パッケージーPCB間に生じる寄生結合によるパッケージコモンモード共振

摘要

Package-common-mode resonance which is caused by a parasitic capacitance and parasitic inductances between package and PCB grounds makes degradation of signal and power integrity. A parasitic capacitance between a package ground and a PCB ground anti-resonates with a parasitic inductance at ground connections such as solder balls in a BGA package. In this resonance, currents flow on power and ground lines in the package with the same phase. Thus, the authors name this antiresonance "Package-common-mode resonance". The package-common-mode resonance causes the power and/or ground bounce and increase of jitter of the output signal. According to measurement results of test boards, the resonance frequency is depend on the number of ground connection because the parasitic inductance is decreased by increasing ground connection. For example, the resonance frequency was changed from 575 MHz to 862 MHz in the test board when the number of the ground connection was decupled.%LSIパッケージとそれを実装するPCB間に生じる寄生容量に起因するパッケージコモンモード共振が、電源品質や信号品質を悪化させることを数値計算および実験的に実証した。パッケージとPCBの両グラウンド間寄生容量と接続部の寄生インダクタンスが数100MHzで反共振し、パッケージの電源線とグラウンド線を同相に電流が流れることからパッケージコモンモード共振と名付けた。この共振により、パッケージやPCB上の電源電位やグラウンド電位が大きくバウンスすることを等価回路を用いた数値計算より示した。また、このバウンスによって出力信号のジッタが増大することを示した。試験基板を用いて、パッケージーPCB間の寄生容量およびグラウンド間の接続インダクタンスを測定した。さらにグラウンド間の接続数を多くし寄生インダクタンスを減少させることで、例えば試験基板では共振周波数が575MHzから862MHzと高周波側に移動することを述べた。