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高速数字电路封装电源完整性剖析

一、Pkg与PCB系统随着人们对数据处理和运算的需求越来越高,电子产品的核心—芯片的工艺尺寸越来越小,工作的频率越来越高,目前处理器的核心频率已达Ghz,数字信号更短的上升和下

  一、Pkg与PCB体系

  跟着人们对数据处理和运算的需求越来越高,电子产品的中心—芯片的工艺尺度越来越小,作业的频率越来越高,现在处理器的中心频率已达Ghz,数字信号更短的上升和下降时间,也带来更高的谐波重量,数字体系是一个高频高宽带的体系。关于一块拼装的PCB,无论是PCB自身,仍是上面的封装(Package,Pkg),其几许结构的共振频率也根本落在这一规模。不妥的电源供给体系(PDS)规划,将引起结构共振,导致电源质量的恶化,构成体系无法正常作业。

  此外,因为元器件密度的增高,为下降体系功耗,体系遍及选用低电压低摆幅规划,而低电压信号更简单遭到噪声搅扰。这些噪声来历很广,如耦合(coupling)、串扰(Crosstalk)、电磁辐射(EMI)等,可是最大的影响则来自于电源的噪声,特别是同步切换噪声(Simultaneous switching noise,SSN)。

  一般整个PDS体系除了包括电路体系外,也包括电源与地平面构成的电磁场体系。下图是一个电源传输体系的示意图。

  

 

  图1 典型的电源传输体系示意图

  二、Pkg与PCB体系的丈量

  一般在讨论地弹噪声(GBN)时,一般只单纯考虑PCB,且丈量其S参数|S21|来表明GBN巨细的根据。Port1代表SSN鼓励源的方位,也即PCB上自动IC的方位,而较小的|S21|代表较好的PDS规划和较小的GBN。但是一般噪声从IC上发生,经过Pkg的电源体系、再经过基板Via和封装上的锡球的衔接,抵达PCB的电源体系(如图1)。所以不能只单纯考虑PCB或Pkg,有必要把两者结合起来,才干正确描绘GBN在高速数字体系中的行为。

  为此,咱们规划一个PDS结构(如图2),来代表Pkg安装在PCB上的电源体系。

  

 

  图2 BGA封装安装在PCB上的结构和截面示意图

  运用网络分析仪(HP8510C)结合探针台(Microtechprobe station),量测此结构之S参数,从50Mhz到5Ghz。丈量上,运用两个450um-pitch的GS探针,接到Pkg信号层的Powerring和Ground ring上。这个丈量结构如图3。

  

 

  图3 BGA封装安装在PCB上的结构丈量示意图

  Pkg+PCB结构量测S参数的成果如图4所示,一起咱们也做了单一Pkg和PCB的量测成果,经过比照来了解整个PDS体系和单一Pkg和PCB之间的不同。

  

 

  图4 BGA封装安装在PCB上的量测成果

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