随着集成电路制造工艺突飞猛进地发展(已经达到65nm),越来越多的高开关速度、高管脚密度器件被应用于数字系统当中,而与此同时,系统的供电电压呈现明显的下降趋势(从5V到1.2V)。具体体现到高速PCB板级设计上,则为信号完整性(Signal Integrity,简称SI)、电源完整性(Power Integrity,简称PI)和电磁兼容性(ElectroMagnetic Compatibility,简称EMC)问题的影响已经达到了不可忽略的地步,经常会出现逻辑功能正确的数字系统不能在物理结构上实现。因此,如何在系统设计以及板级设计中考虑SI/PI/EMC问题,并采用有效的控制措施和设计规则使达到“设计即正确”(“Correct By Design”)的理想状态,成为当今系统设计工程师和PCB设计业界中的一个热门课题。简单地说,高速设计问题无外乎数字信号变形、时序和辐射问题;从研究对象来讲,无非是对有源驱动/接收单元和无源互连单元进行建模与仿真。本文只考虑了无源互连单元使信号变形的问题(即互连噪声),包括延迟、反射、互连不连续、串扰、同步切换噪声等SI/PI问题。目前也有一些针对这些噪声的高速PCB板级仿真软件,但它们都缺乏详尽的建模能力,特别是当频率逐渐提高和电路板日益复杂后,更是显得无能为力,要精确地对互连结构进行分析,三维全波仿真器似乎不可缺少,其缺点就是速度慢,对整板仿真很难实现,但非常适用于规则开发,而这正好是本文除了建模与仿真方法研究外另一个重点。为了达到精度和速度的平衡,本文找到了一种“场”“路”结合的方法,既使得结果中蕴涵了实际PCB板中物理结构信息,又很好地解决了仿真速度的问题。首先通过电磁场数值分析方法—有限元法(FEM)对互连结构进行仿真分析,而得到的散射/导纳/阻抗矩阵参数(S/Y/Z矩阵参数),然后通过矢量拟合方法(VFM)把S/Y/Z矩阵参数转化为等效SPICE等效电路模型,并且提取出电路参数,完成了频域到时域的转换,最后使用电路仿真器进行时域仿真,从而开发出了一系列高速数字PCB板设计规则。本文对这种方法(命名为FEM-VFM)作了详尽的论述,并且运用到实际的互连噪声分析当中,得到了一些设计规则。希望该方法会给信号完整性工程师提供一种新的思路,而开发出的这些规则会对国内历史还不到十年的高速数字PCB设计领域有一定的指导意义。