隨著人們對數(shù)據(jù)處理和運算的需求越來越高，電子產(chǎn)品的核心—芯片的工藝尺寸越來越小，工作的頻率越來越高，目前處理器的核心頻率已達Ghz，數(shù)字信號更短的上升和下降時間，也帶來更高的諧波分量，數(shù)字系統(tǒng)是一個高頻高寬帶的系統(tǒng)。對于一塊組裝的PCB，無論是PCB本身，還是上面的封裝（Package，Pkg），其幾何結構的共振頻率也基本落在這一范圍。不當?shù)碾娫垂到y(tǒng)（PDS）設計，將引起結構共振，導致電源品質(zhì)的惡化，造成系統(tǒng)無法正常工作。

此外，由于元器件密度的增高，為降低系統(tǒng)功耗，系統(tǒng)普遍采用低電壓低擺幅設計，而低電壓信號更容易受到噪聲干擾。這些噪聲來源很廣，如耦合（coupling）、串擾（Crosstalk）、電磁輻射（EMI）等，但是最大的影響則來自于電源的噪聲，特別是同步切換噪聲（Simultaneous switching noise，SSN）。

通常整個PDS系統(tǒng)除了包含電路系統(tǒng)外，也包含電源與地平面形成的電磁場系統(tǒng)。下圖是一個電源傳輸系統(tǒng)的示意圖。

圖1 典型的電源傳輸系統(tǒng)示意圖

Pkg與PCB系統(tǒng)的測量

一般在探討地彈噪聲（GBN）時，通常只單純考慮PCB,且測量其S參數(shù)|S21|來表示GBN大小的依據(jù)。Port1代表SSN激勵源的位置，也即PCB上主動IC的位置，而較小的|S21|代表較好的PDS設計和較小的GBN。然而一般噪聲從IC上產(chǎn)生，通過Pkg的電源系統(tǒng)、再通過基板Via和封裝上的錫球的連接，到達PCB的電源系統(tǒng)（如圖1）。所以不能只單純考慮PCB或Pkg，必須把兩者結合起來，才能正確描述GBN在高速數(shù)字系統(tǒng)中的行為。

為此，我們設計一個PDS結構（如圖2），來代表Pkg安裝在PCB上的電源系統(tǒng)。

圖2 BGA封裝安裝在PCB上的結構和截面示意圖

使用網(wǎng)絡分析儀（HP8510C）結合探針臺（Microtechprobe station）,量測此結構之S參數(shù)，從50Mhz到5Ghz。測量上，使用兩個450um-pitch的GS探針，接到Pkg信號層的Powerring和Ground ring上。這個測量結構如圖3。

圖3 BGA封裝安裝在PCB上的結構測量示意圖

Pkg+PCB結構量測S參數(shù)的結果如圖4所示，同時我們也做了單一Pkg和 PCB的量測結果，通過對比來了解整個PDS系統(tǒng)和單一Pkg和PCB之間的差別。

圖4 BGA封裝安裝在PCB上的量測結果

從圖4的測量結果，我們可以考到三種結構的GBN行為有很大的差異。首先考慮只有單一Pkg時的S參數(shù)，在1.3Ghz之前的行為像一個電容，在1.5Ghz后才有共振模態(tài)產(chǎn)生；考慮單一PCB，在0.5Ghz后就有共振模態(tài)產(chǎn)生，像0.73Ghz（TM01）、0.92Ghz(TM10)、1.17Ghz（TM11），其GBN行為比單一Pkg更糟。最后，考慮Pkg結合PCB，可以看到在1.5Ghz之前，比單一Pkg多了三個共振點，這些噪聲共振來自于PCB，通過錫球、Via等耦合到Pkg的電源上，這會使Pkg里的IC受噪聲影響更嚴重，這跟只考慮單一Pkg或PCB時有很大不同。