芯片及系統(tǒng)的電源完整性建模與設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

本書(shū)是有關(guān)電源完整性設(shè)計(jì)和建模方面的一部豐富而又生動(dòng)的指南。書(shū)中通過(guò)真實(shí)的案例分析和可下載的軟件實(shí)例，描述了當(dāng)今高效電源分配和噪聲最小化的設(shè)計(jì)與建模的前沿技術(shù)。作者介紹了電源配送網(wǎng)絡(luò)組成部件、分析技術(shù)、測(cè)量技術(shù)及建模需求；詳盡解釋了電源／地平面建模，包括平面特性、集總模型、基于分布電路的方案等；介紹了幾種先進(jìn)的時(shí)域仿真技術(shù)（例如宏模型），并討論了它們的優(yōu)缺點(diǎn)；此外還展示了建模技術(shù)在多種高級(jí)案例中的應(yīng)用，包括高速服務(wù)器、高速差分信令、芯片封裝分析、材料特性、嵌入去耦電容器和電磁帶隙結(jié)構(gòu)等。    本書(shū)可作為研究電源完整性的電子工程師、系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、信號(hào)完整性工程師、材料工程師等技術(shù)專家及相關(guān)專業(yè)師生的參考資料；對(duì)于研發(fā)高速系統(tǒng)分析軟件的工程師，同樣也會(huì)從書(shū)中受益。

作者簡(jiǎn)介

Madhavan Swaminathan美國(guó)喬治亞理工學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的電子學(xué)Joseph M.　Pettit教授，同時(shí)也是該校封裝研究中心的副主任。Swaminathan教授與他人創(chuàng)立的Jacket Micro Devices公司，在無(wú)線專用集成射頻模塊領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。他曾在iBM公司研究超級(jí)計(jì)算機(jī)的封裝設(shè)計(jì)。由于他在電源配送方面的成就，已當(dāng)選為IEEE Fellow。

書(shū)籍目錄

第1章 基本概念　1.1 引言　　1.1.1 晶體管的功能　　1.1.2 電源配送中的問(wèn)題　　1.1.3 電源配送在微處理器和IC中的重要性　　1.1.4 電源配送網(wǎng)絡(luò)　　1.1.5 電源供電中的跳變　1.2 電源配送的簡(jiǎn)單關(guān)系　　1.2.1 內(nèi)核電路　　1.2.2 I／O電路　　1.2.3 SSN產(chǎn)生的時(shí)延　　1.2.4 SSN影響時(shí)序和電壓容限　　1.2.5 電容器與電流的關(guān)系　1.3 PDN的設(shè)計(jì)　　1.3.1 目標(biāo)阻抗　　1.3.2 阻抗和噪聲電壓　1.4 PDN的組成部件　　1.4.1 穩(wěn)壓器　　1.4.2 旁路或去耦電容器　　1.4.3 封裝和電路板中的平面　　1.4.4 片上電源分配　　1.4.5 PDN中的部件　1.5 PDN分析　　1.5.1 單節(jié)點(diǎn)分析　　1.5.2 分布式分析　1.6 芯片一封裝反諧振：實(shí)例　1.7 高頻測(cè)量　　1.7.1 阻抗測(cè)量　　1.7.2 自阻抗測(cè)量　　1.7.3 轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)量　　1.7.4 完全消除探針電感的阻抗測(cè)量　1.8 以平面為參考的信號(hào)線　　1.8.1 作為傳輸線的信號(hào)線　　1.8.2 傳輸線參數(shù)與SSN的關(guān)系　　1.8.3 SSN與返回路徑突變的關(guān)系　1.9 PDN建模方法學(xué)　1.10 總結(jié)　參考文獻(xiàn)第2章 平面建?！?.1 引言　2.2 平面的特性　　2.2.1 頻域　　2.2.2 時(shí)域　　2.2.3 二維平面　2.3 采用局部電感的集總模型　　2.3.1 提取電感和電阻矩陣　2.4 基于分布式電路的方法　　2.4.1 傳輸線建?！　?.4.2 傳輸矩陣法　　2.4.3 單元格元件的頻率相關(guān)特性　　2.4.4 平面間隙建?！?.5 離散化平面模型　　2.5.1 有限差分法　　2.5.2 有限時(shí)域差分法　　2.5.3 有限元法　2.6 解析法　　2.6.1 諧振腔法　　2.6.2 諧振腔模型的網(wǎng)絡(luò)表示　2.7 多平面對(duì)　　2.7.1 過(guò)孔耦合　　2.7.2 導(dǎo)體耦合　　2.7.3 孔徑耦合　2.8 總結(jié)　參考文獻(xiàn)第3章 同時(shí)開(kāi)關(guān)噪聲　3.1 引言　　3.1.1 SSN的建模方法　3.2 簡(jiǎn)單模型　　3.2.1 輸出緩沖器建模　……第4章 時(shí)域仿真方法第5章 應(yīng)用附錄A 附錄B 軟件清單術(shù)語(yǔ)表

章節(jié)摘錄

　　第1章　基本概念　　電源配送是當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要挑戰(zhàn)。隨著系統(tǒng)的小型化和封裝（package）電路板中采用新的材料，這一挑戰(zhàn)在今后十年里必將與日俱增。隨著器件規(guī)模變大，更多的晶體管被集成到一個(gè)芯片中；隨著電壓的降低，與此相對(duì)應(yīng)的功率和電流量級(jí)將會(huì)提高。千兆比特的信號(hào)將通過(guò)封裝和電路板傳播，因此，能否為晶體管電路提供一個(gè)干凈的電源將變得至關(guān)重要。此外，為了管控耦合和串?dāng)_（crosstalk），必須降低系統(tǒng)中的電磁干擾量級(jí)?！　”菊轮饕U述電源配送的基本概念。在介紹電源配送網(wǎng)絡(luò)（Power Delivery Network，PDN）構(gòu)成部件的同時(shí)，通過(guò)實(shí)例對(duì)這一網(wǎng)絡(luò)的分析方法學(xué)進(jìn)行討論?！　?.1　引言　　1.1.1　晶體管的功能　　微處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、存儲(chǔ)器一類(lèi)的集成電路（IC）及其他專用IC，其內(nèi)部都是由許多晶體管組成的。晶體管是多端開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)信號(hào)來(lái)控制晶體管的開(kāi)通或關(guān)斷。開(kāi)和關(guān)的位置決定流經(jīng)該器件的電流。在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）場(chǎng)效應(yīng)晶體管（M0sFET）工藝中（這是微處理器設(shè)計(jì)中最流行的工藝），使用兩種類(lèi)型晶體管即NMOS（n溝道）晶體管和PMOS（p溝道）晶體管。有關(guān)這些器件的詳細(xì)工作原理請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們?cè)诒緯?shū)中假定這兩種晶體管都是三端器件，可以用開(kāi)關(guān)來(lái)表示，如圖1.1所示。這三個(gè)端分別稱為柵極（G）、源極（s）和漏極（D）。通過(guò)在柵極和源極之間加上一個(gè)電壓，可以開(kāi)通或關(guān)斷流過(guò)晶體管的電流（對(duì)于NMOS晶體管來(lái)說(shuō)，電流從漏極流向源極；PMOS晶體管則相反）。因?yàn)镹MOS晶體管必須在柵極施加電壓才能使電流流過(guò)晶體管，所以稱為常斷開(kāi)關(guān)。如果一個(gè)二進(jìn)制的0（邏輯電平為低）信號(hào)作用于柵極，則開(kāi)關(guān)關(guān)斷；當(dāng)一個(gè)二進(jìn)制的1（邏輯電平為高）信號(hào)作用于柵極時(shí)，則開(kāi)關(guān)開(kāi)通。PMOS晶體管剛好相反，二進(jìn)制的作用于柵極則電流關(guān)斷；而二進(jìn)制的0作用于柵極則電流通過(guò)，即開(kāi)關(guān)開(kāi)通。因此，PMOS晶體管被稱為常通開(kāi)關(guān)。把NMOS晶體管和PMOS晶體管的漏極和柵極分別接在一起可以構(gòu)成反相器。在所有集成電路中，反相器都是基本構(gòu)件之一。本節(jié)我們將討論這種反相器。

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