EMI和分層設(shè)計(jì)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1EMI和分層設(shè)計(jì)和分層設(shè)計(jì)第1頁/共66頁 33 矩形單位晶格陣列印刷電路板中的電源分配系統(tǒng) 但是，由于PBG結(jié)構(gòu)模型較復(fù)雜，參數(shù)也較繁雜，所以在實(shí)踐應(yīng)用上受到了一定限制。韓國(guó)學(xué)者等人在研究光子帶隙結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上于1999年提出了缺陷接地結(jié)構(gòu)“DefectedGroundStructure(DGS)”。和光子帶隙結(jié)構(gòu)類似,缺陷接地結(jié)構(gòu)也能使得微帶線具有帶隙(bandgap)特性和慢波(slow-wave)特性，。從而可以被應(yīng)用于:抑制SSN噪聲、提高天線增益和帶寬、改善效率、提高Q值、制作低通濾波器、功分器等方面。和EBG結(jié)構(gòu)比較,DGS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于電磁場(chǎng)理論分析和等效電路建模分析，更適

2、于微波毫米波集成電路實(shí)際應(yīng)用。這是因?yàn)?，DGS結(jié)構(gòu)僅由1個(gè)缺陷單元構(gòu)成，它的帶隙中心頻率僅由該缺陷單元結(jié)構(gòu)決定。而EBG結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)單元組成的陣列構(gòu)成，它的帶隙中心頻率由陣列間距、排列方式和幾何結(jié)構(gòu)等諸多因素決定。 第2頁/共66頁第3頁/共66頁圖 縫隙寬度g對(duì)阻帶特性的影響 圖 扇形半徑L對(duì)阻帶特性的影響第4頁/共66頁 圖 扇形夾角對(duì)阻帶特性的影響第5頁/共66頁第6頁/共66頁惡化,產(chǎn)生SI/PI問題.所以,同時(shí)針對(duì)這三個(gè)方面進(jìn)行考察和控制,是高性能PCB系統(tǒng)仿真和設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì).第7頁/共66頁第8頁/共66頁第9頁/共66頁 2 傳輸線 傳輸線是由信號(hào)路徑信號(hào)路徑和返回路徑返回路

3、徑兩條有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)線組成,而不再使用不再使用地這個(gè)詞地這個(gè)詞。 信號(hào)可以被定義成電壓或電流信號(hào)可以被定義成電壓或電流.信號(hào)總是指信號(hào)信號(hào)路徑路徑和返回路徑之間相鄰兩點(diǎn)的電壓差返回路徑之間相鄰兩點(diǎn)的電壓差. 如信號(hào)在走線上的傳輸延時(shí)tpd tpd tr/6 或 tr 則該走線判定為即傳輸線。必須用電磁波的觀點(diǎn)看待電路中傳輸?shù)男盘?hào). 傳輸線不是理想的導(dǎo)體，它們都有有限的電阻，電阻的大小由傳輸線的長(zhǎng)度和橫截面積決定。同樣的在傳輸線之間的介質(zhì)也不可能是理想的絕緣體，漏電流總是存在的，可以用單位長(zhǎng)度傳輸線的漏電導(dǎo)來衡量。此外,還存在電感和電容. 第10頁/共66頁第11頁/共66頁 1)傳輸線類型傳輸

4、線類型: 傳輸線包括信號(hào)路徑和返回路徑.在中間層的印制線條形成帶狀線帶狀線,在表面層形成微帶線微帶線,兩者傳輸特性不同。 (a)微帶線微帶線:PCB外層的走線,只有一根帶狀導(dǎo)線和一個(gè)參考面.類型:埋式或非埋式.如果線的厚度,寬度,介質(zhì)的介電常數(shù)以及與參考面之間的距離是可控的,則它的特性阻抗也是可控的. (b)帶狀線帶狀線:介于兩個(gè)參考面之間的內(nèi)層走線. 類型:埋式或非埋式.如果線的厚度,寬度,介質(zhì)的介電常數(shù)以及與參考面之間的距離是可控的,則它的特性阻抗也是可控的.帶狀線的場(chǎng)吸收能力強(qiáng),抗騷擾能力強(qiáng).適宜布設(shè)易被騷擾的模擬電路走線. (c)同軸電纜同軸電纜(Zc=75時(shí)傳輸損耗最小，30時(shí)承受功

5、率最大，兩者綜合，選擇50) (d)雙絞線雙絞線(Zc=100-130) 線路阻抗線路阻抗用: 時(shí)域反射計(jì)(TDR),阻抗分析儀(VIA),網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)測(cè)試測(cè)試.第12頁/共66頁第13頁/共66頁0第14頁/共66頁0第15頁/共66頁第16頁/共66頁2)傳輸線參數(shù)傳輸線參數(shù) 數(shù)字電路之間用來傳輸信號(hào)的路徑稱為互連線.tr越小,相應(yīng)頻率越高.互連線不再是簡(jiǎn)單的導(dǎo)線或信號(hào)線,而是由R,L,C,G組成,呈現(xiàn)高頻效應(yīng)的傳輸線.(a)傳輸線微分段等效電路模型傳輸線微分段等效電路模型(長(zhǎng)度為dz的RLCG模型):Rdz導(dǎo)體有限電阻引起的損耗;Gdz分隔導(dǎo)體和地層的介質(zhì)的有限電導(dǎo)引起的損耗;L

6、dz磁場(chǎng);Cdz導(dǎo)體和地層之間的電場(chǎng). 第17頁/共66頁第18頁/共66頁(b)特性阻抗特性阻抗Zc:線上任意點(diǎn)電壓波和電流波的比值線上任意點(diǎn)電壓波和電流波的比值,即即 V/I=Zc. 因此因此,Zc= (Z/Y)= (R+j L)/(G+j C)= (L/C)第19頁/共66頁第20頁/共66頁3)3)傳輸線效應(yīng)傳輸線效應(yīng) 傳輸線效應(yīng)指的是傳輸線效應(yīng)指的是:傳輸過程中的任何不均勻傳輸過程中的任何不均勻(如阻抗變化、直角拐角如阻抗變化、直角拐角)都會(huì)引起信號(hào)的反射，反都會(huì)引起信號(hào)的反射，反射的結(jié)果對(duì)模擬信號(hào)（正弦波）是形成駐波，對(duì)射的結(jié)果對(duì)模擬信號(hào)（正弦波）是形成駐波，對(duì)數(shù)字信號(hào)則表現(xiàn)為上升

7、沿、下降沿的振鈴和過沖數(shù)字信號(hào)則表現(xiàn)為上升沿、下降沿的振鈴和過沖。這種過沖一方面形成強(qiáng)烈的電磁干擾和。這種過沖一方面形成強(qiáng)烈的電磁干擾和對(duì)信號(hào)對(duì)信號(hào)完整性的影響完整性的影響.例如例如:信號(hào)在不匹配的傳輸線兩端來信號(hào)在不匹配的傳輸線兩端來回反射形成振鈴回反射形成振鈴,上沖和下沖上沖和下沖.因此因此, 需要優(yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,調(diào)整互連線阻抗和端接阻抗調(diào)整互連線阻抗和端接阻抗,PCB,PCB尺寸及板層尺寸及板層參數(shù)參數(shù),以滿足信號(hào)完整性要求.第21頁/共66頁第22頁/共66頁 單調(diào)性第23頁/共66頁 噪聲容限第24頁/共66頁第25頁/共66頁第26頁/共66頁 振鈴和多次跨越邏輯電平

8、閾值第27頁/共66頁 4)傳輸延遲和阻抗匹配傳輸延遲和阻抗匹配 tpdtr tpd tr/6 或 tr 6 tpd 為高速信號(hào)為高速信號(hào).反射信號(hào)將在信號(hào)改變狀態(tài)之后后到達(dá)驅(qū)動(dòng)端, 如果反射信號(hào)很強(qiáng),疊加后的波形就可能改變邏輯狀態(tài).該走線為分布參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)條件下的傳輸線。tpdtrtpd tr/6tr 6tpd則為低速信號(hào)則為低速信號(hào).這種信號(hào)線可不作為傳輸線處理. 而是集總參數(shù)系統(tǒng)集總參數(shù)系統(tǒng)條件下的理想導(dǎo)線. 為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)完整性為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)完整性,必須縮短必須縮短S,并進(jìn)行阻抗匹配并進(jìn)行阻抗匹配.例如例如,必須縮短時(shí)鐘線必須縮短時(shí)鐘線.而且而且,盡量不換層盡量不換層,以保持匹配。以保

9、持匹配。第28頁/共66頁第29頁/共66頁第30頁/共66頁5）如何判斷高速信號(hào)?第31頁/共66頁第32頁/共66頁第33頁/共66頁 阻抗匹配方法有: 串聯(lián)電阻 并聯(lián)電阻 戴維南網(wǎng)絡(luò) RC網(wǎng)絡(luò) 二極管陣等。3.阻抗匹配 為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)完整性，必須縮短 S 并進(jìn)行阻抗匹配.第34頁/共66頁第35頁/共66頁第36頁/共66頁Z0RT Z0CT based on frequency第37頁/共66頁信號(hào)頻譜的畸變，影響信號(hào)質(zhì)量Z0+V(GND - 0.7) VIN (PWR + 0.7)第38頁/共66頁第39頁/共66頁A第40頁/共66頁第41頁/共66頁 Net(Physical Ne

10、t)與Xnet (Electrical Net) 實(shí)體網(wǎng)絡(luò)Net(Physical Net):任意點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接構(gòu)成. 延展網(wǎng)絡(luò)Xnet (Electrical Net):信號(hào)從輸出端到接收端的整個(gè)路徑范圍.第42頁/共66頁 時(shí)鐘信號(hào)拓?fù)?星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 菊花鏈型結(jié)構(gòu) 第43頁/共66頁第44頁/共66頁第45頁/共66頁號(hào)完整性分析的目標(biāo)是保證可靠的號(hào)完整性分析的目標(biāo)是保證可靠的高速數(shù)據(jù)傳輸高速數(shù)據(jù)傳輸.高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)成高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵在于保持信號(hào)的完整性。功的關(guān)鍵在于保持信號(hào)的完整性。第46頁/共66頁第47頁/共66頁第48頁/共66頁第49頁/共66頁第50頁/共66頁的偏移（

11、偏移（skew），），確保在最壞的情況下能夠正常工作.第51頁/共66頁第52頁/共66頁 過長(zhǎng)的信號(hào)延遲可能導(dǎo)致時(shí)序和功能的混亂. 驅(qū)動(dòng)過載、走線過長(zhǎng)、傳輸線上的等效電容和電感等都會(huì)對(duì)信號(hào)的數(shù)字切換產(chǎn)生延遲.加上傳輸線特性阻抗與負(fù)載阻抗不匹配,將引起反射;當(dāng)驅(qū)動(dòng)端也不匹配時(shí)將引起振鈴和環(huán)繞振蕩，使得信號(hào)不能滿足接收端正確接收所需要的時(shí)間，從而導(dǎo)致接收錯(cuò)誤。 第53頁/共66頁的阻抗匹配可以有效的解決上沖/下沖問題.第54頁/共66頁第55頁/共66頁4)振鈴和多次跨越邏輯電平閾值第56頁/共66頁第57頁/共66頁n容性耦合容性耦合:騷擾源電壓變化引起的電場(chǎng)變化耦合到被騷擾對(duì)象上產(chǎn)生感應(yīng)電流

12、.第58頁/共66頁消。減小耦合串?dāng)_的方法：放慢消。減小耦合串?dāng)_的方法：放慢tr及增加走線距離。及增加走線距離。第59頁/共66頁第60頁/共66頁 如果位于A點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)源稱為騷擾源（Aggressor），則位于D點(diǎn)的接收器稱為被騷擾對(duì)象（Victim），A、B之間的線網(wǎng)稱為騷擾源網(wǎng)絡(luò)，C、D之間的線網(wǎng)稱為被騷擾對(duì)象網(wǎng)絡(luò)；反之，如果位于C點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)源稱為騷擾源（Aggressor），則位于B點(diǎn)的接收器稱為被騷擾對(duì)象（Victim），C、D之間的線網(wǎng)稱為騷擾源網(wǎng)絡(luò)，A、B之間的線網(wǎng)稱為被騷擾對(duì)象網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)騷擾源狀態(tài)變化時(shí)，會(huì)在被騷擾對(duì)象上產(chǎn)生一串?dāng)_脈沖，在高速系統(tǒng)中，這種現(xiàn)象很普遍。為了區(qū)分受害線的兩端，把靜態(tài)線上距離源端最近的一端C稱為近端，而離源端最遠(yuǎn)的一端D稱為遠(yuǎn)端。第61頁/共66頁 I1 和I2 為兩根信號(hào)線上傳輸?shù)碾娏鳎琁11