EMI和分层设计PPT学习教案

1、会计学1EMI和分层设计和分层设计第1页/共66页 33 矩形单位晶格阵列印刷电路板中的电源分配系统 但是，由于PBG结构模型较复杂，参数也较繁杂，所以在实践应用上受到了一定限制。韩国学者等人在研究光子带隙结构基础上于1999年提出了缺陷接地结构“DefectedGroundStructure(DGS)”。和光子带隙结构类似,缺陷接地结构也能使得微带线具有带隙(bandgap)特性和慢波(slow-wave)特性，。从而可以被应用于:抑制SSN噪声、提高天线增益和带宽、改善效率、提高Q值、制作低通滤波器、功分器等方面。和EBG结构比较,DGS结构简单,易于电磁场理论分析和等效电路建模分析，更适

2、于微波毫米波集成电路实际应用。这是因为，DGS结构仅由1个缺陷单元构成，它的带隙中心频率仅由该缺陷单元结构决定。而EBG结构是由若干个单元组成的阵列构成，它的带隙中心频率由阵列间距、排列方式和几何结构等诸多因素决定。 第2页/共66页第3页/共66页图 缝隙宽度g对阻带特性的影响 图 扇形半径L对阻带特性的影响第4页/共66页 图 扇形夹角对阻带特性的影响第5页/共66页第6页/共66页恶化,产生SI/PI问题.所以,同时针对这三个方面进行考察和控制,是高性能PCB系统仿真和设计的必然趋势.第7页/共66页第8页/共66页第9页/共66页 2 传输线 传输线是由信号路径信号路径和返回路径返回路

3、径两条有一定长度的导线组成,而不再使用不再使用地这个词地这个词。 信号可以被定义成电压或电流信号可以被定义成电压或电流.信号总是指信号信号路径路径和返回路径之间相邻两点的电压差返回路径之间相邻两点的电压差. 如信号在走线上的传输延时tpd tpd tr/6 或 tr 则该走线判定为即传输线。必须用电磁波的观点看待电路中传输的信号. 传输线不是理想的导体，它们都有有限的电阻，电阻的大小由传输线的长度和横截面积决定。同样的在传输线之间的介质也不可能是理想的绝缘体，漏电流总是存在的，可以用单位长度传输线的漏电导来衡量。此外,还存在电感和电容. 第10页/共66页第11页/共66页 1)传输线类型传输

4、线类型: 传输线包括信号路径和返回路径.在中间层的印制线条形成带状线带状线,在表面层形成微带线微带线,两者传输特性不同。 (a)微带线微带线:PCB外层的走线,只有一根带状导线和一个参考面.类型:埋式或非埋式.如果线的厚度,宽度,介质的介电常数以及与参考面之间的距离是可控的,则它的特性阻抗也是可控的. (b)带状线带状线:介于两个参考面之间的内层走线. 类型:埋式或非埋式.如果线的厚度,宽度,介质的介电常数以及与参考面之间的距离是可控的,则它的特性阻抗也是可控的.带状线的场吸收能力强,抗骚扰能力强.适宜布设易被骚扰的模拟电路走线. (c)同轴电缆同轴电缆(Zc=75时传输损耗最小，30时承受功

5、率最大，两者综合，选择50) (d)双绞线双绞线(Zc=100-130) 线路阻抗线路阻抗用: 时域反射计(TDR),阻抗分析仪(VIA),网络分析仪(VNA)测试测试.第12页/共66页第13页/共66页0第14页/共66页0第15页/共66页第16页/共66页2)传输线参数传输线参数 数字电路之间用来传输信号的路径称为互连线.tr越小,相应频率越高.互连线不再是简单的导线或信号线,而是由R,L,C,G组成,呈现高频效应的传输线.(a)传输线微分段等效电路模型传输线微分段等效电路模型(长度为dz的RLCG模型):Rdz导体有限电阻引起的损耗;Gdz分隔导体和地层的介质的有限电导引起的损耗;L

6、dz磁场;Cdz导体和地层之间的电场. 第17页/共66页第18页/共66页(b)特性阻抗特性阻抗Zc:线上任意点电压波和电流波的比值线上任意点电压波和电流波的比值,即即 V/I=Zc. 因此因此,Zc= (Z/Y)= (R+j L)/(G+j C)= (L/C)第19页/共66页第20页/共66页3)3)传输线效应传输线效应 传输线效应指的是传输线效应指的是:传输过程中的任何不均匀传输过程中的任何不均匀(如阻抗变化、直角拐角如阻抗变化、直角拐角)都会引起信号的反射，反都会引起信号的反射，反射的结果对模拟信号（正弦波）是形成驻波，对射的结果对模拟信号（正弦波）是形成驻波，对数字信号则表现为上升

7、沿、下降沿的振铃和过冲数字信号则表现为上升沿、下降沿的振铃和过冲。这种过冲一方面形成强烈的电磁干扰和。这种过冲一方面形成强烈的电磁干扰和对信号对信号完整性的影响完整性的影响.例如例如:信号在不匹配的传输线两端来信号在不匹配的传输线两端来回反射形成振铃回反射形成振铃,上冲和下冲上冲和下冲.因此因此, 需要优化拓扑优化拓扑结构结构, ,调整互连线阻抗和端接阻抗调整互连线阻抗和端接阻抗,PCB,PCB尺寸及板层尺寸及板层参数参数,以满足信号完整性要求.第21页/共66页第22页/共66页 单调性第23页/共66页 噪声容限第24页/共66页第25页/共66页第26页/共66页 振铃和多次跨越逻辑电平

8、阈值第27页/共66页 4)传输延迟和阻抗匹配传输延迟和阻抗匹配 tpdtr tpd tr/6 或 tr 6 tpd 为高速信号为高速信号.反射信号将在信号改变状态之后后到达驱动端, 如果反射信号很强,叠加后的波形就可能改变逻辑状态.该走线为分布参数系统参数系统条件下的传输线。tpdtrtpd tr/6tr 6tpd则为低速信号则为低速信号.这种信号线可不作为传输线处理. 而是集总参数系统集总参数系统条件下的理想导线. 为了实现信号完整性为了实现信号完整性,必须缩短必须缩短S,并进行阻抗匹配并进行阻抗匹配.例如例如,必须缩短时钟线必须缩短时钟线.而且而且,尽量不换层尽量不换层,以保持匹配。以保

9、持匹配。第28页/共66页第29页/共66页第30页/共66页5）如何判断高速信号?第31页/共66页第32页/共66页第33页/共66页 阻抗匹配方法有: 串联电阻 并联电阻 戴维南网络 RC网络 二极管阵等。3.阻抗匹配 为了实现信号完整性，必须缩短 S 并进行阻抗匹配.第34页/共66页第35页/共66页第36页/共66页Z0RT Z0CT based on frequency第37页/共66页信号频谱的畸变，影响信号质量Z0+V(GND - 0.7) VIN (PWR + 0.7)第38页/共66页第39页/共66页A第40页/共66页第41页/共66页 Net(Physical Ne

10、t)与Xnet (Electrical Net) 实体网络Net(Physical Net):任意点对点连接构成. 延展网络Xnet (Electrical Net):信号从输出端到接收端的整个路径范围.第42页/共66页 时钟信号拓扑 星型拓扑结构 菊花链型结构 第43页/共66页第44页/共66页第45页/共66页号完整性分析的目标是保证可靠的号完整性分析的目标是保证可靠的高速数据传输高速数据传输.高速数字系统设计成高速数字系统设计成功的关键在于保持信号的完整性。功的关键在于保持信号的完整性。第46页/共66页第47页/共66页第48页/共66页第49页/共66页第50页/共66页的偏移（

11、偏移（skew），），确保在最坏的情况下能够正常工作.第51页/共66页第52页/共66页 过长的信号延迟可能导致时序和功能的混乱. 驱动过载、走线过长、传输线上的等效电容和电感等都会对信号的数字切换产生延迟.加上传输线特性阻抗与负载阻抗不匹配,将引起反射;当驱动端也不匹配时将引起振铃和环绕振荡，使得信号不能满足接收端正确接收所需要的时间，从而导致接收错误。 第53页/共66页的阻抗匹配可以有效的解决上冲/下冲问题.第54页/共66页第55页/共66页4)振铃和多次跨越逻辑电平阈值第56页/共66页第57页/共66页n容性耦合容性耦合:骚扰源电压变化引起的电场变化耦合到被骚扰对象上产生感应电流

12、.第58页/共66页消。减小耦合串扰的方法：放慢消。减小耦合串扰的方法：放慢tr及增加走线距离。及增加走线距离。第59页/共66页第60页/共66页 如果位于A点的驱动源称为骚扰源（Aggressor），则位于D点的接收器称为被骚扰对象（Victim），A、B之间的线网称为骚扰源网络，C、D之间的线网称为被骚扰对象网络；反之，如果位于C点的驱动源称为骚扰源（Aggressor），则位于B点的接收器称为被骚扰对象（Victim），C、D之间的线网称为骚扰源网络，A、B之间的线网称为被骚扰对象网络。当骚扰源状态变化时，会在被骚扰对象上产生一串扰脉冲，在高速系统中，这种现象很普遍。为了区分受害线的两端，把静态线上距离源端最近的一端C称为近端，而离源端最远的一端D称为远端。第61页/共66页 I1 和I2 为两根信号线上传输的电流，I11