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第1章 功率、功率传输及电源完整性 1

1.1电动势 1

1.1.1力一电压类比 1

1.2功率 2

1.2.1功率的物理类比 3

1.2.2电源 3

1.2.3电力电子电路与系统的供电 4

1.3电源配送 4

1.3.1中央直流电源传输模块 5

1.3.2集成电源配送 5

1.3.3电源分配网络 6

1.3.4电源配送调节 6

1.4电源完整性 7

1.4.1电源完整性降低的原因 8

1.5练习题 9

参考文献 9

第2章 巨大规模集成电路及其功率挑战 11

2.1指数集成度和半导体尺寸 11

2.1.1微处理器体系结构的功率发展趋势 12

2.1.2晶体管尺寸缩小及其影响 12

2.2功率和能量消耗 15

2.2.1电容充电的功耗和能耗 16

2.2.2其他功率损耗 19

2.3功率、热和电源完整性的挑战 22

2.3.1电源完整性和缩放造成的影响 22

2.4练习题 28

参考文献 29

第3章 芯片的电源完整性和功率传输优化 30

3.1功率传输及效率 30

3.1.1最大功率传输理论 30

3.1.2电源芯片 31

3.1.3电源的噪声和闭环功率传输的差分特性 38

3.1.4噪声和电源完整性 40

3.2优化芯片的功率传输：片上电感和网格设计 45

3.2.1片上电源网格分析的等效电路模型 45

3.2.2负载电流的斜率和电容位置对噪声的影响 46

3.2.3电源网格功耗分布分析 49

3.2.4带片上电感的电源网格的鲁棒设计 53

3.3电源网格成本因素的折中分析和设计 57

3.3.1功率传输网格设计的成本因素 57

3.3.2功率传输网格设计的折中分析 58

3.4练习题 60

参考文献 61

第4章 电源完整性预分析及抽象 63

4.1工艺，电压和温度：设计验证空间 64

4.1.1电源波动分配 64

4.2后端和前端电源完整性分析 65

4.2.1集成电路中的电源完整性分析差距 67

4.2.2前端电源完整性分析 67

4.2.3芯片组件的抽象 68

4.3高层次抽象模型的仿真环境 73

4.3.1连续介质模型 74

4.4抽象和电源完整性实例分析 74

4.4.1最佳片上电源网络设计 76

4.4.2系统级前端仿真 77

4.5本章小结及巩固 78

4.6练习题 79

参考文献 80

第5章 电源完整性分析与EMI/EMC 81

5.1引言 81

5.2通过电源分布网络产生和传播的噪声分析 82

5.2.1电源和接地噪声来源 82

5.2.2 PDN中目标阻抗的计算 83

5.2.3来自PDN阻抗的电源一地噪声评估 85

5.3降低PDN中噪声的去耦电容建模 86

5.3.1板上去耦电容 87

5.3.2封装级去耦电容 87

5.3.3片上去耦电容 87

5.4电源传输网络中的电流设计方法学 89

5.4.1第一步：尽可能地减小PDN的电感 89

5.4.2第二步：板上去耦电容的使用 91

5.4.3第三步：封装去耦电容的使用 91

5.4.4第四步：片上去耦电容的使用 92

5.5建模方法 93

5.5.1低频近似 93

5.5.2高频方法 95

5.5.3数值方法学分类 95

5.5.4数值方法比较的一个实例研究 96

5.6数值方法 98

5.6.1积分方程方法 98

5.6.2差分方程方法 100

5.7电源和信号传递分析方法及限制 102

5.7.1基于工具范畴的限制 102

5.7.2工具限制的例证 103

5.8电源完整性——电磁干扰检测分析 109

5.8.1 PDN组成部分及相关电源完整性问题 109

5.8.2由SSO/SSN高电流暂态产生的系统级电源轨噪声 110

5.8.3封装和PCB的平面共振 111

5.8.4系统级去耦优化 112

5.8.5回路参考平面的不连续性 113

5.9现有的EMI技术的优势和局限 114

5.10早期的电源完整性检测、EMI建模及分析流程 115

5.10.1早期电源完整性组成部分——检测EMI流程 115

5.10.2版图设计、提取及模型建立 116

5.11 SI、PI和EMI总结 126

5.12练习题 127

参考文献 127

第6章 电源分配建模与电源完整性分析 131

6.1引言 131

6.2电源分配网格的建模 133

6.3电源分配模型的数值分析 136

6.4差模噪声与共模噪声 136

6.5验证与误差分析 138

6.6片上总线开关电流建模 142

6.7总线模型的验证 145

6.8用以减小电源分布噪声的总线偏斜 148

6.9实例研究：电源分布噪声的降低 149

6.10练习题 150

6.11附录一公式（6-37）的方程系数推导 150

参考文献 151

第7章 有效的电流密度和连续模型 155

7.1电路和模型简化 155

7.2有效电流密度的定义 155

7.3有效电流密度和虚拟电流 157

7.4有导体，绝缘体，和其他组件的网络的对称性 157

7.5使用ECD的一个连续模型 158

7.6一个基于连续性模型的IC版图仿真 164

7.7连续性模型与SPICE模型对比 168

7.8纳米级CMOS集成电路的模型优化 171

7.9练习题 171

参考文献 172

第8章 考虑电源完整性的芯片布局规划与设计 173

8.1电源完整性设计：纳米时代下的考虑 173

8.1.1系统要求 173

8.1.2芯片成本 174

8.1.3性能 175

8.1.4功耗最小化 175

8.1.5其他考虑 175

8.2电源完整性设计：技术 175

8.2.1功耗管理 176

8.2.2电源网格设计 177

8.2.3芯片布局规划和去耦电容 179

8.3电源管理和电源完整性 181

8.3.1电源管理技术 182

8.3.2电源完整性的含义 185

参考文献 190

第9章 集成电路与系统中的电源完整性管理 191

9.1芯片级电源完整性管理 191

9.1.1主要技术 191

9.1.2片上噪声测量和建模 192

9.1.3依赖于电压的去耦电容 196

9.1.4优势和技术 198

9.2系统级和封装级的PI管理 199

9.2.1系统级的PI管理 199

9.2.2封装上安装的电容 201

9.2.3有源封装和有源噪声调节 201

9.2.4封装PI管理小结 205

9.3练习题 205

参考文献 206

第10章 集成技术，发展趋势及挑战 208

10.1芯片级集成 208

10.1.1低功耗系统的器件结构 208

10.1.2受益于多个独立栅FinFET结构的应用：SRAM 210

10.1.3器件结构总结 210

10.2封装级集成 211

10.2.1先进封装技术 212

10.3电源完整性管理模块的集成化趋势 220

参考文献 221

补充阅读材料 222

附录A ECD连续模型的推导 223

附录B 平面电路的亥姆霍茨方程的推导 230