Through-silicon-via crosstalk model and optimization design for three-dimensional integrated circuits

Through-silicon-via(TSV) to TSV crosstalk noise is one of the key factors affecting the signal integrity of threedimensional integrated circuits(3D ICs). Based on the frequency dependent equivalent electrical parameters for the TSV channel, an analytical crosstalk noise model is established to capture the TSV induced crosstalk noise. The impact of various design parameters including insulation dielectric, via pitch, via height, silicon conductivity, and terminal impedance on the crosstalk noise is analyzed with the proposed model. Two approaches are proposed to alleviate the TSV noise, namely,driver sizing and via shielding, and the SPICE results show 241 mV and 379 mV reductions in the peak noise voltage,respectively.

一种抑制栅极正负向串扰的GaN HEMT无源驱动电路

GaN器件由于其更快的开关速度,比硅器件更容易发生严重的开关振荡,也更容易受到栅源电压振荡的影响。为了抑制GaN基半桥结构中的串扰,提出了一种抑制GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)栅极正负向串扰的无源钳位驱动电路来抑制栅源电压振荡。采用基本无源元件建立自举驱动回路,并增加三极管以构成从驱动电路到GaN HEMT的低阻抗米勒电流路径,抑制正负向串扰。在LTspice软件下进行电路模拟仿真,并搭建实验平台进行实测验证,结果表明栅源电压的最大正向串扰可降至1.2 V,最大负向串扰可降至1.6 V,漏源电流的正向和负向串扰均降至2 A以下,证明该电路对栅源电压以及漏源电流的振荡均有良好的抑制效果。

电快速瞬变脉冲群串扰耦合分析及防护措施研究

EFT产生的瞬态脉冲干扰可通过电缆耦合进入电子系统的内部,损伤电子设备。为降低瞬态脉冲对电缆串扰耦合的影响,首先利用电磁仿真软件CST建立平行电缆耦合仿真模型,当电压等级为4 kV时,测试电缆的近端串扰电压达到71.2 V,远高于部分敏感器件的阈值;然后通过分析电快速瞬变脉冲群的频谱特性,瞬态脉冲的干扰能量主要集中在1~10 MHz的范围内;最后利用仿真软件Filter Solution设计合理的防护电路。结果表明,防护电路能有效降低瞬态脉冲对电路的影响。

基于高压SiC MOSFET模块桥式电路串扰抑制

碳化硅(SiC)器件开关速度快,在高压条件下串扰现象明显,串扰尖峰容易引起桥臂直通,损坏器件。此处基于桥式电路,考虑了SiC寄生参数的影响,分析了桥臂串扰现象的原因。提出了一种有源箝位的电路,可以有效抑制桥臂串扰尖峰,并且可以减小驱动电阻,减小开关损耗。此处搭建了桥式电路实验平台,通过实验验证了该方案的有效性。在相同电阻条件下可以减小62%串扰尖峰。

基于HyperLynx的电信号串扰仿真分析

在高速数字电路中,电信号串扰是影响信号完整性的一个主要因素。针对近端电信号串扰噪声和远端电信号串扰噪声进行理论建模,借助信号完整性仿真工具HyperLynx进行仿真分析,研究攻击线与受害线的间距、耦合长度、信号线到参考平面的介质层厚度、信号上升沿及下降沿速率对于电信号串扰的影响。仿真结果表明:合理的设计可以有效抑制电信号串扰,进而提高电路信号完整性。

基于离散傅里叶变换的光纤陀螺电路串扰自检测

光纤陀螺由于构造限制,电路输出信号中易受驱动信号串扰,导致输出结果精度难以满足现实需求,影响了电路工作的安全性和效率。为此,提出基于离散傅里叶变换的光纤陀螺电路串扰自检测方法。首先,分析光纤陀螺电路串扰的原理,对光纤陀螺电路进行闭环检测,获取到电路信号变化规律。其次,根据得到的干扰信号函数,建立电路串扰模型,由于电路串扰间存在互容特性,针对串扰线路使用基尔霍夫电压定律,结合电流的连续性,建立串扰电路信号变化函数;根据光纤陀螺检测中的振动频率,依据电路串扰的时间序列以及电路零均值、非高斯、统计非零峰度,使用离散傅里叶变换解析串扰信号,完成电路串扰的自动检测。经实验验证:所提方法能够节省大量提取时间,平均耗时节省35 min,检测精度提高34%,能高效地完成串扰检测。

高精度光纤陀螺检测电路串扰自检测研究

光纤陀螺检测电路应用过程中,受到自检测方案的影响,导致串扰故障检测所需测试矢量较多。因此,提出高精度光纤陀螺检测电路串扰自检测研究。分析光纤陀螺数字闭环检测原理,并提取检测电路串扰特征。根据闭环电路的连续信号微分方程,计算等效模拟输入转速。结合数字阶梯波算法,设计电路串扰检测方案。再计算地球自转角速率的分量测量死区,得到电路串扰测量结果。仿真结果表明:与嵌入式“反射器”的新型谐振陀螺仪和多导体传输线串扰不确定性问题的计算方法相比,当串扰故障覆盖率为80%,所提出的串扰自检测方法的矢量数量为46个,降低了自测试所需的成本。

基于信号随机涨落特征的电路噪声优化方法

低噪声电路设计是遥感领域的主要研究方向之一。由于采用信息获取电路和探测器组件分离设计,可持续发展科学卫星一号主载荷热像仪存在多路信号串扰与旁路互感干扰的问题。当前,基于传统恒定直流分析方法的电路噪声模型难以准确评估电路噪声大小,导致系统在工作时噪声性能过低。针对该问题,分析了模拟电路信号传输的涨落变化规律,提出一种基于探测器响应具备高斯分布特征的类交流分析方法,构建信号噪声模型。与传统直流分析方法相比,所提方法的噪声预测精度提升了51.42%,优化后信息获取电路噪声的性能提升了21.44%,相机噪声等效温差可达34 mK。所提出的电路噪声模型对红外探测系统性能的优化具有十分重要的意义。

抑制SiC MOSFET桥臂串扰与栅源电压振荡的推挽式电容辅助电路分析及参数设计方法

碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, SiC MOSFET)在高速开关中引起的桥臂串扰和栅极电压振荡严重制约了其开关速度。针对已提出的基于推挽式电容辅助电路(push-pull-capacitor auxiliary circuit, PPCAC)的SiC MOSFET驱动工作过程进行了进一步的分析。结合分析,将SiC MOSFET桥臂串扰以及漏源电压振荡引起的栅源电压振荡2个问题归一化,通过推挽电容充放电时刻以及桥臂串扰约束,提出了一种推挽电容参数设计方法。通过该设计方法,可使得PPCAC在抑制SiC MOSFET桥臂串扰与栅源电压振荡的基础上,改善其开通关断速度。实验结果验证了所提出设计的有效性。

考虑寄生电感的SiC MOSFET半桥电路串扰峰值预测方法

针对光伏并网逆变器中的串扰问题,提出一种考虑寄生电感影响的非开尔文封装SiC MOSFET串扰峰值预测算法。以TO-247-3封装SiC MOSFET构成的半桥电路为研究对象,首先分析各个阶段的串扰电压数学模型,并推导串扰电压的微分表达式;其次提出串扰峰值的预测算法,建立预测峰值所需参数的数学模型;最后搭建实验平台,验证理论的正确性和算法的有效性,为设计光伏并网逆变器的驱动和保护电路提供参考依据。

SiC MOSFET新型负压关断串扰抑制驱动电路

基于碳化硅(SiC)材料的第三代宽禁带功率器件的出现,推动着电力电子变换器朝着高频化、高功率密度、小型化方向发展。但随着开关速度的提高,电路中寄生参数的影响越来越大,导致桥式变换器存在严重的串扰问题。文中根据SiC金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxidesemiconductor field-effect transistor,MOSFET)的工作特性,在RCD(电阻-电容-二极管)电平移位的驱动电路基础上提出一种新型的串扰抑制驱动电路。该电路通过电容和可控低压器件串联,并利用电路自身电压差驱动可控器件,为串扰电流提供一条低阻抗吸收回路,可有效地对串扰问题进行抑制。建立串扰抑制驱动电路的等效电路模型,推导得到该电路结构中电容容值与串扰电压峰值的量化关系,为该电路结构的设计提供理论依据。最后,通过双脉冲实验测试验证所提出电路的有效性及等效模型和理论计算的正确性。实验结果表明,与传统驱动电路相比,提出的串扰抑制驱动电路能够在不同电压与电流工况下,在保证开关速度的前提下,很大程度上抑制串扰尖峰电压。

基于机器学习的PCB串扰预测

随着电子系统中逻辑和时钟频率的迅速提高以及信号边沿的不断变抖,串扰成为印刷电路板(PCB)设计人员必须关心的问题。高速电路仿真软件帮助设计人员降低了一定的设计成本,但对串扰的仿真预测仍需花费大量时间。为提高PCB串扰预测的效率,提出一种用于描述PCB的统一数据结构,全面分析了PCB产生串扰的因素,选用自然语言处理(NLP)模型构建了用于PCB串扰预测的系统,成功将PCB串扰预测的时间降至秒级,并拥有73.2%的准确率。

一种新型SiC MOSFET驱动电路的设计

与传统硅基器件相比,碳化硅(SiC)器件的开关速度得到大幅改善,提高了变换器的功率密度与效率。然而过大的开关频率引起更为严重的栅极串扰问题,造成器件失效。分析了SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的开关过程与串扰产生原理,详述其设计过程,分析了外并电容的抑制串扰驱动电路,最后设计出一种带有信号隔离功能的可抑制栅极串扰的负压驱动电路。实验结果表明,所设计的SiC MOSFET驱动电路的驱动波形高低电平分明,而且有效抑制了栅极串扰问题,大幅减小器件的开关延时时间,降低了开关损耗。

长距离传输线间的串扰仿真研究

为了降低长距离传输线间的串扰影响,提高声波测井仪低频超声采集模块信号传输的稳定性,基于传输线串扰理论,建立了长距离平行传输线间串扰仿真模型,得到了低频段下串扰强度与频率、线长度、线间距以及介质层厚度之间的规律。选取其中几种不同长度的传输线进行了实物测试,测试结果与仿真结果基本一致,验证了仿真分析的有效性。提出了减小长距离传输线间串扰的几种有效方法,为后续的电路设计提供了重要依据。

强电环境下扁平电缆串扰的优化研究

断路器继电保护装置中一些端口间的互连需要用到扁平电缆,扁平电缆是数根导线并列在一起传输的一组数据线,其中有模拟信号线、数字信号线和地线。由于传输的信号各不相同,信号频率较高,导线距离较长,因此其产生的串扰不容忽视。研究在电缆结构参数确定的情况下,如何布置各数据线的排列顺序,以使关键信号线不至于受到不可接受的干扰,数字信号线不发生高低电平误判断。

利用微分电路减小PCB上串扰的方法

基于印刷电路板(PCB)上总线串扰的微分传输特性,提出了一种利用RC微分电路来减小传输线间串扰的方法.即在分析串扰抵消原理的基础上,在传输线终端利用RC微分电路对干扰线上接收到的信号进行微分,获得与受扰线上的远端串扰信号幅度相近、相位相反的微分信号;然后用微分信号抵消受扰线上的串扰信号,从而减小串扰.同时给出了串扰抵消微分电路中参数取值的近似计算公式.仿真与实验结果表明:文中方法能够使串扰峰值衰减10dB以上,与传统的从物理结构角度来减小串扰的方法相比,串扰减小的效果明显改善,且电路易于实现,代价较低.

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明:采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。

高速电路中串扰问题的仿真分析及解决对策

本文介绍了高速电路中串扰产生的原理,并通过对串扰的仿真分析,提出一些减少串扰的办法。

用于全桥变换器的SiC MOSFET驱动电路设计

碳化硅(SiC)器件由于具有禁带宽度更宽、临界击穿场强高、导通电阻小等优点,相比于硅(Si)器件更适用于高频开关场合,有利于提升电力电子装置的效率,减小装置体积。SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)在全桥电路应用中,交替导通的上、下开关管易发生串扰问题,严重限制了SiC MOSFET的应用。结合SiC MOSFET的参数特性及驱动要求,设计了一种高效的SiC MOSFET驱动电路,描述了其电路设计过程,并采用了一种栅极有源箝位串扰抑制方法。最后搭建了实验测试平台,验证了驱动电路的功能。

宽带混沌信号在汽车防撞雷达中的应用

随着汽车用量的增长,汽车防撞雷达对提高交通安全性有着极其重要的现实意义,而传统的线性调频连续波雷达体制中存在着严重的多用户同频电磁干扰问题。由于宽带混沌信号具有良好的相关特性,文中提出了数字处理方式的宽带混沌调频连续波雷达,采用混沌调频信号来代替传统的线性调频信号的方案,结果显示它很好地解决了加性高斯白噪声干扰和多用户间的交叉干扰问题;系统利用了离散混沌序列驱动连续混沌系统产生宽带混沌信号的方法,其电路结构简单,所得频谱平坦宽阔,在汽车防撞雷达和其他雷达、通信系统中具有很好的应用前景。