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高速数字电路封装电源完整性分析“博鱼体育”

高速数字电路封装电源完整性分析“博鱼体育”

本文摘要:一、Pkg与PCB系统 随着人们对数据处理和运算的市场需求更加低,电子产品的核心芯片的工艺尺寸更加小,工作的频率更加低,目前处理器的核心频率已约Ghz,数字信号更加较短的下降和下降时间,也带给更高的谐波分量,数字系统是一个高频低宽带的系统。对于一块装配的PCB,无论是PCB本身,还是上面的PCB(Package,Pkg),其几何结构的共振频率也基本落在这一范围。 失当的电源供应系统(PDS)设计,将引发结构共振,造成电源品质的好转,导致系统无法长时间工作。

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一、Pkg与PCB系统  随着人们对数据处理和运算的市场需求更加低,电子产品的核心芯片的工艺尺寸更加小,工作的频率更加低,目前处理器的核心频率已约Ghz,数字信号更加较短的下降和下降时间,也带给更高的谐波分量,数字系统是一个高频低宽带的系统。对于一块装配的PCB,无论是PCB本身,还是上面的PCB(Package,Pkg),其几何结构的共振频率也基本落在这一范围。

失当的电源供应系统(PDS)设计,将引发结构共振,造成电源品质的好转,导致系统无法长时间工作。  此外,由于元器件密度的升高,为减少系统功耗,系统广泛使用低电压较低摆幅设计,而低电压信号更容易受到噪声阻碍。这些噪声来源很广,如耦合(coupling)、串扰(Crosstalk)、电磁辐射(EMI)等,但是仅次于的影响则来自于电源的噪声,尤其是实时转换噪声(Simultaneousswitchingnoise,SSN)。

  一般来说整个PDS系统除了包括电路系统外,也包括电源与地平面构成的电磁场系统。右图是一个电源传输系统的示意图。  图1典型的电源传输系统示意图  二、Pkg与PCB系统的测量  一般在探究地弹噪声(GBN)时,一般来说只全然考虑到PCB,且测量其S参数|S21|来回应GBN大小的依据。

Port1代表SSN鼓舞源的方位,也即PCB上主动IC的方位,而较小的|S21|代表较好的PDS设计和较小的GBN。然而一般噪声从IC上产生,通过Pkg的电源系统、再行通过基板Via和PCB上的锡球的相连,抵达PCB的电源系统(如图1)。

所以无法只全然考虑到PCB或Pkg,必需把两者融合一起,才能准确叙述GBN在高速数字系统中的不道德。  为此,我们设计一个PDS结构(如图2),来代表Pkg加装在PCB上的电源系统。

图2BGAPCB加装在PCB上的结构和横截面示意图  用于网络分析仪(HP8510C)融合探针台(Microtechprobestation),量测此结构之S参数,从50Mhz到5Ghz。测量上,用于两个450um-pitch的GS探针,收到Pkg信号层的Powerring和Groundring上。

这个测量结构如图3。  图3BGAPCB加装在PCB上的结构测量示意图  Pkg+PCB结构量测S参数的结果如图4右图,同时我们也做到了单一Pkg和PCB的量测量结果,通过对比来理解整个PDS系统和单一Pkg和PCB之间的差异。


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