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高速PCB电源完整性设计与分析

作　者: 苏良碧
导　师: 周润景
学　校: 内蒙古大学
专　业: 控制工程
关键词: 同步开关噪声电源完整性高速数字系统电源分配网络 AllegroPCB PI 去耦电容
分类号: TN41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 208次
引　用: 4次
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内容摘要

由于同步开关噪声所产生的噪声电流,电源完整性问题如今已成为制约整个高速数字系统性能的一个关键因素。元器件封装和电路板上的电源／地平面作为电源分配系统不可或缺的一部分,为这些噪声电流提供了耦合路径。因此一个经过良好设计的电源分配系统对于保证整个系统的性能和稳定性是及其重要的。为了保证能设计出一个良好的电源分配系统,对电源分配系统的精确快速分析以及对平面上噪声的优化都是非常重要的。而在电源分配系统上加入去耦电容是提高电源分配系统性能、保证系统电源完整性的一个主要、切实可行的方法。电源分配网络构成了高速数字系统最庞大最复杂的互连结构,约占全部互连空间的30%-40%。系统中所有的器件都直接或间接地连接到电源分配网络上,系统中器件数目成千上万,因此电源分配网络设计与电源完整性分析是数字系统设计中最为复杂的一环。电源分配网络设计是高速数字系统设计的核心,其直接影响到了电源完整性、信号完整性和电磁完整性等系统的性能。本论文着重研究高速数字系统的电源分配网络设计与电源完整性分析这一主题,并探讨了与之紧密联系的电源噪声抑制和电源配送网络元件的建模与分析,最终借助于Cadence电源完整性工具Allegro PCB PI完成了实际电源分配网络的设计。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章序言  9-14
  1.1 研究背景及意义  9-12
  1.2 国内外研究热点及动态  12-13
  1.3 本文主要内容  13-14
第二章电源分配网络与电源噪声  14-34
  2.1 电源分配网络的组成  14-22
    2.1.1 电压调节模块  16
    2.1.2 去耦电容  16-20
    2.1.3 PCB电源/地平面  20-22
  2.2 电源噪声的产生  22-25
    2.2.1 电源噪声的产生原因  22-23
    2.2.2 电源噪声的影响  23-25
  2.3 同步开关噪声分析  25-29
    2.3.1 芯片内部开关噪声  26-28
    2.3.2 芯片外部开关噪声  28-29
    2.3.3 等效电感衡量SSN  29
  2.4 频域目标阻抗法  29-32
    2.4.1 确定目标阻抗  31
    2.4.2 确定目标频率  31-32
    2.4.3 选择去耦电容  32
  2.5 本章小结  32-34
第三章电源完整性分析建模  34-51
  3.1 电压调节模块模型  34-39
  3.2 电源地平面的模型  39-43
    3.2.1 电源地平面模型  40-41
    3.2.2 模型的拓扑结构  41-43
  3.3 电容模型  43-50
    3.3.1 电容模型分析  43-45
    3.3.2 电容的阻抗特性  45-47
    3.3.3 电容并联特性及反谐振  47-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章电源完整性仿真与分析  51-67
  4.1 仿真环境  51-58
    4.1.1 高速PCB板  51-57
    4.1.2 仿真工具  57-58
  4.2 Allegro PCB PI仿真过程  58-66
    4.2.1 设置数据库  59-60
    4.2.2 定义目标阻抗  60
    4.2.3 单节点仿真与分析  60-63
    4.2.4 多节点仿真与分析  63-66
    4.2.5 布线后分析  66
  4.3 本章小结  66-67
第五章结论  67-69
参考文献  69-73
附录1 Cyclone Ⅱ Nios开发板光绘文件  73-75
附录2 主要电源平面对仿真结果  75-76
致谢  76
攻读学位期间发表的学术论文目录  76

高速PCB电源完整性设计与分析

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