基于片上去耦电容的配电网络

原书第1版前言

关于作者

第1部分 一般性背景

第1章 概述

1.1 集成电路技术的发展

1.2 设计目标的发展

1.3 配电的问题

1.4 配电噪声的不利影响

1.4.1 信号延时的不确定性

1.4.2 片上时钟抖动

1.4.3 噪声裕度降低

1.4.4 栅氧化层可靠性的降低

1.5 小结

第2章 电路的感性特性

2.1 电感的定义

2.1.1 场能量的定义

2.1.2 磁通量的定义

2.1.3 局部电感

2.1.4 网电感

2.2 电感随频率的变化

2.2.1 均匀电路密度假定

2.2.2 电感变化机制

2.2.3 电路简化模型

2.3 电路的感性行为

2.4 片上互连线的电感特性

2.5 小结

第3章 片上感性电流回路的特性

3.1 简介

3.2 电感与线长的关系

3.3 两个并行回路段的感性耦合

3.4 电路分析的应用

3.5 小结

第4章 电迁移

4.1 电迁移的物理机制

4.2 电迁移引起的机械应力

4.3 电迁移损害的稳态限制

4.4 电迁移寿命与互连线尺寸的关系

4.5 电迁移寿命的统计分布

4.6在交流电流下的电迁移寿命

4.7铝和铜互连工艺的比较

4.8电迁移可靠性设计

4.9小结

第5章 去耦电容

5.1 去耦电容简介

5.1.1 历史回顾

5.1.2 去耦电容当作电荷的蓄水池

5.1.3 去耦电容的现实模型

5.2 带去耦电容的配电网络的阻抗

5.2.1 配电系统的目标阻抗

5.2.2 反共振

5.2.3 去耦电容结构化分布的水力学类比

5.3 固有和策划的片上去耦电容

5.3.1 固有去耦电容

5.3.2 策划去耦电容

5.4 片上去耦电容的类型

5.4.1 PIP电容

5.4.2 MOS电容

5.4.3 MIM电容

5.4.4 侧面通量电容

5.4.5 不同片上去耦电容的对比

5.5 片上开关稳压器

5.6小结

第6章 片上电源分配噪声的缩减趋势

6.1 缩减模型

6.2 互连特性

6.2.1 全局互连特性

6.2.2 网格电感的缩减

6.2.3 倒装芯片封装特性

6.2.4 片上电容的影响

6.3 电源噪声模型

6.4 电源噪声缩减

6.4.1 恒定金属厚度方案分析

6.4.2 缩减金属厚度方案分析

6.4.3 电源噪声的ITRS缩减

6.5 噪声缩减的含义

6.6小结

第7章 第1部分 小结

第2部分 电源系统设计

第8章 高性能配电系统

8.1 配电网络的物理结构

8.2 配电系统的电路模型

8.3 配电系统的输出阻抗

8.4 带有一个去耦电容的配电系统

8.4.1 阻抗特性

8.4.2 单层去耦方案的局限

8.5 去耦电容的层次化布局

8.6配电网络中的谐振

8.7全阻抗补偿

8.8实例分析

8.9设计依据

8.9.1 去耦电容器电感

8.9.2 互连线电感

8.1 0一维电路模型的局限性

8.1 1小结

第9章 片上配电网络

9.1 片上配电网络的类型

9.1.1 片上配电网络的基本结构

9.1.2 提高片上配电网络的阻抗特性

9.1.3 阿尔法微处理器中配电网络的演化史

9.2 裸片封装接口

9.3 其他考虑

9.4 小结

第10章 计算机辅助设计与分析

10.1 片上配电网络的设计流程

10.2 配电网络的线性分析

10.3 配电网络的建模

10.4 表征片上电路的电源电流需求

10.5 配电网络分析的计算方法

10.6片上去耦电容器的分配

10.6.1 基于电荷的分配方法

10.6.2 基于过噪声幅度的分配策略

10.6.3 基于过电荷的分配策略

10.7小结

第11章 快速电压降分析的闭式表达式

11.1 FAIR的背景

11.2 对电压降分析的解析

11.2.1 单电源和单电流负载

11.2.2 单电源和多电流负载

11.2.3 多电源和单电流负载

11.2.4 多电源和多电流负载

11.3 电源网格分析的局部性

11.3.1 电源网格中的空间局部性原理

11.3.2 空间局部性对计算复杂度的影响

11.3.3 在FAIR中利用空间局部性

11.3.4 误差修正窗

11.4 实验结果

11.5 小结

第12章 第2部分 小结

第3部分 配电网络中的噪声

第13章 片上配电网格的电感特性

13.1 输电电路

13.2 仿真设定

13.3 网格类型

13.4 电感与线宽的关系

13.5 网格类型对电感的影响

13.5.1 非交叉指型网格与交叉指型网格的比较

13.5.2 配对型网格与交叉指型网格的比较

13.6影响电感的网格尺寸

13.6.1 影响电感的网格宽度

13.6.2 影响电感的网格长度

13.6.3 电网的方块电感

13.6.4 网格电感的高效计算方法

13.7小结

第14章 网格电感随频率的变化特性

14.1 分析步骤

14.2 电感变化特性的探讨

14.2.1 电路模型

14.2.2 对电感变化特性的分析

14.3 小结

第15章 电感、面积和电阻之间的折衷

15.1 在网格面积不变的约束下电感与电阻的折衷

15.2 在网格电阻不变的约束下电感与面积的折衷

15.3 小结

第16章 交叉指型电源/地分布网络的电感模型

16.1 4对型基本结构

16.2 含有大量交叉指对的电源/地分布网络

16.3 比较与讨论

16.4 小结

第17章 片上电源噪声抑制技术

17.1 添加片上低噪声地来抑制地噪声

17.2 决定地弹抑制的系统参数

17.2.1 噪声电路和噪声敏感电路之间的物理距离

17.2.2 频率和电容的变化

17.2.3 额外接地通路的阻抗

17.3 小结

第18章 片上配电网络中噪声的影响

18.1 芯片封装共振中的尺度效应

18.2 配电噪声的传播

18.3 局部电感特性

18.4 小结

第19章 第3部分小结

第4部分 片上去耦电容器的布局

第20章 片上去耦电容器的有效半径

20.1 背景

20.2 基于目标阻抗的片上去耦电容器有效半径

20.3 估算所需的片上去耦电容值

20.3.1 电阻性噪声主导

20.3.2 电感性噪声主导

20.3.3 连线的临界长度

20.4 由充电时间决定的有效半径

20.5 针对片上去耦电容器布局的设计方法

20.6 片上配电网络模型

20.7 实例分析

20.8 设计意义

20.9 小结

第21章 分布式片上去耦电容器的有效布局

21.1 工艺约束

21.2 在纳米级IC中片上去耦电容器的布局

21.3 分布式片上去耦电容网络的设计

21.4 分布式片上去耦电容网络中的设计折衷

21.4.1 关于R1系统参数的决定因素

21.4.2 C1最小值

21.4.3 片上去耦电容总预算的最小值

21.5 分布式片上去耦电容器系统的设计方法

21.6 实例分析

21.7 小结

第22章 分布式片上电源和去耦电容器的协同设计

22.1 问题的出现

22.2 电源和去耦电容器的协同布局

22.3 实例分析

22.4 小结

第23章 第4部分 小结

第5部分 多层配电网络

第24章 多层电网的阻抗特性

24.1 多层网格的电气特性

24.1.1 单层网格的阻抗特性

24.1.2 多层网格的阻抗特性

24.2 双层网格的实例研究

24.2.1 仿真设置

24.2.2 网格层之间的电感耦合

24.2.3 双层网格的电感参数

24.2.4 双层网格的电阻参数

24.2.5 在双层网格中阻抗随频率的变化量

24.3 设计意义

24.4 小结

第25章 多层交叉指型配电网络

25.1 单金属层特性

25.1.1 使阻抗最小的最优宽度

25.1.2 最优线宽的特性

25.2 多层优化

25.2.1 第一种方案--等电流密度

25.2.2 第二种方案--最小阻抗

25.3 探讨

25.3.1 比较

25.3.2 布通率

25.3.3 忠实度

25.3.4 临界频率

25.4 小结

第26章 第5部分小结

第6部分 多电压电源网络系统

第27章 多片上电源系统

27.1 多电源电压IC

27.1.1 多电源电压技术

27.1.2 CVS

27.1.3 ECVS

27.2 多电源电压IC的挑战

27.2.1 芯片面积

27.2.2 功耗

27.2.3 设计复杂度

27.2.4 布局和布线

27.3 有效电源电压的最佳数目和量值

27.4 小结

第28章 多供电电压的片上配电网格

28.1 背景

28.2 仿真建立

28.3 双电压双地配电网格

28.4 DSDG交叉指型网格

28.4.1 I型DSDG交叉指型网格

28.4.2 II型DSDG交叉指型网格

28.5 DSDG配对网格

28.5.1 I型DSDG配对网格

28.5.2 II型DSDG配对网格

28.6 仿真结果

28.6.1 无去耦电容的交叉指型配电网格

28.6.2 无去耦电容的配对配电网格

28.6.3 具有去耦电容的配电网格

28.6.4 电源噪声随电流负载开关频率变化的关系

28.7 设计意义

28.8 小结

第29章 多电压配电系统的去耦电容

29.1 配电系统的阻抗

29.1.1 配电系统的阻抗介绍

29.1.2 并联电容的反共振

29.1.3 配电系统参数对阻抗的影响

29.2 配电系统阻抗的实例研究

29.3 配电系统的电压传输函数

29.3.1 配电系统的电压传输函数介绍

29.3.2 电压传输函数随配电系统参数变化的关系

29.4 配电系统电压响应的实例研究

29.4.1 电压传输函数的无过冲值

29.4.2 值和频率范围间的折衷

29.5 小结

第30章 第6部分小结

第7部分 综述与附加材料

结束语

附录

附录A 交叉指型P/G网络初始最佳宽度的估计

附录B 多层交叉指型配电网络的首要优化方法

附录C 多层交叉指型配电网络的次要优化方法

附录D DSDG完全交叉指型配电网格的回路互感

附录E DSDG伪交叉指型配电网格的回路互感

附录F DSDG完全配对配电网格的回路互感

附录G DSDG伪配对配电网格的回路互感

参考文献

《国际信息工程先进技术译丛：基于片上去耦电容的配电网络（原书第2版）》主要介绍了高性能超大规模集成电路中配电网络的设计和研究方法，详细分析了片上电源分布网络的各个方面。针对配电系统及其相关的设计难点提出了清晰、有效的解决方法，包括电路网络建模方法和片上去耦电容布局技术。此外，对于片上配电系统的特性行为和设计方法，本书也具有深刻的见解和清晰的表述。本书专业理论性较强，由点及面，由浅入深，在科研领域和工业领域都具有很高的参考价值。本书不仅适用于集成电路物理设计工程师，还可作为集成电路配电网络专题研究人员及相关专业师生的参考书。