基于模态分解的非理想多信号过孔模型及其协同设计的研究

In the over 1Gbps high-speed system, the transmission characteristic of signal vias is affected badly by the power/ground noise and signal vias cause new power/ground noise、electromagnetic interference and timing jitter, so the modeling of non-ideal signal vias including resonant effect of power/ground planes and the co-design between non-ideal signal vias and power/ground planes become new research focuses. At present, models for non-ideal signal vias have still some problems which are low in efficiency and bad in accuracy and the effective co-design method between non-ideal signal vias and power/ground planes doesn't exist. For above problems, this project focuses on: 1) the high-frequency characteristic of signal vias will be analyzed based on the segment method and the novel modal decomposition theory will be proposed between non-ideal signal vias and power/ground planes. Based on the above theories, the algorithm improving the efficiency and accuracy of models for non-ideal signal vias will be investigated. 2) Based on analyzing the coupling ways between multiple signal vias, the classification method of coupling and the coupling modeling of multiple signal vias will be investigated. 3) Based on the novel modal decomposition theory between non-ideal signal vias and power/ground planes, the co-design method will be investigated. The research results of the project can effectively improve the efficiency and accuracy of the non-ideal signal via model, achieve the aim of the co-design between signal vias and power/ground planes and shorten the design cycle of the high-speed system. So the above researches have important theoretical significance and application value in the project.

在超过1Gbps的高速系统中，信号过孔传输特性严重地受到电源地噪声的影响，同时也引起了新的电源地噪声、电磁辐射及时序抖动，因此包含平面谐振效应的非理想信号过孔建模及其与电源地平面的协同设计成为新的研究热点。目前非理想信号过孔模型存在效率低、精度差、不能全面表征多信号过孔间耦合的问题，并且还没有有效的信号过孔与电源地平面协同设计的方法。针对这些问题，本项目重点研究：1)基于分割算法分析信号过孔的高频特性并提出其与电源地平面间的新的模态分解理论，研究改善其模型的效率和精度的算法；2)基于对多信号过孔间噪声耦合途径的分析，研究其耦合分类及建模理论；3)基于信号过孔与电源地平面间新的模态分解理论，研究信号过孔与电源地平面的协同设计方法。本项目的研究成果能够有效地提高非理想信号过孔模型的效率和精度，实现信号过孔与电源地平面的协同设计，缩短高速系统的设计周期，具有重要的理论意义和应用价值。

在超过1Gbps的高速系统中，信号过孔传输特性严重地受到电源地噪声的影响，同时也引起了新的电源地噪声、电磁辐射及时序抖动，因此包含平面谐振效应的非理想信号过孔建模及其与电源地平面的协同设计成为新的研究热点。目前非理想信号过孔模型存在效率低、精度差、不能全面表征多信号过孔间耦合的问题，并且还没有有效的信号过孔与电源地平面协同设计的方法。在本项目资助下完成的研究内容如下：1）基于分割算法和模态分解理论提出了新的宽带过孔模型，能够用于建模带桩线的过孔建模，同时也大大提高了过孔建模的带宽和精度。2) 在分析差分过孔对差分信号传输影响的基础上，提出了减小差分信号噪声的方法。 3）基于谐振腔理论提出了电源地平面去耦的定量分析方法，从理论上说明了去耦电容的容值和位置对去耦效果的影响，同时也提出了一种新的抑制SSN噪声的结构。此外，在电源地平面去耦的理论的基础上，研究了信号过孔与电源地平面的协同设计方法。本项目的研究成果大大推动谐振腔理论在高速电路理论的应用，为基于谐振腔理论的SPCIE兼容的高速电路仿真器提供了基础。在高速电路仿真中具有非常重要的理论意义和应用价值。在该项目的资助下，所取得科研成果如下：公开发表论文7篇，其中SCI检索论文3篇(IEEE Transaction论文2篇)；国际会议论文2篇；EI检索和其他论文2篇。此外，还有录用但为刊出论文1篇，2项发明专利处于“公示”状态。