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集成电路工艺发展到超深亚微米技术后,大规模集成芯片的工作频率越来越高,芯片内部的布局布线密度不断增大,高速互连中的信号噪声干扰日趋严重。如何抑制高速电路中的各类信号噪声确保传输信号的完整成了广大集成电路设计者必须面对的问题。
本论文课题的研究是基于信号完整性理论,主要运用Ansoft公司的高频结构模拟器HFSS工具软件进行仿真研究。
互连传输线是芯片中连接电路和结构的最基本线路单元,不同的互连长度在不同的频率内表现出不同的特性,传输线的建模是必不可少的。本文首先从传输线的建模入手,介绍了理想无损传输线和有损传输线的模型建立方法;接着深入分析了反射噪声和串扰噪声的产生机理,提出了不同情况下消除反射的端接匹配策略;运用Ansoft仿真工具分析研究了不同防护布线结构对减少串扰的作用,得出了使用防护线来抑制串扰噪声的布线规则;
同步开关噪声是影响信号完整性的重要因素之一,尤其在当前集成电路系统日渐向高速、大规模、组件化方向发展时,同步开关噪声问题变得更加突出。因此在新一代高速集成电路及微电子系统的设计中,必须考虑电源/接地系统对高速电路系统的影响,并采取一定措施抑制它。
去耦电容的使用可以为返回电流提供更短的路径,这样就降低电感并阻止了返回路径的不连续从而降低SSN,但是由于电容封装本身的寄生电感使得电容的作用范围十分有限。虽然平面电容也能提供很好的去耦,但是由于平面电容容值很小,所以作用也相对有限。通过分析同步开关噪声产生的机制和研究平面波导的谐振特性,对比去耦电容和平面电容对的去耦效果,提出了采用电磁带隙结构进行同步开关噪声抑制的策略。在深入研究电磁带隙结构工作原理和设计方法的基础上,提出了相对带宽更宽的多过孔电磁带隙结构的设计制作方法,并通过仿真实验验证了其抑制宽屏带同步开关噪声的有效性。