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IR Drop 、EM、Noise 和Antenna

文章目录

  • 1. IR Drop
    • 1.1 IR Drop的分类
    • 1. 2 IR drop的影响
    • 1.3 改善 IR Drop的方法
  • 2. EM
    • 2.1 EM影响
    • 2.2 改善EM方法
  • 3. Noise Violation
    • 3.1 何时检查和修复noise violation
    • 3.2 修复noise violation的方法
  • 4. antenna violation
    • 4.1 消除天线效应的方法

1. IR Drop

IR Drop是指电源和地网在集成电路中电压下降和升高的现象。随着工艺的不断进化,金属互连线的宽度越来越窄,电阻值越来越大,供电电压越来越小,IR Drop效果越来越明显。因此,今天的芯片最终被放置IR Drop作为芯片的分析signoff必要步骤。工具使用Redhawk。

1.1 IR Drop的分类

IR Drop主要分为两种。, 另外一种是

静态IR Drop主要原因是电源网络金属连接的分压,由金属连接本身的电阻分压引起。静态电压主要与电源网络的结构和细节有关。

静态IR Drop主要考虑电阻效应,分析电阻的影响。

动态IR Drop原因是电源在电路开关切换过程中电流波动引起的电压降,发生在时钟的触发边缘。时钟沿跳转引起大量晶体管开关,带来组合逻辑电路跳转,使芯片在短时间内产生大电流。

晶体管开关越多,越容易触发动态IR Drop现象。

1. 2 IR drop的影响

  • 性能下降,电压降低后,gate开关速度变慢,性能降低。因此,高性能设计,IR Drop需要控制在很小的范围内。
  • 导致setup和hold违例,如果power network做得不够好,IR drop特别大的局部区域(特别是动态)IR Drop),从而导致 STA阶段signoff的timing与实际情况不一致。

setup如果动态的话,可以通过提高电压来提高频率,但会导致功耗增加IR drop不够 robust,通过抬电压,setup能提升的空间也有限。 一旦出现hold如果违反规定,芯片将无法正常工作。因此,在先进的技术中,IR Drop影响特别大,需要大家高度重视。

1.3 改善 IR Drop的方法

  • 提高PG密度,增加power switch cell数量,增强PG的强壮性
  • 插足够多的decap cell(含去耦电容)
  • 错开转动寄存器row摆放

2. EM

EM(电迁移):当电流过大时,作为互联金属,电子与金属内的原子碰撞,当短时间内发生大量碰撞时,会导致金属发热增大,金属原子沿电子方向流动,这种现象叫做电迁移。 互连线:IC工作电流称为互连线,由金属膜内部传导。

2.1 EM影响

  • 电迁移会使IC短路或线短路或断路IC失效。
  • 增加电源网格的电阻,影响电路时序

2.2 改善EM方法

  • 需要加倍线的宽度
  • 增加via的数量

3. Noise Violation

noise也称为crosstalk(串扰),主要是指工艺金属层线变窄,间距变小,导致线与线之间耦合电容增大,接地电容变小。而Noise尺寸与耦合电容成正比,与接地电容成正比。Noise的影响变大。 noise它通常很容易出现timing比较松的path上和长net上。 在这里插入图片描述 在分析noise时,将产生noise信号源的网络称为侵害net,被串扰的网络被称为受害者net。当侵犯网络的信号在0和1之间电平变换时,受害网络会产生相应的串扰噪声。

3.1 何时检查和修复noise violation

应该在pt timing signoff通过以下命令报告所有阶段noise violation。 noise它会影响信号的逻辑电平,因此必须修复,否则电路的功能可能会出现问题。

3.2 修复noise violation的方法

  • 增强受害net的驱动能力,upsize driver
  • 给受害net加buffer,插buffer是后端修复violation万能手段。它也是一种处理方法。noise一种非常有效的修复技术。buffer长期中断可以有效减少受害者net上耦合电容降低noise的影响。
  • 减少并行走线的长度,改变net走线
  • 将两条net之间的间距加大或者屏蔽线shield来保护受害net
  • 降低侵害网络的驱动能力

4. antenna violation

antenna violation(天线效应):在芯片生产过程中,暴露的金属线和其他导体就像天线收集电荷导致电位升高。当电荷足够时,它会放电,这可能是击穿MOS管的栅极,使电路失效,就是天线效应。 随着工艺技术的发展,栅的尺寸越来越小,金属层越来越多,天线效应的可能性越大。

4.1 消除天线效应的方法

解决天线效应的方法可分为跳线发(上跳线和下跳线)buffer。

该方法通过改变金属布线的水平来解决天线效应,但同时增加了通孔。由于通孔的电阻会直接影响芯片的顺序和串扰,因此严格控制布线水平的变化和通孔的数量。 这两种方法,其中向上跳线法是最常用的,只有当天线效应出现在最高层金属层上时,才会考虑向下跳层。但效果并不明显,可以直接使用以下方法,插入buffer截掉长线。

将接地二极管插入金属连接线,当电荷积累到一定程度时,会形成到地通道,但插入二极管会增加芯片面积,不应大规模使用。 插入buffer切断长线,解决天线效应。

增加栅极面积,减少天线效应

本质还在增加gate缓解天线效应的区域。一般用于较小的区域violation的情况。

标签: 电阻屏蔽膜

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