随着数字电路速率及时钟频率的不断提高，信号完整性与电磁兼容问题已成为高速系统设计能否成功的关键。高速系统中通常使用多层印刷电路板（printed circuit board, PCB）以实现更高的数据速率、更低的电压以及更加密集的互连。信号传输路径和电源分配网络是多层PCB的两大功能模块。信号传输路径由过孔、信号线和连接器等组成，用来在驱动器和接收机之间建立信号信道，然后传输信号。电源分配网络是高速系统上规模最大最复杂的互连，其为系统内所有器件提供足够的电源，并满足系统对电源稳定性的要求。本文深入研究了平行板上的传统过孔结构和紧凑型过孔结构的建模方法。并针对电源分配网络的噪声抑制问题进行了深入探讨，重点介绍去耦电容和平行板光子晶体在电源完整性分析中的应用。通过仿真建模分析了PCB的介质编织结构在高速系统中引起的信号完整性问题。对复杂系统中连接多个PCB的高速高密度连接器展开了研究，通过仿真和测试对连接器的电磁辐射进行了量化并分析其辐射机理。本文研究的主要内容归纳如下：　　1）对高速 PCB中，过孔的建模方法进行了深入研究。对传统的过孔结构，通过区域划分的建模方法将整个计算区域划分为若干个过孔区域和平行板区域分开讨论。应用柱面波加法定理推导了圆形平行板径向散射矩阵的解析解。并分析在传统过孔结构上过孔桩和周围地孔引起的谐振。对反焊盘内含有多个过孔的紧凑型过孔结构，同样采用区域划分的方法建模。通过边界积分得到平行板区域的阻抗矩阵，同时利用全波仿真软件 HFSS中三维 FEM的方法来求解每个过孔区域的网络参数。利用虚拟交界面上的边界条件，将所有过孔区域与平行板区域的网络参数级联，最终得到平行板上的过孔端口之间的耦合。　　2）针对高速 PCB的电源完整性及噪声抑制问题，首次将广义多重散射方法拓展到去耦电容与平行板光子晶体的性能分析上。通过对介质柱边界问题的求解以及提取去耦电容的等效电路分别推导了二者的转换矩阵。然后将转换矩阵作为负载与平行板径向散射矩阵级联，其中平行板径向散射矩阵由广义多重散射方法计算而得。从而得到用于表征电源完整性的平行板阻抗矩阵。为了更好地理解平行板上光子晶体与去耦电容的噪声抑制机理，本文还详细推导了平行板上的场分布。从而得到平行板光子晶体不同的谐振机理：平行板谐振腔；由周围介质柱构成的谐振腔；单个介质柱谐振腔。本文中算法的准确度和高效性均通过全波仿真得到了验证。　　3）采用数值仿真的方法讨论了介质编织结构对过孔耦合以及信号线传输性能的影响。对于平行板上的过孔耦合，可以将三维的介质编织结构简化为一层的二维的周期结构进行分析。对于信号线穿过介质编织结构的情况，则必须使用更为复杂的三维周期结构。当单端信号线或差分信号线以不同的角度穿过介质编织结构时，介质编织结构引起的谐振频率以及强度不同。本文推导的介质编织结构引起的最低谐振频率公式对布线角度的选择具有指导意义。在采用差分走线时，让差分信号线与玻璃纤维束成5°~10°的夹角，可以减小介质编织结构带来的相位偏移。而实际的加工误差所引起的玻璃纤维束尺寸的随机分布特性，再加上介质损耗带来的信号衰减，会减弱介质编织结构的影响。　　4）对复杂系统内多个 PCB的互连结构产生的电磁辐射，进行了计算与测量的研究。从简化的连接器模型入手，得到了通过网络参数计算无耗的系统辐射功率的有效方法。然后通过建模以及测试对一种典型的商用压合连接式PCB连接器的辐射机理以及辐射功率的量化进行了研究。通过测试和仿真得到的S参数，以及在混响室和OTA暗室测得的连接器辐射功率，验证了在全波电磁仿真软件中建立的实际连接器模型。重点讨论了PCB连接器系统的总功率损耗中介质损耗、辐射损耗的计算。PCB连接器系统的总功率损耗中介质损耗占主导，系统的网络参数可以用来计算总功率损耗，而辐射损耗可以由总功率损耗与介质损耗得到。提出了利用共模天线电流分析PCB连接器谐振机理的方法。在辐射峰出现的频点上，共模天线电流沿着连接器弧度呈现半波以及高次谐振。　　本文系统性地研究了高速PCB中信号完整性和电磁辐射分析的相关领域，并对研究结果进行了仿真或实验验证，可以应用于指导实际高速PCB的分析与设计。