高速电路同步开关噪声抑制方案的研究

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同步开关噪声(Simultaneous Switching Noise,SSN)是指当多个器件在同一时刻处于开关状态,由于寄生电感的存在,快速变化的电流形成压降而产出的噪声。在电路设计中,如果不注意SSN的抑制,信号完整性(Signal Integrity,SI),电源完整性(Power Integrity,PI)以及电磁干扰(Electro-Magnetic Interference,EMI)等问题将影响整个电路。在保证SI的情况下,对有效地抑制SSN方案进行研究具有重要的理论意义与应用价值。  本文针对传统的SSN抑制方案存在明显的局限性,通过对共面电磁带隙(ElectromagneticBand Gap,EBG)结构桥和狭缝设计的分析,提出了C型桥电磁带隙(C-shaped Bridges EBG,CBS-EBG)结构和双S型桥电磁带隙(Double S-shaped Bridges EBG,DSBS-EBG)结构。对于EBG结构引发的信号完整性问题,采用局部拓扑策略得到了改善。最终把CBS-EBG结构和DSBS-EBG结构实现在声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers,ADCP)信号处理板中。论文主要的工作和成果归纳如下:  (1)根据共面EBG结构桥和狭缝的设计原理,在保证整体SSN抑制能力的前提下,通过增加桥接连线的等效电感来降低下限截止频率,提出CBS-EBG结构和DSBS-EBG结构。通过设计的印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)的实际测试结果表明,在抑制深度为?40dB时,所提出的EBG结构的阻带范围分别为296MHz?15GHz和225MHz?15GHz。与已公开阻带带宽相对较好的LBS-EBG结构相比,在上限截止频率均为15GHz的情况下,下限截止频率分别下降了31.5%和47.9%,增加了阻带的带宽,改善了性能。  (2)针对EBG结构引发的SI问题,采用了局部拓扑策略。通过S-参数仿真与实测,得出该策略下的CBS-EBG和DSBS-EBG既对SSN的抑制效果较好,又具有和平板电源层相近的SI,并通过软件Ansoft Designer验证了该策略的有效性。  (3)把局部拓扑策略下的CBS-EBG结构和DSBS-EBG结构运用到ADCP信号处理板中,通过对SSN抑制的对比分析、平面谐振的对比分析及SI的分析,验证了有效性。
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