Signal integrity analysis of transmission lines backed by electromagnetic bandgap structures in high speed systems

Signal integrity in transmission lines routed above an Electromagnetic Bandgap (EBG) structure is investigated in this thesis. The EBG structure can be designed to induce a wide omni-directional stopband and when it is employed in a conventional parallel plate power distribution network (PDN), efficient suppression of power/ground or simultaneous switching noise is provided. However, the signal lines that are routed above the EBG structure see an interrupted return current path. To investigate this loading effect, a number of signal routing scenarios in a PDN with an embedded mushroom-type EBG structure are investigated through full-wave simulations. Also one of the sample prototypes was fabricated and characterized in frequency and time domain measurements by S-parameters and the output eye diagrams. Furthermore, an equivalent lumped-element circuit is developed to represent the EBG return path. This model is further developed to be applicable to the studied routing scenarios and can be easily incorporated in commercial circuit simulators. The proposed models enable rapid signal integrity analysis as well as global system simulations. Verified by both simulation and measurement results, the signal integrity characteristics of the signal lines backed by an EBG structure are degraded. In order to improve the quality of signal transmission, a modified configuration is introduced. This solution, which utilizes a solid conductor island in the EBG reference plane, offers an optimal insertion loss profile while maintaining noise suppression characteristics of the embedded EBG structure in the PDN.L'intégrité des signaux sur les lignes de transmission au dessus de structures électromagnétiques de bande interdite (EBI) est investiguée dans ce mémoire. Les structures EBI peuvent être conçues afin d'induire une bande atténuée omnidirectionnelle large et quand employées dans un réseau de distribution de puissance (RDP) conventionnel de lames à faces parallèles, une suppression efficace du bruit associé à l'ouverture et fermeture électronique d'un circuit de puissance est réalisée. Cependant, les lignes de signaux au dessus d'une structure EBI sont sujettes à un chemin de retour de courant interrompu. Pour investiguer cet effet de chargement, quelques scénarios de cheminement de signaux dans un RDP avec une structure EBI de type champignon embarqué sont étudiés par des simulations d'ondes-complète. De plus, un des prototypes a été fabriqué et caractérisé dans le domaine fréquentiel et temporel en utilisant les paramètres de dispersion et des diagrammes en oeil. Également, un modèle de circuit à constantes localisées représentant le chemin de retour du EBI a été développé. Ce modèle a également été poussé afin d'être utilisable dans les scénarios de cheminement de lignes et peut être facilement incorporé dans des simulateurs de circuits commerciales. Les modèles proposés permettent une analyse rapide de l'intégrité des signaux ainsi que des simulations globales de systèmes. Vérifié par des simulations et des mesures expérimentales, les caractéristiques de l'intégrité des signaux des lignes supportées par une structure EBI sont dégradées. Afin d'améliorer la qualité des signaux de transmission, une configuration modifiée est introduite. Cette solution, utilisant une île de conducteur solide dans le plan de référence EBI, offre un profile d'affaiblissement d'insertion optimal tout en maintenant les caractéristiques de suppression du bruit des structures EBI dans un RDP