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封装和PCB上电源/地平面的分析和优化

作　者: 王银珺
导　师: 陈抗生
学　校: 浙江大学
专　业: 物理电子学
关键词: 去耦电容 电源/地平面 同步开关噪声 传输矩阵法 非均匀划分 电源完整性
分类号: TN41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 221次
引　用: 2次
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内容摘要


因为同步开关噪声产生的噪声电流,电源完整性问题已经成为现今制约整个高速数字系统性能的一个重要问题。作为馈电系统(Power delivery system)不可缺少的一部分,封装和PCB上的电源/地平面为这些噪声电流提供了耦合路径。因此一个设计良好的电源/地平面对于保证整个系统的性能和稳定性都是相当重要的。为了保证设计出一个良好的电源/地平面,对电源/地平面的精确快速分析以及其上噪声的优化都是非常重要的。而在电源/地平面上加入去耦电容是提高电源/地平面性能、保证电源完整性的一个主要的切实可行的方法。在高性能的高速数字系统的封装和PCB上的电源/地平面上有大量的通孔、去耦电容,并且电源/地平面常常是不规则几何形状的、多层的。电源/地平面结构的复杂性会在对其进行均匀网格划分时制约网格的大小。非常细小的网格将能够保证后续分析的精确性,但这是以CPU时间和内存的损耗为代价的。本文提出了基于非均匀划分的传输矩阵法。这样的方法将更加实用有效,可以用于处理多层的、不规则几何形状的、复杂的电源/地平面模型。本文还将基于非均匀划分的传输矩阵法与模拟退火法结合,开发出电源/地平面上去耦电容自动优化的算法并考虑如何实现应用软件。本文的工作主要有以下几点:(1)提出非均匀划分思想。(2)把非均匀划分思想用于传输矩阵法以分析电源/地平面。文章给出了基于非均匀划分的传输矩阵法分析含有大量通孔以及去耦电容的,多层的、不规则几何形状的电源/地平面分析流程。(3)以此高效的电源/地平面分析方法为基础开发出电源/地平面上去耦电容自动优化的算法,并讨论了如何实现应用程序。为了使基于非均匀划分的传输矩阵法更适合于对去耦电容的优化,文章提出了在去耦电容被插入、删除和更改时加速阻抗矩阵更新的算法。

全文目录


目录  3-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
第1章 绪论  7-17
  1.1 引言  7-9
  1.2 封装和 PCB上电源/地平面概述  9-12
  1.3 电源/地平面的参数  12-13
    1.3.1 介质损耗  12
    1.3.2 相对介电系数  12
    1.3.3 介质厚度  12-13
  1.4 同步开关噪声  13-14
  1.5 前人的工作  14-15
  1.6 本文的工作  15-16
  1.7 本章小结  16-17
第2章 传输矩阵法简介  17-25
  2.1 电源/地平面的电路模型  17-19
  2.2 传输矩阵法基本原理  19-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 基于非均匀划分的传输矩阵法的电源/地平面分析  25-43
  3.1 非均匀划分思想  25-28
    3.1.1 均匀单元电路网格的局限  25-27
    3.1.2 非均匀划分单元网格  27-28
  3.2 基于非均匀划分的传输矩阵法分析电源/地平面原理  28-32
    3.2.1 电源/地平面的非均匀划分  28-29
    3.2.2 单元网格的等效电路模型  29-32
  3.3 基于非均匀划分的传输矩阵法分析多层电源/地平面  32-34
  3.4 实验结果  34-42
    3.4.1 基于非均匀划分的传输矩阵法原理验证  34-37
    3.4.2 基于非均匀划分传输矩阵法用于不规则形状电源/地平面  37-39
    3.4.3 多层电源/地平面的分析  39-41
    3.4.4 非均匀划分中精度与 CPU时间的关系  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章 基于非均匀划分的传输矩阵法的去耦电容的优化算法及软件实现的考虑  43-56
  4.1 封装和 PCB上电源/地平面的去耦电容优化问题的数学模型  43-44
  4.2 基于非均匀划分的传输矩阵法的电源/地平面上去耦电容优化算法  44-50
    4.2.1 算法原理  44-46
    4.2.2 阻抗矩阵的更新(Incremental update of Impedance matrix)  46-48
    4.2.3 基于非均匀划分的传输矩阵法的去耦电容优化的流程  48-50
  4.3 算法的软件实现考虑  50-54
    4.3.1 软件介绍  50-53
    4.3.2 软件的展望  53-54
  4.4 实验结果  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章 算法的应用和对未来研究工作的展望  56-59
  5.1 算法应用  56-57
  5.2 对未来研究工作的展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 印刷电路
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