数字集成电路(中文)第四章.ppt

EE141 EE141 第四章 导线 March 27, 2012 导线 互连线在芯片上的影响 电路的导线模型 互连线寄生效应的影响 互连线的寄生效应 额外噪声、降低可靠性 传播延时，影响电路的性能 影响功率和功耗 寄生参数的种类 电容 电阻 电感 寄生参数简化 导线电阻很大、信号上升下降很慢---电感的影响忽略 导线很短，截面很大或电阻率很低---只含电容模型 相邻导线间距大，导线间电容的影响忽略，寄生电容可模拟成接地电容 互连线的影响 互连参数 互连线的电容 电容: 平行板电容模型 边缘场电容 平板电容与边缘电容 多层互连线电容耦合 互连线电容的影响 导线电容 (0.25 mm CMOS工艺) 互连参数 导线电阻 互连线电阻 率 电阻的处理 先进的工艺 使用更好的互连材料 降低平均线长 e.g. 铜, 硅化物 更多的互连层 可以降低平均线长 硅化物多晶栅的 MOSFET 薄层电阻（方块电阻） 现代的互连结构 互连参数 4.4.1 理想导线 4.4.2 集总模型 导线的电路寄生参数沿导线长度分布 只有一个寄生元件占支配地位 元件之间相互作用很小 只考虑电路特性的一个方面 将各个不同的寄生元件集总成单个电路元件 4.4.2 集总模型 4.4.2 集总模型 例： 电源内阻为10kΩ的驱动器，驱动一条10cm长、1μm宽的Al1导线。导线总的集总电容等于11pF（例4.1已求出）。计算到达50%点的时间；从10%点过渡到90%点的时间 4.4.3 集总RC模型 4.4.3 集总RC模型 4.4.3 集总RC模型 Elmore 延时模型 RC 链的Elmore延时 例：电阻-电容导线的时间常数 图：RC线的阶跃响应与时间及位置的关系 RC模型 驱动RC线 经验的设计规则 rc 延时只是在 tpRC 近似或超过驱动门 tpgate时才会考虑 Lcrit ? tpgate/0.38rc rc延时只是在导线输入信号的上升(下降)时间小于导线的上升(下降)时间RC时才会考虑 trise RC 不满足,信号的变化将比导线的传播延时满,集总电容模型即可 Rii = ∑Rj = (Rj ∈ path(s→i) ) ) Elmore延时是估计RC树50%延时的有效方法 总长为L的导线被分割成完全相同的N段，每段长度L/N， 每段电阻和电容分别为rL/N和cL/N。 求导线的时间常数(Elmore延时) 4.4.4 分布rc线模型 扩散方程 EE141 ? Digital Integrated Circuits2nd Wires 电路图 实际视图 较完整的电路模型 仅有电容参数的模型 Global Interconnect S Local = S Technology S Global = S Die Source: Intel 边缘电容 平板电容 n + n + SiO 2 多晶硅 硅化物 p 硅化物: WSi 2, TiSi 2 , PtSi 2 and TaSi 导电性: 是多晶的8-10倍 互连线模型 4.4 导线模型 理想导线 集总模型 lumped model 集总RC模型 分布rc线 四 导线 灯泡A 灯泡B V 导线是一个等势区 每一段上具有相同的电压 优点：电路的寄生效应可以用常微分方程表示 集总电容模型 集总电容模型 RC模型：把每段导线的总导线电阻集总成一个电阻R，总导线电容集总成一个电容C； 对于长互连线是不精确模型，适合用分布rc线模型代替 RC树电路： 电路只有一个输入节点 所有的电容都在某个节点和地之间 不包含任何电阻回路