2 多导体互连线  32-38
第三章同步开关噪声分析  38-59
  3.1 引言  38-40
  3.2 同步开关噪声  40-43
    3.2.1 芯片内部开关噪声  41-42
    3.2.2 芯片外部开关噪声  42-43
  3.3 电感——同步开关噪声的根源  43-50
    3.3.1 回路电感  44
    3.3.2 过孔的电感  44-45
    3.3.3 连接器的电感  45-46
    3.3.4 封装的电感  46-48
    3.3.5 非理想电流回路  48-50
  3.4 旁路电容  50-52
    3.4.1 电容的频率特性  50-52
    3.4.2 电容的并联特性及反谐振  52
  3.5 同步开关噪声定量分析  52-59
    3.5.1 单开关噪声分析——最简化的模型  52-55
    3.5.2 多开关同步噪声  55-59
第四章电磁干扰分析  59-76
  4.1 引言  59
  4.2 电磁干扰基本原理  59-61
    4.2.1 电磁干扰源  60
    4.2.2 敏感设备  60
    4.2.3 耦合通道  60-61
  4.3 辐射干扰物理基础  61-66
    4.3.1 差模辐射  61-63
    4.3.2 共模辐射  63-65
    4.3.3 波阻抗的意义  65-66
  4.4 辐射干扰模型  66-76
    4.4.1 干扰源模型  66-68
    4.4.2 干扰源位于线路的首端  68-71
    4.4.3 干扰源位于线路任意位置  71-76
第五章总结与展望  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
攻读硕士学位期间所取得的学术成果  82-83

高速数字电路的信号完整性分析

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