【硕士论文】高速高密度PCB关键技术研究.pdf

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1、国防科学技术大学硕士学位论文高速高密度PCB关键技术研究姓名：李刚申请学位级别：硕士专业：计算机科学与技术指导教师：曹跃胜20051101国防科学技术大学研究生院学位论文摘要随着数字信号传输速度的不断提高和器件封装尺寸的不断缩小，高速高密度PCB的设计技术已成为电子设计的研究热点和难点，本课题就是针对高速高密度PcB设计的关键技术和方法展开研究的。本文首先介绍了高速信号传输理论与实现，主要包括传输线理论、信号完整性和电源完整性等内容。重点阐述了传输线损耗形成的原因。针对计算特性阻抗的简单公式，作者进行了重新的推导分析，提出计算阻抗的复数性质和频率相关性，把低频设计时不曾考虑的因素纳入到计算公

2、式内，具有更加精确的阻抗控制和端接匹配效果。其次，针对目前嵌入式PcB设计技术的应用和发展，本文重点研究了嵌入电阻的PCB设计技术和方法，以及嵌入式PcB材料，具体实现了平面电阻的物理设计和版图设计。对于嵌入电容、电感和芯片到PCB内部的设计技术，本文也进行了深入研究。由于无源元件改变了PcB物理结构，作者以嵌入平面电阻为例，论述了嵌入层传输线的特性阻抗计算和分析方法，通过精确计算和调整传输线阻抗，可以改善终端匹配效果，防止出现由于反射引起信号完整性问题。本文还研究了GHz级高速信号传输条件下的PcB设计技术，讨论了高速串行传输、高速连接器和过孔等设计实现技术和分析方法。高速板内部物理结构的

3、变化以及板间互连影响的加剧，是各种寄生效应和电磁干扰对高速传输影响的集中表现，本文对这些因素进行了详细的分析和阐述，总结出GHz级过孔设计规则，提出对高速串行PCB设计应避免不连续性影响的策略。最后，本文研究了元器件的IBIs模型和sPIcE模型，介绍了眼图分析技术，探讨了有损传输线的建模方法，并在HyperlyllX仿真工具中进行了仿真分析，针对高频条件下的过孔损耗，分析了过孔模型对PCB仿真的影响。多板分析是背板系统设计的关键技术，作者从连接器模型出发，沦述了多板分析中的各个环节的组成和流程，并在ICX仿真环境中介绍了SPICE模型包裹到IBIS模型内部的方法，从而实现了高速背板系统的多

4、PCB仿真，为重点工程的多PCB仿真技术实现作了有益的探讨和预研。关键词：传输线，特性阻抗，信号完整性，电源完整性，连接器，过子L，嵌入无源元件，嵌入有源元件，多板分析第1页国防科学技术大学研究生院学位论文ABSTRACTWitllsi目altraIlsferspeedincreasedandpackagesizereducedgmdually，hi曲一speed，hi曲densityPCBtecllIlol02yllasbecomedi丘icultyandhotspotinelectronicdesignarea．Becauseofthat，thispaperstudiesthekeyte

5、chIlologyandmethodologyofhighspeed，highdensityPCBs．ACfirst，theoryandimplementionofhigh—speedsignaltransmission，includingtransmissionline’stheory，signalintegrityandpowerime鲥ty，waSi玎troduced．Reasonsthatresultinlossares订essed．Also，山ecalculatingfomulationofdlaracteristicimpedanceisdeducedandaIlalyzed．A

6、saresult，impedancemustbepluralityandcorrelativewithfkquencv．Therebv’maIlvfactorsigtloredin10wspeeddesignsareconsideredso山atimpedaIlceiscontrolledmoreaccuratelvandbettertemlinatormatching．AimedatapplicationsaIlddevel叩mentofembeddedtectlnologyforPCBs，designmethodologyandmaterialsofembeddedplanarresis

7、taIlceisdiscussed．PhysicalaIldlayoutdesignofpIanarresistanceareimplemented．Inaddition，embeddedcapacitors，inductaIncesa11dchipsinPCBarestudied．BecauseembeddedcomponentshavemodifiedmephysicalstmctllreofthePCB