电源完整性已成为高速电路设计的主要问题之一。随着电子系统向高频、高速、和高集成度的趋势发展,未来十年电源完整性设计会面临更加严峻的挑战。电源分配网络是高速数字系统中最复杂的无源互连结构。随着时钟频率的提高,电源分配网络逐渐表现出分布特性,去耦电容逐渐表现出局部效应。基于分布式电源分配网络的去耦设计的重心逐渐转移到去耦电容在电源分配网络上的放置问题,并且分布式电源分配网络去耦设计的基础算法仍有待完善。本文重点研究了高速电路系统中电源分配网络的建模和去耦设计方法,并详细分析了建模方法和去耦设计方法的效率和精度。主要的研究成果归纳如下:1)针对谐振腔算法不能计算带负载的电源地平面结构和任意形状的电源地平面结构的频域阻抗问题,提出了基于谐振腔算法的带电容电源地平面的建模方法,扩展了谐振腔算法的适用范围。该方法不仅能计算带电容电源地平面结构的频域阻抗,也能处理带其他单端口负载的电源地平面结构。该算法的计算效率及精度依赖于谐振模式数量。使用的谐振模式越多,计算精度越高,但计算效率越低。将该算法与电感近似的快速算法和双频点近似的快速算法相结合,显著提高了该算法的计算效率。通过与分割法和反向补偿法相结合,将该算法的应用范围推广到了不规则的电源地平面结构。该算法为分布式电源分配网络的去耦设计提供了算法基础。通过与专业电磁仿真软件HFSS的仿真结果对比,验证了该算法的准确性。2)针对谐振腔算法不能计算多层电源地平面结构的频域阻抗问题,提出了基于谐振腔算法的带多端口负载的电源地平面建模方法。在多层电源地平面结构中,具有相同电势的平面被过孔连接成一个整体。当观察端口位于顶层平面对时,其余平面对可以看作第一层平面对的多端口负载。该算法可以有效计算多层电源地平面结构的频域特性,将谐振腔算法的应用范围扩展到多层电源地平面结构。该算法为多层电源分配网络去耦设计提供了算法基础。通过与专业电磁仿真软件HFSS的仿真结果对比,验证了该算法的准确性。3)针对多层PCB电路中差分信号过孔的残桩引起的反射问题,提出了高阻抗端接策略。利用反射改善接收端的信号质量,减小过孔残桩的影响。通过在差分过孔残桩末端进行过高阻抗电阻端接,补偿信号的直流损耗,改善接收信号的眼高。由于反射的影响,信号的上升边产生了严重的延时。通过在传输线末端端接高阻抗电感元件,提升接收信号的上升边。4)根据电源地平面阻抗的实际分布,提出了去耦电容去耦半径的计算方法。在去耦半径刻画的区域内,电源地平面的阻抗都小于目标阻抗。去耦电容可以放置在该区域内的任何位置处。针对去耦电容在电源地平面上放置的问题,提出了基于去耦半径的去耦设计方法。在得到去耦电容种类和数量的同时,也能获得去耦电容在电源地平面上的位置信息。5)基于片上电源分配网络的一维RL等效模型提出了去耦电容去耦半径的计算方法。去耦电容的充电半径受目标噪声的约束,放电半径的长度取决于充电半径的长度和目标噪声的大小。基于一维RL模型的去耦电容充放电半径被转化到二维RL模型中,两个模型中去耦半径的转化系数为一个常数。通过与HSPICE的仿真结果对比,验证了转化系数的准确性。二维RL模型中去耦电容的充放电半径同样适用于二维RLC网络模型。本文系统的研究了电源分配网络的建模方法及去耦设计方法,研究结果均通过严格的仿真验证。可以直接应用于高速数字电路系统中电源地平面的建模及电源分配网络的去耦设计。