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《北京邮电大学》 2013年
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高速高密度总线系统中串扰抵消技术研究

王亚飞  
【摘要】:随着集成电路技术的进步和客户需求的提高,电子产品向着处理速度更高、物理尺寸更小的方向发展,这使得集成电路的工作频率越来越高、规模越来越大、引脚越来越多,印刷电路板上电路的密度越来越大,芯片引脚间互连就面临着巨大的挑战。这一挑战主要是互连线上日益突出的信号完整性问题,而信号完整性问题中的关键就是如何减小高速高密度总线系统中的串扰。 串扰是由传输线间电磁耦合形成的,它是信号完整性中的主要问题之一。当电路系统中一个网络上的信号以噪声的形式转移到相邻网络时就会产生串扰,任何一对网络之间都存在串扰。在高速高密度总线系统中,串扰会导致两种严重的后果:一是串扰会在相邻的传输线上产生噪声,这将降低系统的噪声容限,损害系统的信号完整性;二是相邻传输线上信号的不同阶跃方向会导致不同的时延,这将恶化系统的时序。因此,减小串扰能提高系统的噪声容限,改善系统的时序,保证信号的完整性,避免串扰给系统带来误触发、误判决等电路动作。 一般根据串扰出现的位置可以把串扰分为芯片级(芯片内)串扰和板级(芯片间)串扰,本文研究高速高密度总线系统中的板级串扰问题,在分析从传输线和电路板的物理结构角度减小串扰方法的基础上,从信号检测的角度提出了四种用于远端串扰抑制和抵消的方法。本文的主要工作和创新点如下: 一、提出了一种在传输线输出端利用RC微分电路来抵消串扰的方法。该方法利用受扰线上远端串扰信号产生的特点,在干扰线和受扰线的输出端施加RC微分电路,重构串扰信号以抵消受扰线输出端的串扰信号。所提方法电路实现简单,软件仿真和电路实测结果均表明该方法有良好的串扰抵消效果。 二、提出了一种在干扰线中点利用信号反相来抑制串扰的方法。对于由n条传输线组成的总线系统,在编号为奇数(或者偶数)的传输线中点插入反相器,使每条传输线在前二分之一耦合长度和后二分之一耦合长度上获得的远端串扰信号幅度相等、相位相反,从而能在传输线上的远端实现串扰抵消。仿真结果显示,所提方法能够明显抵消传输线间的串扰,抵消效果优于利用RC微分电路方法。 三、提出了一种利用抽样判决电路来抑制串扰和其它噪声的方法。所提方法在总线系统的输出端利用抽样判决电路恢复发送信号从而抑制串扰和其它噪声。对于不同长度的传输线,论文给出了所需抽样判决次数的计算方法,并推导了系统的误比特率公式。软件仿真和数值计算结果表明,当传输线的长度小于限定长度时,单次抽样判决方法能使严重畸变信号恢复成输入信号;当传输线的长度大于等于限定长度时,利用多次抽样判决方法能够改善系统的误比特率。 四、提出了耦合传输线信道传输矩阵(Coupled Transmission Lines-Channel Transmission Matrix, CTL-CTM)的概念,建立了CTL-CTM数学模型。通过对CTL-CTM进行奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD),提出了一种串扰抵消方法。该方法分别在传输线的输入端和输出端引入酉变换处理,将有串扰的总线系统变换为无串扰的并行传输,从而消除了总线之间的串扰。 对于上述四种解决串扰的方法,论文讨论比较了各自的优缺点、适用范围和抵消效果,为解决高速高密度总线系统中的信号完整性问题提供了多样化的技术选项和技术参考。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN41

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