מודלים של חיבורי ביניים

פרופ’ יוסי שחם

אוניברסיטת תל-אביב

Crosstalkצימוד קיבולי -

+

-Vs=U(t)

R1

R2

מודל מקובץ

V1(t)

V2(t)

C12

C2

C1

המתח המושרה קיבולי עולה המתח המושרה קיבולי עולה ודועךודועך

][)()()( t

ab

ta

b

eeGC

tV 22122

1

)2CC(Ca CCC for

2CCCCCCCCCa

1221

12ll12212121

)C2G(Cb GGG and C CC for

)C(CG)C(CGb

122121

12121221

21GGd

2121 CC & GG for 122 24 GCadb

1.

2.

3.

4.

בזמןבזמן CROSSTALKCROSSTALKתלות ה- תלות ה-

V1(t)

V2(t)tmax

V2,max

lines bus symmetric for

CC

x ,x2

xV

122x1

2x

max2,

מסקנות

לא תלוי CROSSTALK. כאשר הרשת סימטרית ה- 1במוליכות הקו

C/C12תלוי ביחס CROSSTALK. ה- 2

קטן מאוד הצימוד הקיבולי דומיננטי C/C12באשר היחס . 3ומכסימום המתח הנו חצי ממתח המקור

.0.19 קבוע הצימוד הנו C/C12 = 1. כאשר היחס 4

5 .

01222 CR(t)dtv

קווי תמסורת

קו תמסורת עם סיומת

ביטים שונים לקווי תמסורת

impedance sticcharacteri vC'

1C'L'

IV

Z

μεc

εμ1

v

velocitynpropagatio 'CL'

1v

0

rr

0

השפעת הסיומת

0

0

ZZZZ

I

I

V

V

incident

reflected

incident

reflected

)(

)(

1

1

incident

incident

II

VV

וולט( - עומס 5דוגמה ) הנח מקור של נתק

05ZRs VVRZ

ZV s

ssource 8306

0

0 ./

32

55

00

00 ZZZZ

s

LoadR

1Load

1.67 ולכן המתח בעומס מוכפל ל •וולט

כאשר הגל מגיע T לאחר זמן לעומס.

ממנו מוחזר 2/3 גל זה חוזר למקור ו•וכן הלאה.

דוגמה ) המשך(

קו תמסורת

פתרון בעזרת סימולטור נומריflightr0s tt /5,ZR

השפעת ההשראות

RLCRLCקו תמסורת קו תמסורת

L’dx R’dx

C’dx

z

ttzi

LtzRiztzv

),(

),(),(

ttzv

Cztzi

),(),(

המשך( )RLCקו תמסורת

),(),(

),()(),(

SzSCvdzSzdi

SziSLRdzSzdv

),()(),(

2

2SzvSLRSC

dz

Szvd

המשך

zSLRSCr

zSLRSCi evevSzv )()(),(

zSLRSCr

zSLRSCi eieiSzi )()(),(

zSLRSCr

zSLRSCi e

SLRSC

veSLR

SCvSzi )()(),(

פתרון בתחום פתרון בתחום התדרהתדר

}eVeRe{Vt)V(z, zt2

z-tj1

jβαγ

z)tcos(eVz)-tcos(eVt)V(z, z2

z-1

βω

v

קבוע הניחות

1

ωLR

121

LCωα2

LC

2R

α

LR

for large is

מקובץ RLCמודל

הקטבים של הרשת:

Lt Rt

Ct

]-[p 21,2 1

lLCRl

2

האימפדנס האופייני של קו האימפדנס האופייני של קו RLCRLCתמסורת תמסורת

000 C

1j-RZ

11

21 2

0 LR

CL

R

1121

120

LR

CL

C

האיפדנס האופייני בתדר גבוה האיפדנס האופייני בתדר גבוה מאודמאוד

CL

R ,0

RLC

C2

0 ,

דוחף קו תמסורתדוחף קו תמסורת CMOSCMOSמעגל מעגל

P(t)U(t)LC2

RtCL

(t)VVVL

WK

21

(t)V pαinTpDD

p

p'pout

VDD

0

tf

,0R

,0C

Vin(t) Vout(t)

K’p=C’ox, p is in the range of 1 to 2.

We assume that the PMOS is in saturation and neglects the NMOS.

VTP is the threshold voltage of the PMOS

PMOS

NMOS

VDD

הנחותהנחות

• K’p=C’ox, p is in the range of 1 to 2.

• We assume that the PMOS is in saturation and neglects the NMOS.

• VTP is the threshold voltage of the PMOS

• 0 < t < 2T0

• T0 is the time it takes for the signal to travel the distance equal to the length of theline

? t>T0מה קורה לאחר האות מוחזר כמעט בשלמותו כאשר קצה הקו פתוח

(בהנחה שהעומס הקיבולי קטן) ומגיע למקור בחזרה כאשר t=T0.

האות שמגיע למקור מונחת בשיעור

האות ניתן לתיאור כ-

בהנחה שהטרנזיסטור הנו מקור זרם קבוע החזרת הזרם ולכן הסיגנל המוחזר 1 וקבוע החזרת המתח הנו 1שלו הנו -

ממקור הזרם מוכפל:

le 2

leTtP 202 )(

n

i

ilout eiTtPtPV

1

2022 ])([)(

השפעת ההחזרות בקו

t

Vout

RC approximation

RLC transmission line

מתי יש להתחשב בהשראות ?מתי יש להתחשב בהשראות ?

CL

Rl

LCtr 2

2

תנאי א’: זמן העלייה גדול מהזמן שלוקח לגל לחזור למקור :

LCll

Ttr 22

2 0 v

תנאי ב’: מקדם דעיכה קטן ואז שני הקטבים ממשים:

12

1 LCRl

שני תנאים אלה נתנים לכתיבה כתנאי אחד:

מתי התנאי לא יתקיים ?

RL

tr 4

בתנאי זה ההשראות איננה משמעותית בכל אורך שהוא.

Length

Transition time, tr

CL

Rl

2

LCt

l r

2

Lחשוב

Xiaoning Qi, G. Wang, Z. Yu, R. DuttonStanford University

T. YoungSynopsys Inc.

N. ChangHP Labs, Palo Alto

On- chip Inductance Modelingand RLC Extraction of VLSIInterconnects for Circuit

Simulation

Outline• Background and motivation• 3D geometry modeling and inductanceextraction using field solvers• Analytical formulae for inductanceestimation• Applications in circuit simulation• Summary

•Long wires exhibit transmission lineeffects with faster transistor rise/ fall time.• Inductance component becomescomparable to resistance component.• Signal ringing and inductive cross talk areobserved. Ground bounce becomesworse.

Background and MotivationBackground and Motivation

33D Geometry Modeling for D Geometry Modeling for Field SolverField Solver

Path Searching in 3D Geometry Path Searching in 3D Geometry ModelingModeling

Extracted 3D Geometry

L , עצמיתעצמיתנוסחה להשראות

SKINנוסחה להשראות עצמית עם תיקון ל- EFFECT

השראות הדדית

האפשרויות למיקום יחסי של קווים האפשרויות למיקום יחסי של קווים66

33במקרה במקרה MMדוגמה: חישוב דוגמה: חישוב

44מקרה מקרה - - MMדוגמה לחישוב דוגמה לחישוב

השראות עצמית של קו לא ישר השראות עצמית של קו לא ישר

השוואה בין הנוסחה המקורבת לחישוב תלת-ממדי השוואה בין הנוסחה המקורבת לחישוב תלת-ממדי נומרינומרי

סימולציה של חיבור גלובליסימולציה של חיבור גלובלי

RINGINGתופעת מעבר עקב ההשראות -

תופעות רעש על קווי תופעות רעש על קווי הספקיםהספקים

•Accurate automatic 3D geometrygeneration• Analytical formulae for self and mutualinductance estimation• Impact of on- chip inductance on signalintegrity and power/ ground noise

Summary

מימוש סליל על שבבמימוש סליל על שבב

פוליאימידSiO2

סיליקון

L R

Sharad Kapur, kapur@research.bell-labs.com

Jinsong Zhao, zhaojs@cse.ucsc.edu

מעגלי בדיקה להשראותמעגלי בדיקה להשראותBendik Kleveland, Xiaoning Qi, Liam Madden 1 , Robert W. Dutton, and S. Simon Wong

Center for Integrated Systems, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA1 MIPS Technologies Inc., Mountain View, CA 94043, USA

תאור שבב הבדיקהתאור שבב הבדיקה

תאור תהליך תאור תהליך הסימולציה מה- הסימולציה מה-

LAYOUTLAYOUT

במרחק מקו האדמהבמרחק מקו האדמה LLתלות תלות

תלות ההשראות ברוחב הקותלות ההשראות ברוחב הקו

תלות ההשראות תלות ההשראות בתדרבתדר

מודל אנליטי להשראות קווי הספקמודל אנליטי להשראות קווי הספק

RCRCסימולציה - קו סימולציה - קו

RLCRLCסימולציה - קו סימולציה - קו

מתנדי טבעת כהתקני בדיקת מתנדי טבעת כהתקני בדיקת השראות )א’(השראות )א’(

מתנדי טבעת כהתקני בדיקת מתנדי טבעת כהתקני בדיקת השראות )ב’(השראות )ב’(

התקני בדיקה להשראות הדדיתהתקני בדיקה להשראות הדדית

גורם הצימוד ההדדיגורם הצימוד ההדדי

הגנה על קווי שעון מפני צימודים השראותיים

של השעוניםשל השעונים SHIELDSHIELDחיבורי ה- חיבורי ה-

• The shield of CLK A is well connected The shield of CLK A is well connected to the power grid. to the power grid. • The shield of CLK B is only connected The shield of CLK B is only connected at one end at one end • The shield of CLK C is left floating to The shield of CLK C is left floating to mimic neighboring tristate buses. mimic neighboring tristate buses.

ההשראות של שלושת קווי השעוןההשראות של שלושת קווי השעון

סיכום

השראות מהווה גורם משמעותי, בעיקר בתדר גבוה•

באורכי קווים קצרים מאוד או ארוכים מאוד יש לבחון את השפעת •

זמן העלייה על השפעת ההשראות.

במיתוגים מהירים יש להתייחס לחיבור הביניים כקו תמסורת.•