电磁带隙结构仿真

本文讨论了在电源分配系统（PDS）中使用电磁带隙（EBG）结构来抑制同时开关噪声（SSN）。随着集成电路（IC）工作频率的提高和电源电压的降低，IC对噪声的敏感性增加，使得PDS设计面临挑战。PDS设计中的一个重要参数是特征阻抗，其应低于系统允许的电压波动和预期平均电流所设定的目标阻抗。通过在电源和地平面之间添加去耦电容器可以实现这一目标。然而，随着时钟频率的增加，所需的去耦电容器数量急剧增加。EBG结构因其特殊的频率阻断/通过特性而被提出用于抑制电源和地平面之间的谐振。本文研究了实际EBG-平面PDS设计的特性，通过模拟和制造基准设计来验证模拟结果，并详细讨论了EBG单元参数对EBG-平面对设计行为的影响。最后，比较了具有去耦电容器和EBG结构的实际混合设计与仅使用去耦电容器的传统设计在SSN抑制方面的性能。 EBG结构通过阻止噪声沿平面传播来抑制平面SSN。EBG结构的等效电路模型是一系列并联的LC对，在其谐振频率处具有非常高的阻抗，像带阻滤波器一样阻止电磁能量通过平面对。因此，噪声无法在平面对内传播并激发谐振，从而抑制了平面谐振并降低了平面对的特征阻抗。 研究了EBG单元参数对EBG-平面对结构行为的影响，包括单元格大小、形状、EBG贴层高度和间隙宽度。通过改变这些参数，研究了它们对EBG-平面对结构阻带的影响。结果表明，减小正方形贴片尺寸、使用更小的贴片形状、增加贴层层高度和减小间隙宽度都会影响阻带的中心频率和相对带宽。 EBG设计在抑制SSN方面的应用前景广阔，尤其是在高频应用中。与传统设计相比，嵌入EBG和去耦电容器的PDS设计能够使用较少的去耦电容器实现更宽频率范围内的SSN抑制。混合设计利用了8x8图案正方形贴片EBG-平面设计和均匀分布的6x6阵列的10nF去耦电容器，而传统设计仅包含相同的6x6去耦电容器阵列。混合设计的特征阻抗在3.7GHz以下保持在7欧姆以下，而传统设计在2GHz以下。为了将频率提高到与混合设计相当的水平，传统设计需要9x9的去耦电容器阵列。