عنوان پایان‌نامه
بررسی یکپارچگی توزیع توان در بردهای مدار چاپی در برابر تداخل های ناشی از کلید زنی های دیجیتال و ارائه روش های بهبود آن
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2908;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74060
- تاریخ دفاع
- ۲۴ خرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- علی صدر
- استاد راهنما
- ناصر معصومی
- چکیده
- روند مجتمع سازی مدارهای امروزی منجر به پیدایش دسته¬ای از مدارها به نام مدارهای سیگنال مخلوط شده است. در این مدارها، بخش¬های دیجیتال و آنالوگ که ممکن است فرکانس بالا هم باشد، روی یک بستر قرار می¬گیرند و اتصالات آن‌ها معمولاً روی همان بستر انجام می¬شود. یکی از چالش¬های این نوع مدارها، اثرگذاری بخش¬های آنالوگ و دیجیتال روی هم می¬باشد. این اثرگذاری شامل هم اثرات بخش¬های دیجیتال روی بخش¬های آنالوگ و هم اثرات بخش¬های آنالوگ روی قسمت¬های دیجیتال است. در این میان نویز ناشی از کلید¬زنی بخش دیجیتال می¬تواند به شدت عملکرد بخش¬های حساس آنالوگ را مختل کند. یکی از قسمت¬هایی که می¬تواند به عنوان مسیرِ انتقال این نویز عمل کند، شبکه تغذیه و یا سیستم توزیع توانِ این مدارها است. بررسی سیستم تغذیه رسانیِ این مدارها، خاصه قسمتِ دیجیتالِ آن‌ها و در سطح بورد مدارچاپی، یکی از اهداف این پایان¬نامه است. طراحی سیستم تغذیه مدارهای دیجیتال به طور خاص در سطح بورد عموماً به صورت تجربی می¬باشد. در این پایان¬نامه یک روند طراحیِ سیستم تغذیه برای یک سیستم نوعی و قابل تعمیم به سایر سیستم¬ها، ارائه می¬گردد که طراحی با قابلیت اطمینان بالا را سبب می-شود. یکی از روش¬های کاهش نویز انتقالی از مسیر تغذیه در مدارهای سیگنال مخلوط، استفاده از ساختارهای بندگپ الکترومغناطیسی است. با توجه به ابعاد فیزیکی، جنس بستر و بسیاری ویژگی های دیگر، این ساختارها قادر هستند از انتقال نویز در یک محدوده فرکانسی مشخص جلوگیری کنند. عمدتاً این ساختارها از انتقال نویزهای تغذیه در محدوده یک گیگاهرتز تا چندین گیگاهرتز جلوگیری می کنند. افزایش پهنای باند کاری این مدارها یک از اهداف محققان در سال های اخیر بوده است. در این پایان نامه سعی شده است که محدودیت پهنای باند این ساختارها خصوصاً محدودیت فرکانس پایین آن‌ها رفع شود. برای این کار ساختار بندگپی الکترومغناطیسی با پایان دهی لبه ارائه می شود. این ساختار می تواند از انتقال نویز تغذیه در محدوده فرکانسی وسیع‌تری مخصوصاً در محدوده فرکانس پایین به خوبی جلوگیری به عمل آورد. نتایج شبیه‌سازی، ساخت و اندازه گیری نشان می دهد که اعمال پایان دهی مرزی بر روی یک ساختار نوعی، فرکانس قطع پایین ساختار را از 800 مگاهرتز به 13مگاهرتز کاهش می دهد. همچنین با این روش فرکانس قطع بالا هم به 2/5 گیگاهرتز منتقل میشود که کل پهنای باند نسبی این ساختار به میزان 63 درصد افزایش می یابد. این ساختار با استفاده از روشهای ساخت معمول بورد مدارچاپی، خازن ها و مقاومت SMD موجود در بازار با هزینه پایین ساخته می شود. واژه‌های کلیدی: شبکه توزیع توان، یکپارچگی توزیع توان، صفحات تغذیه، بندگپ الکترومغناطیسی، نویز کلیدزنی همزمان.
- Abstract
- The more integration of analog and digital circuits has led to emersion of “Mixed-Signal” circuits. In these circuits, both high frequency analog and digital parts of the system are mounted on the same substrate. One of the bottlenecks in design of these kind of circuits is the interferences from the digital to the analog part and vice versa. The noise of power delivery system (PDS) is known as one of these interferences. The simultaneous switching noise (SSN) on the PDS, originated from the switching of digital circuits, can degrade the performance of the system. So, robust design of a PDS in a mixed-signal system is of importance, especially in today’s high frequency systems. In the system level, different configurations for the PDS of a printed circuit board (PCB) can be used. In this research, a design flow for the PDS of a typical digital system is presented which can ease the robust and fair design of a typical digital system. This method can be generalized for digital systems with various specifications. One of the PDS noise mitigation methods is incorporation of “Electromagnetic Bandgap (EBG)” structures. These structures can suppress the PDS noise in a specific band of frequency. The bandwidth of these structures is determined by their shape, physical dimensions and substrate type. In this research, the bandwidth enhancement of a planar type electromagnetic bandgap (EBG) structure is investigated. Using a method named “dissipative edge termination technique”, two termination schemes are presented; first with the termination elements along edges of every single EBG patches and second with the termination along edges of the whole power plane. In the first case, simulations show that, both lower and upper cutoff frequencies are improved for wideband suppression of simultaneous switching noise (SSN). The second one, is an electromagnetic bandgap structure which is designed, fabricated and tested for resolving the problem of lower cutoff frequency of conventional planar type EBGs. Bandwidth enhancement is achieved by incorporating edge termination along the whole edges of EBG-patterned power plane. Measurement results show that the lower cutoff frequency is shifted downward from 800MHz to 13MHz. This structure also improves the upper cutoff frequency from 4.3GHz of conventional planar EBG to 5.2GHz. Using this structure, simultaneous switching noise can be suppressed over the relative bandwidth of 63% higher than the commonly used EBGs. The structure is easily fabricated with the current method of printed circuit board manufacturing processes and commonly used SMD resistors and capacitors. Key Words: Power Integrity (PI), Target Impedance, Power Delivery System (PDS), Decoupling Capacitor, Power/Ground Plane, electromagnetic bandgap (EBG) structure, simultaneous switching noise (SSN).
