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EMC 问题目前解决还处于外围电路、PCB、以及结构屏蔽解决,其实 EMC 问题本身还与芯片内部的设计 互连布线有关。

钱平海EMC 2020-11-21 16:58:38EMC
EMC 问题目前解决还处于外围电路、PCB、以及结构屏蔽解决,其实 EMC 问题本身还与芯片内部的设计互连布线有关。
下面这个问题就是一例:我在做一 SOC 芯片的封装设计,封装形式是 PBGA,面向的 PCB 有四层:signal-ground-power-signal。在进行封装直球排布时我遇到一个问题:通常为了给信号有好的电流回流通路,减轻 power/ground bounce,会在高速信号区域中按一定比例方式插入 power/ground 直球。我参考过 intel 的一些北桥或是 memorycontrol hub 的封装直球分布实例,在 DDR 信号(高速信号)区域有的实例插入了 power 和 ground 直球,有的实例只插入了 ground 直球。在我看来因为 DDR 信号接口采用 SSTL_2 规范,使用的是 CMOS 输出电路,应该 power 和 ground bounce 都存在的,需要在 DDR 区域插入等比例的 power 和 ground 直球。所以对于只插入了 ground 直球的实例我不是很理解。我查了一些资料,有一篇文章这么说:most return current for a transmission line travels on the nearest reference plane regardlessof the direction of current on the trace. It matters not whether the signal transitions fromhigh-to-low or low-to-high, the return current travels on the nearest reference plane.按照文章的意思,似乎噪声电流不在乎通过 power plane 或是 ground plane 流走。为什么会这样呢?
 
答 1:1、对于高频信号最终都是要回流到地!所以在芯片电源管脚已经足够解决供电问题情况下优先考虑布置地管脚(直球)。
2、对于现在资料一般认为地平面与电源平面对于高速信号是一样的前提是电源平面到地平面的阻抗足够小,但现在一般单板的还做不到电源平面到地平面阻抗足够小(这是现在电源完整性研究内容),而且本身电源平面本身阻抗有时也比较大,因此在布线时还是优先考虑地平面回流。
 
答 2:因为高频信号电流总是寻找电感最小回路返回信号源,信号频率越高电流回路耦合越紧密。一般 50~100kHz 以上信号就开始体现此特性。GND 或 POWER 叠层相对信号线的瞬态阻抗为串联形式,敷铜层离信号线越远瞬态阻抗越大,因此高频回路电流只会选择最近敷铜层(镜像面)作为回路流回驱动源。如果信号换层,回路电流在信号线换层过孔处从 GND 和 POWER 敷铜平面间电容流过,且在两个层内表面扩散,该阻抗造成的信号返回压降称为地弹(GROUD BOUNCE)。

 
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