高速电路串扰工艺抑制方法及防护布线研究

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随着高速电路向更高密度、更快工作速度的趋势发展,串扰问题愈发突出,严重的串扰噪声会影响接收端信号的正常判定,导致误触发,甚至造成系统的非正常运行。本文从电磁耦合的角度解释了串扰的形成原理,从电路的角度具体分析了容性耦合与感性耦合过程中产生的后向电压与前向电压,并描述了二者与串扰之间的关系。基于对该关系的认识,推导出了近端串扰与远端串扰电压波形的一般特征以及近端串扰值和远端串扰值的表达式,并对近端串扰和远端串扰饱和长度问题进行了具体分析。由于串扰与耦合参数相关,任何可改变耦合参数的布局结构变化均会影响串扰。通过观察布局结构对串扰影响的变化规律,总结出减少串扰噪声的布局结构特点。但是对于某些应用情况而言,调整布局结构不足以减少足够的串扰噪声,此时可采用合理设计的防护布线。然而,传统的串扰抑制方法在高速电路中限制越来越多。针对这一现状,本文从工艺与防护布线设计两个角度分别研究串扰抑制方法。  1、PCB工艺制造是一个复杂的过程,会产生一定的工艺误差。由于工艺误差的存在,实际电路的布局结构与理想设计布局结构发生偏离,该偏离会在一定程度上影响串扰噪声。对于特定的研究要求,需要合适的仿真工具以提高研究效率及准确度。通过分析不同电磁求解器的建模特性及研究需求,采用HFSS软件对高速互连模型进行3D建模仿真,并对HFSS输出的S参数进行详细解释。基于该模型,每种工艺参数误差变化引起的远端串扰噪声变化可被量化,进而提出合理的串扰工艺抑制方案,以使成品PCB具有较低的串扰噪声变化。  2、仅两端短路的防护布线在高速电路中不再适用,本文分别讨论了介质层覆盖防护布线结构和阶梯式防护布线结构,针对二者的缺陷提出了一种新型的锯齿式防护布线结构。通过分析传统布线远端串扰抑制的原理,找出了影响受害线上远端串扰噪声的决定因素。采用改变传统防护布线外形结构的方式,达到了减少攻击线与防护布线之间的感性相对耦合度的相对变化量效果。实验结果表明锯齿式防护布线串扰抑制效果随锯齿块宽度的增加而更加明显,实验采用工艺可制造最大锯齿块宽度时可减少40.5%的远端串扰噪声。
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