高速电子系统电源分配网络噪声抑制与隔离

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1、西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位

2、论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要近年来，CMOS工艺技术的飞速进步推动电子系统朝着高性能、低电压、高密度、高功耗方向发展。随着电子系统工作频率不断攀升，电源分配网络（PDN）的分立与寄生效应逐渐突出，PDN噪声带来更为严重的影响，电源完整性设计将会更具

3、挑战性。因为PDN噪声能量的频谱分布越来越宽，PDN对噪声、干扰与电压波动的免疫性越来越差，直流供电噪声容限也不断下降。抑制PDN噪声已经成为高速数字系统或混合信号系统的重大难题之一。本文首先介绍了高速电子系统PDN的结构组成以及各部分的功能，在此基础上，讨论了中低频时PDN中电源或地结点的寄生电感造成的同步开关噪声（SSN）以及高频时平面谐振以及非理想返回路径(RPD)诱发的PDN噪声。本文对中低频时可有效抑制PDN噪声的去耦电容网络设计方法作了相对详细的分析与讨论。为实现PDN噪声抑制频带无缝衔接，文中重点提出一种改进的低周期的增强型AI-E

4、BG，可用于抑制超宽带地弹噪声（GBN），实现了从400MHz到9.5GHz宽频段-40dB的噪声抑制深度，克服了传统EBG结构噪声抑制带宽较窄和下截止频率较高的不足。结合去耦电容网络设计方法与增强型AI-EBG结构，可以覆盖低中频以及高频范围，对PDN噪声实现有效的抑制与隔离。本文同时探讨了EBG应用于高速电路抑制PDN噪声时可能出现的问题，如信号完整性问题与抑制噪声功能退化问题。在实际应用时，当信号走线参考不完整的EBG电源平面时，出现的信号完整性问题可以通过采用差分信号和改进的嵌入式EBG设计来改善。本文分析了EBG电源平面嵌入于两个连续完

5、整的地平面层之间时出现的PDN噪声抑制功能退化的机制，文中提出的改进方案不仅保持了嵌入式EBG结构的超宽带PDN噪声抑制特性，还保证了较好的信号质量。关键词：PDN，同步开关噪声(SSN)，电磁带隙结构(EBG)，信号完整性论文类型：应用基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTInrecentyears,advancesinCMOStechnologyresultedinelectronicsystemwithhigherswitchingspeeds,lowerpowersupplyvoltages,high

6、erpackagedensitiesandhigherpowerconsumption.Asthesystemsoperatetowardhigherfrequencyrange,thedistributedandparasiticeffectsofthepowerdistributionnetwork(PDN)becomedominant.ThePDNnoiseabovegigahertzwillbeexpectedtobeserious,thepowerintegrity(PI)designwillbemorechallengingdueto

7、thewiderfrequencybandwidthofthenoiseenergyonthePDNwithasmallernoisemarginintheDCpowerlevel,andthedecreasedimmunityofmoderndevicestonoise,electromagneticinterference(EMI),andvoltagefluctuationsonthePDN.SuppressionandisolationofthePDNnoiseisoneofthemaineffortsforPIdesigninhigh-

8、speedormixed-signalcircuits.Thisdissertationfirstintroducestheconsti