高速信号互连中的电磁完整性研究
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。
- 作者：
- 王胜源
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 信号与信息处理
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 李玉山；曹剑中
- 中图分类号：
- TN405.97
- 关键词：
- 高速互连；电磁建模；参数提取；电磁完整性
- high-speed interconnects；electromagnetic modeling；parameter extraction；electromagnetic integrity