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随着半导体制造工艺的提高,目前高速电路正朝着多功能、高密度、低功耗、高性能以及小型化的方向快速发展。然而,电路的高集成度必将带来更加严峻的同步开关噪声(Simultaneously Switching Noises,SSN)。由于高速PCB的电源分配网络(Power Distribution Network,PDN)通常以整体敷铜的平行板对(即电源/地平面)出现,该平行板对构成了一谐振腔,SSN的高频谐波分量可以激发电源/地平面间谐振,这将导致高速电路引发严重的信号完整性(Signal Integrity,SI)问题、电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)问题,并且向外辐射的电磁噪声可以进一步耦合到互连进而可能引起芯片产生误判,使系统不能正常工作。因此,高速数字系统电源分配网络中同步开关噪声的抑制问题将成为现代高速电路设计中最具挑战性的课题之一。光子带隙结构(Periodic Bandgap,PBG)是指一种介质材料在另一种介质材料中周期性排布能够在特定频带范围内阻止光波传播的周期性结构,处于微波波段的光子带隙结构被称为电磁带隙(Electromagnetic Bandgap,EBG)结构。由于电磁带隙结构在抑制同步开关噪声中表现出的优越禁带特性,本文较为系统地研究了利用介质型电磁带隙结构对高速PCB电源分配网络中同步开关噪声的抑制问题,文中所得结论均可直接用于实际高速数字系统电源分配网络的分析与设计。本文共由五章组成,各章所述内容即可独立成文,又紧密相连、层层递进,构成了一个完整的体系。文中所做主要研究工作及创新性归纳如下:1)利用电磁场有限元方法建立了利用介质型EBG结构抑制高速PCB电源/地平面间SSN传播的二维有限元模型,该模型将抑制电源/地平面间SSN的三维问题转化成二维问题进行处理,提高了计算效率。通过三维全波电磁仿真软件HFSS对二维数值计算结果进行仿真验证,仿真结果与数值计算结果基本吻合验证了二维数值算法的正确性。分析了介质型EBG结构单元相对介电常数、介质柱尺寸、对噪声抑制带宽的影响,得到了噪声抑制带宽随不同单元晶格参数变化的关系曲线。最后为表征介质型EBG结构在抑制SSN的同时未引发高速信号产生SI问题与以典型的平面型UC-EBG结构的电源平面作为高速信号电流返回路径的信号传输质量进行对比,从而验证在电源/地平面间引入介质型EBG结构可以保持更好的信号传输质量。2)利用三维全波电磁仿真软件HFSS研究了利用电源平面分割技术隔离SSN传播的作用效果,制作了使用电源平面分割技术和保持电源/地平面完整的PCB实验板并利用矢量网络分析仪对实验板的S参数进行了测试,实验结果与仿真结果基本吻合从而验证HFSS所得仿真数据的正确性,之后利用HFSS研究了分割类型和电源岛桥接方式对噪声抑制作用产生不同效果。从电磁仿真数据和实验数据可以看出:电源平面分割技术在低频段噪声隔离效果较为明显,但在高频段由于电源/地平面的谐振,电源平面分割间隙处会发生严重的噪声耦合。于是本文提出结合电源平面分割技术和介质型EBG结构技术实现对SSN的宽频带抑制,并利用HFSS进行了模拟仿真,从仿真数据可以看出本文所提方法可实现对SSN的宽频带抑制,之后进一步探讨了分割间隙处介质柱布置数量对噪声隔离效果产生的影响并对在电源平面分割技术中引入介质型EBG结构对其信号传输质量的提高进行了阐述。在上述研究中,所有内容均真实有效,可以直接用于实际高速数字系统电源分配网络的设计与分析。