随着电路系统向着高速度、低电压、低功耗的趋势发展，数字、模拟以及射频等模块集成到一个电路模块中以获得更小的体积和更高的性能。系统能力的提高引发了更大的开关电流，对电源分配网络的供电能力提出了更高的要求并且引发了更严重的供电噪声波动。电源分配网络是高速数字电路系统设计的基础，直接影响了信号完整性、电源完整性以及电磁完整性的性能，因此电源分配网络的设计与分析一直都是研究的重点。电源分配网络为数字电路提供电荷的同时也为噪声提供了优异的传播路径，因此电源分配网络既要保证供电性能又要抑制噪声的影响，使得电源分配网络的设计日益复杂。本论文在前人研究成果的基础上，系统地分析了电源分配网络的构成及元件功能，重点研究了与电源分配网络紧密联系的噪声建模、抑制以及特性分析，研究取得了一定的成果。本论文的主要研究成果归纳如下：1.具体说明了电源分配网络的组成和功能，深入讨论了电源分配网络的设计方法和性能影响因素。详细阐述了电源完整性、信号完整性和电磁完整性的紧密相关性和内部影响机制，发展了电源完整性、信号完整性和电磁完整性协同设计的思想。以此为基础，深入研究了电源/地噪声对抖动噪声的影响，研究表明电源/地噪声引发的抖动噪声具有很强的频率相关性。2.针对高速传输线中串扰耦合噪声的问题，提出了一种基于传输矩阵的非理想传输线的建模方法，该建模方法能够准确获得串扰耦合噪声波形。以此为基础，对非理想传输线的串扰耦合特性进行了深入的研究，并提出了相应的设计规则以降低非理想因素对高速信号的影响，提高传输线的性能。3.利用差分传输线等效耦合电路详细分析了差分信号的奇模和偶模特性。重点研究了传输线边缘场耦合引发的阻抗不连续和传输时延变化对差分传输线的影响。通过实验分析提出了一种能够有效抑制共模噪声和阻抗不连续以提高信号传输质量的布线规则。4.通过有理函数将时域阻抗函数和开关电流的瞬态特性引入到同时开关噪声的计算和抑制分析中，提出了一种用于同时开关噪声建模的方法以及一种用于同时开关噪声快速估算的方法。基于时域阻抗函数和开关电流周期特性，分析了同时开关噪声的周期特性及抑制方法。该方法克服了传统电源分配网络频域设计方法没有考虑瞬态特性的缺陷。5.详细探讨了同时开关噪声抑制的各种方法。同时开关噪声的抑制是电源完整性分析与设计的重要内容。本文提出了两种用于电源分配网络中同时开关噪声抑制的结构。一种将螺旋结构桥引入到电源/地岛结构中以连接分割的平面，在提高同时开关噪声抑制能力的同时，很好地保证了信号完整性性能。另一种在垂直级联EBG结构中应用高相对介电常数介质，不仅拓宽了同时开关噪声抑制带隙，而且提高了电磁带隙结构低频噪声抑制的能力。6.深入研究了电磁带隙结构的信号完整性性能。电磁带隙结构的高阻平面破坏了完整的电源/地平面，影响了信号质量。重点研究了电磁带隙结构对单根传输线传输性能的影响以及多根耦合传输线的串扰耦合噪声特性。提出了一些提高信号传输质量的设计方案，为电磁带隙结构在信号完整性方面的应用提供了有益的指导。