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198 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 6. 20 总 结 1 . 空腔由 两个 非 常接 近的 平 面组 成 ， 而 且 这 两个 平 面 之 间的阻 抗 由 3 个不同 的 区 域 给 出 。 2 . 在 低 频 下 ， 腔 体 阻 抗 看 起 来 像一个 电 容 器 。 这 个 电 容提 供了 测 量 层 压 材料 Dk 值 的 一 种简 单 方法 。 3 . 腔 体 阻 抗曲 线…

100%1 / 453
第
6
章平面和电容器的特性
197
和进入腔平面的扩散电感
。
单端口测量显示探针与通孔串联的接触阻抗以及到平面的扩散
电感
。
双端口测量带有两个微型探针触摸相同通孔的顶部表面
，
它可消除探针效应
，
但仍
然显示通孔的回路电感与扩展电感的串联
。
提示
可以使用两个端口的通孔测量从板上的表面到空腔
。
该测量仍然对通孔至腔体
的回路电感和腔体的扩展电感非常敏感
。
接下来
，
我们将探针移动到电路板的两侧
，
一个接触通孔对的顶部
，
另一个探针接触
底部的通孔对
。
通过这种方式
，
一个探针通过平面到空腔的边缘
，
驱动电流进入通孔的顶
部
。
另一个探针测量在通孔对底部产生的电压
。
它对从通路顶部到平面接触的通路中间的
电压下降不敏感。
当电流从通孔接触点进入腔体时
，
它只对产生的电压敏感
。
这个双端口
测量
，
如图
6-42
所示
。
图
6-42
是直接测量的扩展电感
，
这时空腔和其边缘没有受通孔的
影响
。
图
6-41
使用单端口和双端口测量技术从电路板
顶部通过通孔进入埋入式腔体的阻抗,
还包括用于比较的
80
P
H
电感的阻抗
频率
（
Hz
）
图
6-42
微型探针接触相同通孔对的相对端时,
增加了双端口测量
。
这种测量对腔中的
扩散电感是敏感的
使用通孔两端的触点
，
我们可以看到阻抗测量与通孔回路电感无关
，
只
与空腔的扩散
电感有关
。
将此阻抗与理想值进行比较
，
20PH
的电感显示与扩展电感有良好的匹配
。
对于一个
Imil
厚的腔体
，
我们希望扩展电感按照空腔的片状电感量级进行计算
，
即
32pH/milXlmil
=
32pH
0
在这个例子中
，
我们测量得到的电感值大约为
20pH,
这与预期
的电感值在同一个量级
。
此外
，
一
开始我们就注意到
：
一些腔体模态共振叠加在其分布的
电感阻抗上
。
较高频率的模态共振由于腔内有非常薄的电介质而被阻止
。
提示
当我们从通孔的两侧测量时
，
使用双端口技术消除了通孔回路电感
，
并直接显
示腔体中的扩散电感
。
这是测量令人难以置信的小扩散电感的最佳技术
，
通常
按照几十个
pH
来处理
。
当腔体包含其他组件时
，
传输阻抗是分析电压
、
电流和腔体阻抗特性的又一个强大
工具
。
198
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
6.
20
总结
1
.
空腔由两个非常接近的平面组成
，
而且这两个平面之间的阻抗由
3
个不同的区域
给出
。
2
.
在低频下
，
腔体阻抗看
起来像一个电容器
。
这个电容提供了测量层压材料
Dk
值的
一种简单方法
。
3
.
腔体阻抗曲线的下降类似于
LC
电路的自谐振频率
。
L
是腔扩散电感的直接量度
。
C
是腔平行板电容
。
在最高频率下
，
腔体模态共振可确定其阻抗
。
5
.
有效特征阻抗在腔体内部传播时通常远低于
0.1
。
。
6
.
腔内的扩散电感取决于电流密度
，
它会受到腔体内自由流动的电流所影响
。
7
.
谐振腔中两点之间的扩散电感随两点之间的间距呈对数关系变化
。
8
.
在腔体中添加一个电容器会产生新的并联谐振
，
而且
，
电容器中的电感会与腔体的
,
电容相互
作用
。
9
.
腔体模态共振频率仅取决于腔体的尺寸和填充它的电介质
。
10
.
降低
腔体高
频模态共振的最有效方法是使用非常薄的电介质来缓冲衰减
。
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|
Chapter
7
|
第
7
章
信号返
平面改变时
，
信号完整性的探讨
7.
1
信号完整性和平面
返回平面上的直流电源不影响传输线的特性阻抗
，
也不影响信号和返回平面之间信号
传播的质量
。
这意味着
5V
或
12V
平面作为返回途径与地平面的效果一样好
。
在多层电路板中
，
当信号线从一层传到另一层时
，
返回电流必须在两个平面之间流
动
。
问题就在于此
，
这个问题就像坠楼
，
坠楼不是问题
，
问题是着陆
。
当电流流过由两个平面构成的空腔的阻抗时
，
在平面之间便产生了电压
。
电压开始产
生在信号通过空腔的附近
，
给空腔注入一个传播的电压波
。
任何通过空腔的其他物体能检
测到这个瞬时电压并作为串扰
。
提示
高频噪声注入空腔的主要方式是返回电流通过相邻平面时
，
阻抗感应的瞬时电
压
，
这产生了串扰
，
它对辐射有潜在的贡献
。
这两个效应都是很重要的
，
涉及
了电源平面
，
但是对核心电压轨的电源分配质量无关
。
这是高频噪声注入空腔的主要机理
—
—
信号通过空腔进行转移
，
并使每个平面依次作
为返回路径
。
这个注入到空腔的噪声对电源分配网络的设计影响不大
。
我们在本章包括这
种噪声源是因为它对信号完整性的设计非常重要
，
它涉及电源传递使用的同一平面
。
从这
种潜在的噪声源分析角度来看
，
我们获得了对根源的理解
，
并形成了最小化这个问题的设
计思路
。
7.2
涉及峰值阻抗问题的原因
给集成电路
（
IC
）
提供电源电流的同一电源和地平面也常常作为信号的返回途径
。
在下
一章
，
我们将指出
：
电源和地平面形成的腔体谐振并没有发挥重要作用
，
也没有显著降低
集成电路核心逻辑的电源
。
这是因为当通过封装引线电感看过去时
，
在芯片供电轨上没有
看到高频腔体模态的谐振峰值阻抗
。
提示空腔形式的谐振峰值阻抗在电源完整性方面很难成为重要的课题
。
在信号完整
性和电磁兼容
（
EMC
）
中
，
它们是非常重要的
。