基于WLP-FDTD的带隙电源地平面噪声时域分析

针对带隙电源地平面的噪声传播问题,提出一种基于加权拉盖尔多项式-时域有限差分(WLP-FDTD)方法.该方法首先将带隙电源地平面分为2部分:一部分为完整电源地平面;另一部分为带隙结构.然后建立完整电源地平面的等效电路模型以及带隙的耦合电路模型.最后对等效电路建立电压电流方程,并采用WLP-FDTD算法求解.计算结果表明,提出的基于WLP-FDTD的电源地平面噪声时域分析方法,相比于传统FDTD方法,在精度不变的同时计算效率显著提高,适合精确快速分析高速电路的电源完整性.

一种快速三角形电源地平面谐振腔模型

针对等腰直角三角形平面模型效率低和精度差的问题,在双频点近似算法的基础上,提出了一种快速的Spice兼容等腰直角三角形平面谐振腔模型.与电感近似的等腰直角三角形平面模型相比,提出的模型使用最少的谐振腔基本模式与单节的高阶修正电路,不仅提高了等腰直角三角形电源地平面的仿真效率,而且改善了模型精度.仿真结果表明,电感近似模型在分类关键因子为2时,最大误差约为10%;提出的模型在分类关键因子为1.3时,最大误差约为1%,其仿真时间仅为电感近似模型的26%,验证了该模型在提高等腰直角三角形电源地平面的仿真效率和改善模型精度上的有效性.

电源与地平面间谐振电压噪声和阻抗特性仿真

多层PCB板中的电源与地平面间的谐振效应会引发电压噪声及电磁辐射问题。利用Cadence Sigrity软件,从电源和地平面间谐振电压噪声和阻抗特性两个维度对谐振效应进行了评估。通过控制变量,对比不同PCB设计下的仿真结果,发现增加去耦电容、减小平面间距和合理的平面分割方式可以降低谐振效应。

高速电路中电源/地平面间同步开关噪声的抑制研究

提出一种将介质型电磁带隙结构与电源平面分割技术相结合,用于抑制高速电路电源/地平面间同步开关噪声的新方法。利用Ansoft HFSS建立相应三维电磁仿真模型并对其进行数值仿真,结果表明:若以-40 dB为噪声隔离标准,噪声可在0.01~0.66 GHz与0.91~4.11 GHz范围内得到有效抑制,并且噪声最大抑制深度可达-152 dB。对以分割电源平面为参考平面的单端微带信号线的信号传输质量进行分析,结果表明单端微带信号线的插入损耗在0.01~4.46 GHz范围均大于-3 dB,证明本方法在抑制同步开关噪声的同时可以保持较好的信号传输质量。

分割单元对电源/地平面输入阻抗影响的研究

研究了在多层印制电路板电源/地平面过孔周围布置具有桥接结构的蚀刻分割单元时过孔信号的返回路径阻抗及转移阻抗。分析了分割单元尺寸变化对返回路径阻抗的影响。采用二维边界元法进行了数值分析,并通过全波有限元分析软件进行了仿真验证。研究结果表明,在频率较高时,分割单元会激发较多的谐振峰值,返回路径阻抗大幅上升,但有助于降低噪声耦合。

电源/地平面中过孔转换的低阶电路模型研究

讨论了多层印制电路板中过孔通过电源/地平面时的几种等效电路模型。为便于了解过孔等效电路建模的机理,仅考虑了包含电容的低阶电路模型。分析了过孔转换结构的寄生参数电路模型和传输线电路模型,以及电源/地平面中过孔之间的串扰耦合问题,提出了一种基于三端口网络的新的过孔电路模型,并以数字信号为例对各电路模型进行了仿真分析。所得结果有助于提取过孔转换结构的等效电路模型,了解过孔转换结构影响信号完整性的机理。

高速嵌入式系统中电源噪声抑制方法

根据平面腔体谐振模型理论推导出高速嵌入式电路电源平面对阻抗函数关系式,分析了电源平面对的谐振特性与PCB板材、介质层厚度以及导体平面的电导率之间的关系,得出可通过减小介质层厚度、使用高介电常数的介质材料以及增加介质损耗等3种方法来抑制电源平面对的谐振效应,并使用全波仿真方法验证了可行性。从时域仿真了高速电路中的噪声传播与电源平面谐振的相互关系,结果表明,通过抑制电源平面对谐振阻抗可将电源噪声减小至原有结构的15%,从而有效提高系统的电源完整性。

PCB材料与电源/地层谐振阻抗关系

为降低多层高速PCB(Printed Circuit Board)电源/地谐振阻抗,根据平行平面腔体谐振模型理论推导出PCB电源/地谐振阻抗、谐振频率、谐振品质因数与构成PCB板的导体材料和绝缘材料的电磁参数的之间的函数关系式,并根据此关系式得出了从PCB材料选取角度减小电源/地谐振阻抗的两种途径,即采用高磁导率、低电导率的导体材料代替普通导体材料;采用高介电常数和损耗正切的平面间绝缘体材料.随后PCB电源/地平行平面结构的全波仿真结果证实了这两种途径的有效性.

高速PCB电源完整性研究

一块成功的高速印刷电路板(PCB),需要做到信号完整性和电源完整性,首先必须降低地弹.为了滤除地弹骚扰,推荐在电源/地平面对上,安放去耦电容。

基于WLP-FDTD的电源地网络时域快速分析方法

利用加权拉盖尔多项式-时域有限差分方法(WLP-FDTD)求解电源配送网络中电源地平面的瞬态响应过程。将电源地平面等效为二维电路模型,计算该模型在时域中的方程,采用拉盖尔基函数展开电流电压表达式,利用其正交性,避免了稳定约束条件进而得到方程的求解。与传统的时域有限差分方法(FDTD)相比,提出的方法分离了时间和空间变量,不受稳定条件的约束,在计算电源地平面剖分网格数较多时,具有较高的计算速率。仿真结果表明在电源地平面的分析中采用二维WLP-FDTD比FDTD的效率更高。

新型自适应分段方法及电源/地阻抗特性分析

提出了一种新型的自适应分段方法,利用高精度的伪谱多项式模型及Padé有理模型作为基础,综合采样点校验准确和模型间校验快速的优点,自适应地对分析区域进行分段逼近.研究结果表明,该方法很好地实现了逼近的准确和高效,尤其适用于开槽电源/地平面结构的阻抗特性等具有非线性和多峰特点的一类问题的快速分析.

评估圆形PCB过孔转换反射系数的二维有限元法

提供了一种计算信号电流通过过孔转换结构时的反射系数和传输系数的高效数值方法。研究了单个过孔位于圆形PCB中心的特定情形,从而可方便地采用二维轴对称有限元法。计算结果表明,在电源/地平面未出现谐振时,过孔不连续结构对信号传输性能影响较小,但频率较低时反射较大。此外,对场分布的研究发现,在过孔附近场分布为准静态场,距离过孔较远时电源/地平面内的场分布模式转变为TM00模。采用全波有限元软件对计算结果进行了验证。所得结论对定性评估其它形状PCB中的过孔不连续影响具有参考意义。

短路过孔对多层PCB信号传输特性的影响

在相同电位的参考层放置短路过孔影响信号的回流电感,以典型的"地-电源-地"叠层为基础,提取了高频信号的返回路径,计算了短路过孔参数对输入阻抗和信号传输质量的影响。结果表明:短路过孔能有效的改善信号传输特性和电源地平面的边缘电磁辐射,降低了潜在的电磁干扰。

用于下一代信号和通流能力提升的微槽孔加工研究

随着科学技术的发展,PCB板设计向着小型化及高密度的方向发展,在PCB板上往往会使用较多的大功耗器件。然而由于空间限制,大功耗器件无法有效的自然散热,而引起诸多可靠性问题。相应的,PCB中也需要形成低电压大电流的电路,以使电路的载流可以满足电路板所需要的最大电流量,保证电路运行的不稳定。为了兼顾电路的载流能力和电子产品的小型化,可以减小过孔的尺寸,以降低电路板的面积,并保证电路的载流能力。然而,过孔的尺寸越小,相对应的通孔的制作和电镀难度越大,过孔越不易制作,且过孔的寄生电容和寄生电感均会影响电路板的性能。根据行业的发展方向,以及系统级芯片和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)型技术的发展路线,就会试图在印制电路板通孔上加大垂直通流,以确保大功率信号传输。这种发展方向有利于将其推向高性能发展的前沿。紧随其后,垂直通流的增加,势必会产生散热问题,于是便有了通过开设微槽孔提升通流能力和散热能力。

过孔转换信号完整性分析的区域分解有限元法

提出了一种基于区域分解的二维有限元法分析多层印制电路板电源/地平面中过孔转换结构的信号完整性.过孔电流产生的电磁场呈三维结构,其中,一部分电磁波沿过孔轴向传输,另一部分电磁波在电源/地平面间沿径向传播.采用一虚拟柱面将求解区域分割为过孔区和电源/地平面区.将过孔区建模为以周向磁场为主分量的二维轴对称问题,而将电源/地平面区建为以垂直电场为主分量的二维模型.首先求解电源/地平面区的二维边值问题获得分割边界上节点的波阻抗,然后将该波阻抗代入过孔区模型中分割边界节点的边界条件,从而计算出过孔信号传输的S参数.所提方法通过模型缩减可实现对微细过孔结构信号完整性的精确快速计算,且采用全波电磁场分析软件对算法的有效性和准确性进行了验证.

多层PCB介质基板中嵌入高K材料对信号完整性的影响

采用数值仿真分析了多层PCB的电源/地平面中嵌入高K材料对过孔转换信号完整性的影响。研究了电源/地平面间的介质层整体采用高介电常数(高K)材料时信号过孔的S参数,并提出了两种局部添加高K材料的方法,一是在过孔周围布置一个包围过孔的介质柱,二是在过孔周围均匀布置若干个小介质柱。计算结果表明,介质层整体采用高K材料会引起较多的谐振,信号完整性变差;当嵌入介质材料的介电常数足够大时,在过孔周围局部嵌入高K材料的方法可明显增强信号完整性,其中,包围过孔的单个介质柱在高频时的性能良好,而在过孔周围嵌入多个小介质柱在低频时的效果较好。