基于片上去耦电容的配电网络 原书第2版PDF电子书下载

第1部分 一般性背景 2

第1章 概述 2

1.1集成电路技术的发展 3

1.2设计目标的发展 5

1.3配电的问题 8

1.4配电噪声的不利影响 12

1.4.1信号延时的不确定性 12

1.4.2片上时钟抖动 13

1.4.3噪声裕度降低 14

1.4.4栅氧化层可靠性的降低 14

1.5小结 14

第2章 电路的感性特性 16

2.1电感的定义 16

2.1.1场能量的定义 16

2.1.2磁通量的定义 18

2.1.3局部电感 21

2.1.4网电感 25

2.2电感随频率的变化 26

2.2.1均匀电路密度假定 26

2.2.2电感变化机制 27

2.2.3电路简化模型 28

2.3电路的感性行为 31

2.4片上互连线的电感特性 33

2.5小结 35

第3章 片上感性电流回路的特性 36

3.1简介 36

3.2电感与线长的关系 36

3.3两个并行回路段的感性耦合 40

3.4电路分析的应用 41

3.5小结 42

第4章 电迁移 43

4.1电迁移的物理机制 43

4.2电迁移引起的机械应力 45

4.3电迁移损害的稳态限制 46

4.4电迁移寿命与互连线尺寸的关系 47

4.5电迁移寿命的统计分布 49

4.6在交流电流下的电迁移寿命 50

4.7铝和铜互连工艺的比较 51

4.8电迁移可靠性设计 52

4.9小结 53

第5章 去耦电容 54

5.1去耦电容简介 54

5.1.1历史回顾 54

5.1.2去耦电容当作电荷的蓄水池 55

5.1.3去耦电容的现实模型 57

5.2带去耦电容的配电网络的阻抗 59

5.2.1配电系统的目标阻抗 59

5.2.2反共振 61

5.2.3去耦电容结构化分布的水力学类比 65

5.3固有和策划的片上去耦电容 67

5.3.1固有去耦电容 67

5.3.2策划去耦电容 69

5.4片上去耦电容的类型 71

5.4.1 PIP电容 71

5.4.2 MOS电容 73

5.4.3 MIM电容 78

5.4.4侧面通量电容 79

5.4.5不同片上去耦电容的对比 82

5.5片上开关稳压器 83

5.6小结 85

第6章 片上电源分配噪声的缩减趋势 86

6.1缩减模型 86

6.2互连特性 88

6.2.1全局互连特性 89

6.2.2网格电感的缩减 89

6.2.3倒装芯片封装特性 90

6.2.4片上电容的影响 91

6.3电源噪声模型 91

6.4电源噪声缩减 92

6.4.1恒定金属厚度方案分析 92

6.4.2缩减金属厚度方案分析 93

6.4.3电源噪声的ITRS缩减 94

6.5噪声缩减的含义 97

6.6小结 97

第7章第1部分小结 99

第2部分 电源系统设计 102

第8章 高性能配电系统 102

8.1配电网络的物理结构 102

8.2配电系统的电路模型 103

8.3配电系统的输出阻抗 105

8.4带有一个去耦电容的配电系统 107

8.4.1阻抗特性 107

8.4.2单层去耦方案的局限 110

8.5去耦电容的层次化布局 111

8.6配电网络中的谐振 117

8.7全阻抗补偿 121

8.8实例分析 123

8.9设计依据 125

8.9.1去耦电容器电感 125

8.9.2互连线电感 126

8.10一维电路模型的局限性 127

8.11小结 128

第9章 片上配电网络 129

9.1片上配电网络的类型 129

9.1.1片上配电网络的基本结构 129

9.1.2提高片上配电网络的阻抗特性 133

9.1.3阿尔法微处理器中配电网络的演化史 134

9.2裸片封装接口 135

9.3其他考虑 138

9.4小结 139

第10章 计算机辅助设计与分析 140

10.1片上配电网络的设计流程 140

10.2配电网络的线性分析 144

10.3配电网络的建模 145

10.4表征片上电路的电源电流需求 149

10.5配电网络分析的计算方法 150

10.6片上去耦电容器的分配 155

10.6.1基于电荷的分配方法 156

10.6.2基于过噪声幅度的分配策略 157

10.6.3基于过电荷的分配策略 158

10.7小结 159

第11章 快速电压降分析的闭式表达式 160

11.1 FAIR的背景 160

11.2对电压降分析的解析 162

11.2.1单电源和单电流负载 162

11.2.2单电源和多电流负载 164

11.2.3多电源和单电流负载 166

11.2.4多电源和多电流负载 167

11.3电源网格分析的局部性 169

11.3.1电源网格中的空间局部性原理 169

11.3.2空间局部性对计算复杂度的影响 171

11.3.3在FAIR中利用空间局部性 171

11.3.4误差修正窗 173

11.4实验结果 173

11.5小结 178

第12章第2部分小结 179

第3部分 配电网络中的噪声 182

第13章 片上配电网格的电感特性 182

13.1输电电路 182

13.2仿真设定 183

13.3网格类型 184

13.4电感与线宽的关系 188

13.5网格类型对电感的影响 188

13.5.1非交叉指型网格与交叉指型网格的比较 188

13.5.2配对型网格与交叉指型网格的比较 189

13.6影响电感的网格尺寸 189

13.6.1影响电感的网格宽度 190

13.6.2影响电感的网格长度 190

13.6.3电网的方块电感 191

13.6.4网格电感的高效计算方法 191

13.7小结 192

第14章 网格电感随频率的变化特性 194

14.1分析步骤 194

14.2电感变化特性的探讨 195

14.2.1电路模型 195

14.2.2对电感变化特性的分析 197

14.3小结 199

第15章 电感、面积和电阻之间的折衷 200

15.1在网格面积不变的约束下电感与电阻的折衷 200

15.2在网格电阻不变的约束下电感与面积的折衷 203

15.3小结 205

第16章 交叉指型电源／地分布网络的电感模型 206

16.1 4对型基本结构 207

16.2含有大量交叉指对的电源／地分布网络 207

16.3比较与讨论 211

16.4小结 214

第17章 片上电源噪声抑制技术 215

17.1添加片上低噪声地来抑制地噪声 216

17.2决定地弹抑制的系统参数 217

17.2.1噪声电路和噪声敏感电路之间的物理距离 218

17.2.2频率和电容的变化 219

17.2.3额外接地通路的阻抗 220

17.3小结 221

第18章 片上配电网络中噪声的影响 222

18.1芯片封装共振中的尺度效应 222

18.2配电噪声的传播 224

18.3局部电感特性 225

18.4小结 228

第19章第3部分小结 229

第4部分 片上去耦电容器的布局 232

第20章 片上去耦电容器的有效半径 232

20.1背景 233

20.2基于目标阻抗的片上去耦电容器有效半径 234

20.3估算所需的片上去耦电容值 236

20.3.1电阻性噪声主导 236

20.3.2电感性噪声主导 237

20.3.3连线的临界长度 239

20.4由充电时间决定的有效半径 242

20.5针对片上去耦电容器布局的设计方法 245

20.6片上配电网络模型 246

20.7实例分析 248

20.8设计意义 251

20.9小结 252

第21章 分布式片上去耦电容器的有效布局 254

21.1工艺约束 254

21.2在纳米级IC中片上去耦电容器的布局 255

21.3分布式片上去耦电容网络的设计 257

21.4分布式片上去耦电容网络中的设计折衷 261

21.4.1关于R1系统参数的决定因素 261

21.4.2 C1最小值 262

21.4.3片上去耦电容总预算的最小值 262

21.5分布式片上去耦电容器系统的设计方法 264

21.6实例分析 266

21.7小结 269

第22章 分布式片上电源和去耦电容器的协同设计 270

22.1问题的出现 271

22.2电源和去耦电容器的协同布局 272

22.3实例分析 274

22.4小结 275

第23章第4部分小结 277

第5部分 多层配电网络 280

第24章 多层电网的阻抗特性 280

24.1多层网格的电气特性 281

24.1.1单层网格的阻抗特性 281

24.1.2多层网格的阻抗特性 283

24.2双层网格的实例研究 284

24.2.1仿真设置 285

24.2.2网格层之间的电感耦合 285

24.2.3双层网格的电感参数 287

24.2.4双层网格的电阻参数 288

24.2.5在双层网格中阻抗随频率的变化量 289

24.3设计意义 290

24.4小结 291

第25章 多层交叉指型配电网络 292

25.1单金属层特性 293

25.1.1使阻抗最小的最优宽度 294

25.1.2最优线宽的特性 296

25.2多层优化 299

25.2.1第一种方案——等电流密度 300

25.2.2第二种方案——最小阻抗 303

25.3探讨 305

25.3.1比较 305

25.3.2布通率 305

25.3.3忠实度 307

25.3.4临界频率 308

25.4小结 309

第26章第5部分小结 310

第6部分 多电压电源网络系统 312

第27章 多片上电源系统 312

27.1多电源电压IC 312

27.1.1多电源电压技术 313

27.1.2 CVS 314

27.1.3 ECVS 315

27.2多电源电压IC的挑战 316

27.2.1芯片面积 316

27.2.2功耗 316

27.2.3设计复杂度 317

27.2.4布局和布线 317

27.3有效电源电压的最佳数目和量值 320

27.4小结 323

第28章 多供电电压的片上配电网格 324

28.1背景 325

28.2仿真建立 326

28.3双电压双地配电网格 327

28.4 DSDG交叉指型网格 329

28.4.1 Ⅰ型DSDG交叉指型网格 329

28.4.2 Ⅱ型DSDG交叉指型网格 330

28.5 DSDG配对网格 331

28.5.1 Ⅰ型DSDG配对网格 332

28.5.2 Ⅱ型DSDG配对网格 333

28.6仿真结果 335

28.6.1无去耦电容的交叉指型配电网格 340

28.6.2无去耦电容的配对配电网格 341

28.6.3具有去耦电容的配电网格 343

28.6.4电源噪声随电流负载开关频率变化的关系 345

28.7设计意义 347

28.8小结 347

第29章 多电压配电系统的去耦电容 349

29.1配电系统的阻抗 350

29.1.1配电系统的阻抗介绍 350

29.1.2并联电容的反共振 352

29.1.3配电系统参数对阻抗的影响 353

29.2配电系统阻抗的实例研究 356

29.3配电系统的电压传输函数 359

29.3.1配电系统的电压传输函数介绍 359

29.3.2电压传输函数随配电系统参数变化的关系 360

29.4配电系统电压响应的实例研究 364

29.4.1电压传输函数的无过冲值 364

29.4.2值和频率范围间的折衷 365

29.5小结 368

第30章第6部分小结 369

第7部分 综述与附加材料 371

结束语 371

附录 373

附录A交叉指型P/G网络初始最佳宽度的估计 373

附录B多层交叉指型配电网络的首要优化方法 373

附录C多层交叉指型配电网络的次要优化方法 374

附录D DSDG完全交叉指型配电网格的回路互感 374

附录E DSDG伪交叉指型配电网格的回路互感 375

附录F DSDG完全配对配电网格的回路互感 375

附录G DSDG伪配对配电网格的回路互感 376

参考文献 378