过孔阻抗控制及其对信号完整性的影响

传输线的连续性问题是高速数字电路设计的重点,尤其是高速多层PCB中的过孔结构。随频率的增加和上升时间的缩短,过孔阻抗不连续、寄生电容和电感会引起信号反射和衰减,并导致信号完整性问题。本研究采用矢量网络分析仪研究了单端微带线上过孔孔径、焊盘、反焊盘大小对阻抗连续性的影响,并通过为过孔信号提供返回路径,提高了过孔阻抗连续性与信号完整性。     

高速PCB单端过孔研究

在高速数字电路设计中,过孔的寄生电容、电感的影响不能忽略,过孔在传输路径上表现为阻抗不连续的断点,会产生信号的反射、延时、衰减等信号完整性问题。文章采用矢量网络分析仪研究了过孔长度、过孔孔径、焊盘/反焊盘直径对过孔阻抗的影响。通过在信号孔旁增加接地孔,为过孔电流提供回路方法,提高过孔阻抗的连续性,并有效降低过孔损耗。此外,文章还探讨了过孔多余短柱对过孔阻抗及损耗的影响。本研究可为高速数字电路过孔设计和优化提供依据。     

过孔结构对电源分配系统性能的影响研究

针对某基于FPGA的高速高密度控制板,研究了过孔结构对电源纹波的影响。分析过孔内径、焊盘和反焊盘对目标阻抗的影响,仿真计算电源分配系统中不同过孔结构下的电源纹波,实现控制板电源完整性优化,给出最佳的过孔结构设计方案。研究结果表明:过孔结构的不同将引起电源分配系统性能的变化,在走线安全距离的范围内,孔内径和焊盘直径越大,电源纹波越小,电源纹波从–10.0%~2.4%优化为–8.85%~1.14%。     

差分过孔的高频特性仿真分析

为满足差分过孔在高速PCB中低反射、高传输和阻抗稳定的设计要求,提出了短柱和非功能焊盘的优化设计方法,并给出了建模仿真与理论分析。采用HFSS软件对12层PCB中差分过孔进行三维建模与仿真,并使用ADS软件对仿真结果进行了眼图分析,结果表明:钻除短柱可以有效改善差分过孔的高频传输特性,其中信号反射的能量减少了79.1%,传输的能量增加了82.1%;移除非功能焊盘可以进一步改善差分过孔的高频特性,其中反射的能量减少了14.46%,传输的能量增加了14.13%。     

FC-CBGA封装中高速差分信号过孔的设计与优化

对FC-CBGA封装中高速差分信号过孔的设计与优化问题进行研究,分析了采用堆叠孔、增加地回流孔和增大过孔反焊盘尺寸这三种优化方法对减小电容和电感不连续性,以提高过孔电性能的具体影响.时频域仿真验证了所述优化方法能够有效降低高速差分信号插入损耗及回波损耗,提高信号过孔阻抗,改善高速差分信号传输性能.     

电流返回路径分解的信号完整性分析方法

提出了一种适用于高速互连电路的信号完整性快速仿真方法。根据电流返回路径 不同,该方法将有过孔的三维互连结构分解为电源平面对阻抗模型和微带线模型,先单独分 析两种模型特性,再级联以求解整个互连结构特性。与全波仿真方法相比,本方法在保证准 确度的前提下可将仿真时间从95 min降低至1 min以内。分析了电路板参数、去耦电容和短 路孔对信号完整性的影响,结果表明插入损耗由电源平面结构在过孔位置处的自阻抗决定。 在工程设计中,可采用减小电源平面对结构厚度、添加去耦电容和选择适当的过孔位置等方 法提高信号完整性     

平面切换对信号传输特性影响的一种分析方法

采用"场"、"路"结合的方法研究了多层印制电路板参考平面的切换对信号完整性的影响.分析了过孔转换结构中返回电流的路径,通过"场"的方法获得两参考平面间的瞬态阻抗.将过孔转换结构等效为二端口网络,推导了基于等效电路拓扑结构的S参数与节点电压的关系,获得S参数的计算公式.计算了5 GHz内不同的过孔半径和参考面间距的回波损耗与插入损耗.结果表明:返回电流所受到的阻抗随参考平面间距的减小.而减小信号过孔的半径越小,回波损耗就越小,插入损耗越大,过孔转换结构对信号完整性的影响也越小.计算结果与全波有限元电磁仿真的结果基本吻合.     

高速PCB中的过孔设计研究

传输线的不连续问题已成为当今高速数字设计研究的重点,尤其是高速多层板中的过孔结构。随着频率的增长和信号上升沿的变陡,过孔带来的阻抗不连续会引起信号的反射,严重影响系统的性能和信号完整性。文章运用全波电磁仿真软件HFSS,对多种过孔结构进行了全面的研究。通过建立三维物理模型,分析了过孔直径、过孔长度和多余的过孔短柱几种关键设计参数对高速电路的信号完整性的影响。     

背钻Stub对高速信号完整性影响的实验研究

利用内层导电两次背钻工艺对同一设计的36层高速PCB的差分过孔背钻后预留不同长度的Stub,然后基于频域法 并借助矢量网络分析仪对上述差分过孔及其所在90Ω的差分阻抗线的信号完整性进行了研究。结果表明,内层导电两次背钻工艺可以大幅减小Stub长度,从而提升高速信号在PCB中传输完整性,当Stub长度从60mil降至6mil时,对应的过孔因容性突变效应减弱,阻抗由69.2Ω上升至94.8Ω,过孔阻抗一致性提升使得PCB的回波损耗及插入损耗均呈现出降低趋势,当Stub长度为6mil时?PCB的回波损耗在较宽的信号频率范围内均小于-15ｄＢ,表现出良好的信号完整性。     

PCB布线中的过孔和电容效应分析和结构优化

在多层PCB布线中,过孔和电容是常见的不连续结构。信号线在不同平面间转换传输路径时,过孔与回流层之间的寄生电容与寄生电感将引起信号完整性的相关问题;而常用的传输线上的AC耦合电容等,引入了阻抗突变的结构,由此带来了反射等相关问题。通过对多层PCB上的过孔进行建模仿真,研究不同变量对过孔性能的影响趋势,以协助信号完整性问题的分析;通过对电容阻抗突变处进行不同形式的补偿,仿真和测试结果相验证,得到提高信号传输质量的解决方案。     

高速PCB过孔设计研究进展

传输线连续性问题已成为当今高速数字电路设计的重点,尤其是多层PCB中大量使用的过孔结构。随频率的增加和上升时间的缩短,过孔阻抗不连续以及寄生电容、电感会引起信号反射和衰减,并进一步导致信号完整性（SI）问题。综述了高速电路中单端和差分过孔的孔径、孔长度等设计参数对阻抗连续性和S参数的影响,并介绍了三种提高过孔信号传输质量的方法,包括避免多余短柱、非穿导技术以及为过孔信号提供返回路径。本文能够为高速数字电路设计者进行过孔信号完整性判定提供参考。     

盲埋孔对高速PCB板信号特性的影响简

在高速数字电路中,随着系统工作频率的提高和数字信号上升沿的变陡,多层印制电路板中的盲埋孔带来的阻抗不连续性会引起信号的反射,严重影响到系统的信号特性。因此,盲埋孔的设计正逐渐成为制约高速PCB设计的关键因素之一。本文运用全波电磁仿真软件HFSS,对多层PCB板盲埋孔结构建模仿真,将盲埋孔与导通孔进行比较,分析盲埋孔孔径、焊盘、反焊盘几种关键参数对信号特性的影响。     

过孔转换信号完整性分析的区域分解有限元法

提出了一种基于区域分解的二维有限元法分析多层印制电路板电源/地平面中过孔转换结构的信号完整性.过孔电流产生的电磁场呈三维结构,其中,一部分电磁波沿过孔轴向传输,另一部分电磁波在电源/地平面间沿径向传播.采用一虚拟柱面将求解区域分割为过孔区和电源/地平面区.将过孔区建模为以周向磁场为主分量的二维轴对称问题,而将电源/地平面区建为以垂直电场为主分量的二维模型.首先求解电源/地平面区的二维边值问题获得分割边界上节点的波阻抗,然后将该波阻抗代入过孔区模型中分割边界节点的边界条件,从而计算出过孔信号传输的S参数.所提方法通过模型缩减可实现对微细过孔结构信号完整性的精确快速计算,且采用全波电磁场分析软件对算法的有效性和准确性进行了验证.     

高速电路中的信号完整性分析

随着嵌入式系统速度的提高,信号完整性(Signal Integrity,SI)问题受到越来越多的关注。由于信号质量不理想而造成系统崩溃的现象经常出现。结合系统设计中的实例,对高速信号传输的信号完整性问题作了较为详细的论述。在电路设计初期,通过PROTEL软件对和信号完整性进行分析,仿真结果指导PCB板的设计,可以有效地提高信号的完整性,极大地缩短设计周期,降低设计成本。     

基于光电检测的红外光信号接收电路设计

由于红外器件的广泛应用,红外光信号的检测受到许多学者的关注。为解决红外光信号容易受到太阳光干扰的问题,在光电检测原理的基础上,根据红外光信号和噪声的特点,设计了红外光信号检测的前置调理电路。将微弱的光信号通过光敏三极管转换成电信号,并通过放大、滤波等处理,滤除了部分高频和低频噪声,使转换后的电信号放大到适合后续电路处理的幅度范围内。试验结果表明,该检测电路可以满足一般场合的红外光信号的检测,输出电压的幅度可以由毫伏级放大到几伏,能够滤除太阳光中高频和低频分量。     

Achieving both wideband mitigation of ground bounce noise and good signal integrity by novel period structure

A double-square-ring slot period structure is proposed, designed in the power plane of the circuit board to suppress the ground bounce noise (GBN) in high-speed circuits. The novel design is based on the ring splits that connect the adjacent square patches in the power plane, which results in a wideband mitigation of the GBN ranging from 500 MHz to 5.5 GHz. The impact of the etched structures on the signal integrity (SI) is also investigated. Results show that good SI can be maintained while using the novel period structure in the power plane, and further improvement of the SI performance can be obtained by employing differential pairs of microstrip line for signals.     

一种降低高速三维互连芯片层间信号反射的方法

In high speed three-dimensional integrated circuits （3D ICs）, through silicon via （TSV） insertion causes impedance discontinuities along the interconnect-TSV channel that results in signal reflection. As demonstrated for a two-plane interconnect structure connected by a TSV, we incorporate an appropriate capacitance at the junction to mitigate the signal reflection with gigascale frequencies. Based on 65 nm technology and S-parameter analysis, the decrease of signal reflection can be 189% at the tuned frequency of 5 GHz. Extending this method to the five-plane interconnect structure further, the reduction of signal reflection can achieve 400%. So we could broaden this method to any multilevel 3D interconnect structures. This method can also be applied to a circuit with tunable operating frequencies by digitally connecting the corresponding matching capacitance into the circuit through switches. There are remarkable improvements of the quality of the transmitting signals.     

Application of swarm intelligence techniques to the design of analog circuits: evaluation and comparison

Swarm intelligence (SI) techniques are more and more used by analog designers in order to optimally size their circuits/systems’ performances. A particular interest is accorded to the multi-objective algorithms due to the fact that in most cases analog, mixed signal and radio-frequency sizing problems encompass at least two non-commensurable conflicting objectives. In most of the published papers, Pareto fronts are provided, and in the best cases they are compared to the tradeoff fronts obtained using other classical metaheuristics, but in a very subjective way. In this paper we present a comparison that deals with the multi-objective optimal design of analog circuits via the SI technique and other famous metaheuristics. Performance metrics are used to compare the obtained results. The paper argues and shows that SI techniques and particularly the particle swarm optimization technique is a priori the most adequate metaheuristic to use in the field of analog circuit sizing.