DSO专用高速触发与时间内插MCM的研究

论文摘要

多芯片组件（Multichip Module, MCM）技术是21世纪重要的微系统集成技术之一。MCM 系统设计灵活、集成度高、成本低,并且可以集成不同工艺的元器件。因此,在高密度的高速数模混合微系统集成领域中,MCM 技术具有独特的优势。本文研究的课题是为配合某500MHz 数字存储示波器（Digital Oscilloscope, DSO）的微型化的要求,集成该DSO 中高速触发与时间内插子系统,研制出满足性能指标要求的MCM 样品。本文将信号完整性（Signal Integrity, SI）以及电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC）设计融入到高速MCM 的互连与封装设计中,同时兼顾组件的功耗与散热性、面积与集成度的要求。在借鉴国内外高速PCB 和MCM 的设计经验的基础上,我们提出了双面布局、六层布线的叠层多芯片组件（MCM-L） 结构,设计了4×16 引脚、双腔体、全金属的电磁屏蔽封装。使用Cadence 公司的SpecctraQuest 板级仿真工具,对基板上关键互连线进行了SI 仿真,优化了该MCM 的叠层参数,提出了布局、布线的SI 约束规则。针对可测试性问题,本文最后结合系统的指标要求,提出了该高速MCM 的测试方案。本文从抑制辐射源和切断RF 辐射的耦合途径两个方面,进行了EMC 设计。文中采用单偶极子、波导、谐振腔等物理模型,分别研究了MCM 封装中的引脚、管座的引脚过孔、管座腔体等物理结构。依照辐射发射限制的规定,计算了全金属封装管壳的引脚、腔体、壁厚、孔缝等尺寸参数以及屏蔽效能,为MCM 封装的材料选择、结构设计提供了理论指导。此外,我们采用小型环状天线模型,研究了MCM 基板上的瞬态开关大电流的串连谐振回路,从MCM 布局布线、电源/地平面布置、去耦电容放置等方面提出了重在抑制差模辐射的EMC 设计约束。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 高速多芯片组件的关键技术
• 1.1.1 多芯片组件技术
• 1.1.2 信号完整性分析
• 1.1.3 电磁兼容设计
• 1.2 本论文研究的意义
• 1.3 技术指标及难点
• 1.3.1 功能定义及工作原理
• 1.3.2 主要技术指标
• 1.3.3 技术难点
• 1.4 本文的工作
• 第二章 高速MCM 的基板设计
• 2.1 基本理论
• 2.1.1 传输线理论
• 2.1.2 电流回路理论
• 2.1.3 差模辐射理论
• 2.1.4 电磁噪声及抑制技术
• 2.2 理论计算
• 2.2.1 延时裕度与时钟歪斜
• 2.2.2 ECL 逻辑门的噪声裕度
• 2.2.3 “电气长线”的临界长度
• 2.2.4 阻抗控制
• 2.2.5 允许的最大电流环路面积
• 2.2.6 ECL 逻辑电路的功耗与热阻
• 2.3 MCM 的基板设计
• 2.3.1 基板材料与工艺选择
• 2.3.2 叠层结构设计
• 2.3.3 布局
• 2.3.4 布线
• 2.4 本章小结
• 第三章 高速MCM 的封装设计
• 3.1 基本理论
• 3.1.1 近场与远场
• 3.1.2 单偶极子与共模辐射
• 3.1.3 趋肤效应
• 3.1.4 屏蔽效能
• 3.2 计算与分析
• 3.2.1 单偶极子
• 3.2.2 波导
• 3.2.3 谐振腔
• 3.2.4 屏蔽效能
• 3.3 封装设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 高速MCM 的SI 仿真与可测试性设计
• 4.1 高速MCM 的SI 仿真
• 4.1.1 设计流程与仿真工具
• 4.1.2 仿真模型
• 4.1.3 仿真结果
• 4.1.3.1 确定叠层参数
• 4.1.3.2 仿真关键“电气长线”
• 4.2 高速MCM 的可测试性设计
• 4.2.1 测试指标
• 4.2.2 测试条件
• 4.2.3 输出信号及测试点
• 4.2.4 信号观测
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 本文的结论
• 5.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介及发表论文