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电路中的互连问题讲课教案.ppt

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文档介绍:电路中的互连问题




互连中存在的问题
电阻寄生
电感寄生
电容寄生
1。使传播延时增加,相应与性能的下降。
2。影响能耗和功率的分布。
3。引起额外的噪声来源,从而影响电路的可靠性。



电容寄生效应 :串扰
a中,电源线和地线垂直(或水平)排布在同一层。
b采用两个宽线金属层分布电源,电源从芯片的四周引入。
c采用两个整块的金属板来分布Vdd和GND,金属板在信号传输层之间起到了屏蔽作用,减少了串扰。


电迁移
金属导线上的电流密度受到电迁移效应的限制。在一条金属线上较长时间的通过直流电流会引起金属离子的移动,这最终会引起导线断裂或与另一条导线短路。
电迁移的发生率取决于温度,晶体结构和平均电流密度,后者是电路设计者唯一能有效控制的因素,通常使电流保持在低于0.5~ 1mA/μm可以防止电迁移。
导线的开路故障




电阻和性能
一条导线的延时随其长度呈平方关系增加。线长增加一倍,它的延时就是原来的4倍。因此长导线的信号延时往往主要取决与RC效应。
解决方法:
采用更好的互连材料
采用更好的互连策略
插入中寄器
优化互连结构


存储器中的地址线可以用上面两种方法减小传播延时。
a使最坏情况的延时缩小为原来的1/4
b是增加一条额外的金属线,称为旁路,它与多晶线平行并且每隔K个单元与其相连,现在延时主要由两个接触点之间短得多的多晶线部分决定,并正比于(k/2)2,每隔k单元才有接触是为了有助于保持实现的密度。
驱动器
多晶硅字线
金属字线
(a)从两端驱动字线
字线
多晶硅字线
金属旁路
(b) 采用金属旁路
字线
K
个单元


采用更好的互连策略
目前布线中典型的“曼哈顿式”面积消耗很大。互连线首先沿两个最佳方向中的一个布线,然后沿垂直方向。
450布线:减少20%线长,降低了功耗,缩小了面积。
y
x
Manhattan
source
diagonal


插入中继器
在互连线中插入中继器,使互连线缩短m倍会使它的传播延时以平方关系减小,这在导线足够长时足以弥补由于插入中继器造成的额外延时


优化互连结构
通过插人寄存器或锁存器把导线分成k段,虽然这并不能减少通过各段导线的延时——一个信号通过整个导线需要经过k个时钟周期——但却有助于提高它的数据处理能力,因为在任意一个时刻该导线同时在处理k个信号。


电感寄生效应
在每一个切换过程中,来自(或流人)电源轨线的瞬态电流都对电路电容充电(或放电) ,无论VDD还是GND连线都是通过压焊线和封装引线连到外部电源上,因而具有一个不可忽略的串联电感。所以,瞬态电流的变化会在芯片外部和芯片内部的电源电压之间产生一个电压差。内部电源电压的偏差会影响逻辑电平并使噪声容限减小。
C
L
V

DD
V
DD
L
i
(
t
)
V
out
V
in
GND

L


解决方法
I/O压焊块和芯片内核有各自的电源引线。
多个电源和接地引线。
仔细选择封装上电源引线和接地引线的位置。
将片外信号的上升和下降时间增加到所允许的最大程度。
安排好大电容的反转使它们不会同时发生。
采用先进的封装技术。
增加印刷版的去耦电容。


去耦电容的作用就像本地电源,稳定了从芯片上看到的电源电压。隔离了压焊线电感和电源线电感,电容和电感结合,起到了低通网络的作用,滤出了电源线上瞬态电压脉冲的高频成分。


终端连接
当互连线很长或传输速度很快的时候,导线电感开始成为影响延时的决定因素,此时必须考虑传输线效应。而合适的终端连接是使延时最小的最有效途径,使负载阻抗与传输线的特征阻抗匹配即可得到最快的响应 。
可以有两种方法:
源点串联
终点并联
Z
0
Z
L
Z
0
源点的串联终端连接
Z
0
Z
0
Z
S
终点的并联终端连接


驱动器晶体管的电阻可以用电器方法实现。驱动器的每一个晶体管用一个分段驱动器代替,每一分段具有不同的电阻,各分断由控制线c1至cn接入或切断,控制线通常由一个反馈控制电路驱动。
Z
0
c
1
c
2
s
0
s
1
s
2
s
n
c
n
Z
L
GND
VDD
In


高级互连技术:降低信号摆幅
Vswing是在输出上的信号摆幅.Iav是平均的充(放)电电流。这一表达式清楚地表明在充(放)电电流不受电压摆幅降低影响的条件下,延时随信号摆幅的降低而线性地降低,而且降低了动态功耗。


上图为一个典型的降摆幅电路图,包括一个驱动器、一个具有大电容/电阻

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上传人:于宗旭 2022/1/26 文件大小:616 KB

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