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瞬变电流紧缩

瞬态功率噪声是芯片设计过程中最受限制的方面之一,封装和板电感限制了电源电压可以达到多低。

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当英特尔会谈时,人们听。因此,当英特尔行政VP DADI Perlmutter于2012年在ISSCC主题时表示,瞬态电源噪声是芯片设计过程中最限制的方面之一 - 以及包装和板电感如何限制它们的电源电压的低电平- 据表明有效管理瞬态力量的挑战的重力。瞬态功率噪声今天影响每个设计,因此对每个人的思想都是一个担忧。

在涉及关闭时,瞬态电流/无冲击电流真正发挥作用,解释了Synopsys的Galaxy实施平台营销总监Mary Ann White。关机发生在电源门控(也称为电源切换),该电源门控发挥作用像开关以关闭电路的一部分。“匆忙的电流是当你重新打开时。巨大的关注是当你重新打开电源时,有一个巨大的电容效果,一切都突然变开,突然间,你已经匆忙电流。你想确保你能够缓解这一点,并了解你在芯片上没有巨大的浪涌。“

Ansys Apache的产品工程和支持副总裁艾维克•萨卡尔(Aveek Sarkar)为住在布线陈旧的房子里的人提供了一个类比:“每当我们打开太多电器时,灯就会闪烁。在芯片中,与闪烁类似的是逻辑操作从缺乏瞬时电流供应到逻辑状态变化的过程会变慢。这是芯片操作瞬态特性的一个副作用,其中开关逻辑的需求电流随时间变化。现在这个电流不能像正常的供电一样瞬间提供,因为电感器将它节流下来。这必须由本地电容产生的固有寄生电容,电线耦合帽或有意的decaps提供。如果decap不足或封装电感效应严重,开关逻辑处的电压将严重下降(由于Ldi/dt效应),导致逻辑运行较慢或功能失效。”

他指出,在较旧的技术节点中,芯片上没有像芯片上的许多设备,所以当前的瞬态不是那么大。此外,码头在芯片内部稍微有效,因此即使存在瞬态效果,例如导通或关闭的设备,垫料也可以提供该收费,或者因为电流不必进入快速。通过包裹的电感不会导致这一重大滴。但是,现在我们有2 GHz运营的芯片,游戏发生了变化。

“瞬时功率会影响芯片上的噪声量,因为你有L di/dt(电感* δ电流除以δ时间)会产生一定的噪声,”Sarkar继续说道。“如果电感非常高,你试图充电,当你充电时发生的电压铃声使电荷不再那么有效。如果你有一个从电池到芯片的阻抗为零的电导系统,它瞬间获得电流,然后突然之间,逆变器可以立即转换。但事实并非如此。趋势是瞬态电流的di/dt只会增加。这是因为芯片上的设备越来越多,再加上技术节点推动着这些设备的I drive越来越高。

“这些瞬态电流的影响是,现在的电压降噪声更高,因为你有更多的di/dt。由于竞争和市场压力,设计团队现在不得不降低他们的包装成本。他们必须用更少的钱做更多的事。包装的电感会增加,因为如果你有更多的东西,显然你可以做得更好,但因为你的东西更少,电感更高,所以L di/dt(芯片上的电感诱导噪声)也更高,新的技术节点在过孔和触点有更高的电阻,所以我们通常会看到从电池到晶体管的压降更多。”

如果我们仍然用2V的电源运行芯片,那么所有这些都无关紧要,但现在的电源电压——特别是对finFET来说——运行在700mV左右。2v电源上的500mV噪声与50mv电源上的10mv噪声是一个显著的差异。“影响要大得多。我们不再讨论减慢晶体管的速度,我们讨论的是导致晶体管失效。”

高峰和低谷
对于设计师来说,决定如何分析并确保设计考虑到瞬态电流峰值是一项棘手的工作,因为当设计被分析时,Mentor Graphics的技术营销工程师Marko Chew解释说,“这意味着你必须拥有正确的场景,因为不同的场景具有不同的切换属性。这就变成了困难的部分——如何生成一个真实的场景?如果你做一个坏的那么一切交换是交换的同时不会发生你将保险设计…最好的办法是你门电路级仿真运行,观察输出,然后选择那些强调电网最坏的打算。但大多数时候,当你在做物理设计的时候你无法接触到它。它来得太晚了。”

就新技术而言,解决此问题,咀嚼强调它归结为利用最佳实践而不是新工具。“你为最后一个设计做了什么,什么是典型的流程,因为大多数设计都没有从划痕开始 - 他们正在使用以前的实现,但是有一些知识与之相关的知识。那个翻盖的形式是,如果你在又一次地完成相同的芯片,那可能是可以的相同的变体。对于GPU而言,可能是CPU人,下一步可能是相同类型的设计。但对于每个设计基本不同的SoC人,那么它变得棘手。“

怀特指出,有各种各样的分析工具能够观察这些类型的事情。“所发生的是,你必须产生这些电源门库将是什么,它们的特点是为每个开关,这样开关就会知道需要什么来打开和关闭。有一个特性能够处理和铸造库一般会提供这些。您可以在一个块内执行这些开关,这就是我们所说的阵列式开关(细粒度),或者您可以在一个环式开关周围执行(粗粒度)。你会知道当它打开和关闭的时候,有一些与之相关的分析,然后你可以在设计中指定你的IR下降最大值。你可以达到一个目标,也可以达到一个最大值,但铸造厂会告诉你他们在放置开关方面的指导方针。”Synopsys的技术支持静态和动态分析方法。

Apache通过查看统计算法来接近问题,以便预测实际发生的场景,与客户合作以了解可能使用它们必须推动模拟的载体的现实使用条件。一旦它们存在包装和板参数存在的瞬态电流,它们就可以确定电压降噪声的噪声。

较小几何形体的影响
当涉及到瞬态功率时,较小的几何形状意味着用于电网携带电流的互连具有较少的承载能力,因此它们必须更大以支撑相同的电流量,咀嚼。“较小的几何形状意味着您必须分配更多将要将区域路由到电网的内容。它会支持相同的栅极密度。“

随着具有较高栅极电容的FinFET晶体管,高输出驱动单元必须更大,这意味着周围有更多的电流晃动,这意味着电网必须更大。

怀特指出,与较小的几何图形和晶体管像finFET的使用,我们将开始看到——可能由于finFET拥有更多电容因为电容效应发生在红外滴,在尖峰电流,等等——设计必须考虑这些额外的类型的参数。“这就是为什么你真的需要确保你有非常特征鲜明的细胞和方法,以便分析工具能够提取它们。”



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