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Combination Approach of FEM and Circuit System in ir drop Analysis and Its Applications

Tsinghua Science and Technology 2008年第6期13卷 850-857页

作者：唐章宏袁建生 State Key Laboratory of Power System Department of Electrical EngineeringTsinghua University

A method was developed to solve the combined system of the current field and the circuit. The ＂super-node＂ was used to transform the matrix for conventional nodal analyses of a circuit system from non-positive definite to positive definite. Then, a positive definite matrix for the overall system was obtained by combining the matrix from the circuit nodal analysis method and the matrix resulted from finite element method （FEM） formulation to solve the FEM fields. This approach has been successfully applied to simulate the electrical potential and current distributions on each metal layer of printed circuit boards （PCBs） and integrated circuit （IC） packages for a given power supply. The simulation results can then be used to analyze the properties of the PCBs and IC packages such as the port resistances and ir drops. The results can also be used to optimize PCB and IC package designs, such as by adjusting the power/ground distribution networks.

关键词： finite element method printed circuit board integrated circuit package ir drop voltage regulator module modified nodal analysis

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40nm超大规模集成电路电源网络ir drop预估

40nm超大规模集成电路电源网络IR Drop预估

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计算机学会第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器...

作者：王思威赵振宇蒋江张国强杨朱黎国防科技大学计算机学院

随着集成电路设计进入纳米阶段,电源网络对整个芯片的重要性日趋明显。传统使用Cadence公司流程的电源网络设计凭经验先估计电源网络金属的宽度和间距.然后通过Cadence公司的Encounter工具布上电源网络,再通过EPS工具进行ir drop分析,... 详细信息

随着集成电路设计进入纳米阶段,电源网络对整个芯片的重要性日趋明显。传统使用Cadence公司流程的电源网络设计凭经验先估计电源网络金属的宽度和间距.然后通过Cadence公司的Encounter工具布上电源网络,再通过EPS工具进行ir drop分析,然后根据分析结果再返回Encounter修改电源层金属的宽度和间距。本文先通过算法来预估40hm工艺下的ir drop,从而指导在40nm工程背景下芯片电源网络的设计与规划,预先确定电源层金属的宽度和间距,减少迭代的次数,缩短设计周期。最后通过实验证明了该预估算法对电源网络设计的可指导性。

关键词： ir drop 电源网络 40nm

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超大数字电源网格ir drop的层次化分析方法

超大数字电源网格IR Drop的层次化分析方法

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第十六届计算机工程与工艺年会暨第二届微处理器技术论坛

作者：胡日辉田新华马艳上海高性能集成电路设计中心

低功耗设计已成为IC设计中的一个主要挑战。在满足低功耗设计的同时,芯片规模增加,集成度也进一步增加;设计通常采用更低的供电电压和更高的晶体管密度,由此造成ir drop的影响更加突出。电地网格的ir drop分析将成为高性能设计中的关键... 详细信息

低功耗设计已成为IC设计中的一个主要挑战。在满足低功耗设计的同时,芯片规模增加,集成度也进一步增加;设计通常采用更低的供电电压和更高的晶体管密度,由此造成ir drop的影响更加突出。电地网格的ir drop分析将成为高性能设计中的关键问题。本文主要介绍在数字IC设计中遇到的ir drop分析方法。提出了大规模设计的层次化分析方法,特别地,提出了一种能有效应用到顶层分析的快速电地网络弱连接检查方法。

关键词：电地网格分析 ir drop 模块化分析

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In-situ determination of onset lithium plating for safe Li-ion batteries

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Journal of Energy Chemistry 2022年第4期31卷 255-262页

作者： Lei Xu Yi Yang Ye Xiao Wen-Long Cai Yu-Xing Yao Xiao-Ru Chen Chong Yan Hong Yuan Jia-Qi Huang School of Materials Science and Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Advanced Research Institute of Multidisciplinary Science Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Beijing Key Laboratory of Green Chemical Reaction Engineering and Technology Department of Chemical EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China Shanxi Research Institute for Clean Energy Tsinghua UniversityTaiyuan 030032ShanxiChina

Lithium plating in working batteries has attracted wide attention in the exploration of safe energy storage. Establishing an effective and rapid early-warning method is strongly considered but quite challenging since lithium plating behavior is determined by diverse factors. In this contribution, we present a non-destructive electrochemical detection method based on transient state analysis and threeelectrode cell configuration. Through dividing the ir drop value by the current density, the as-obtained impedance quantity(R_(i)) can serve as a descriptor to describe the change of electrochemical reaction impedance on the graphite anode. The onset of lithium plating can be identified from the sharp drop of R_(i). Once the dendritic plated lithium occurs, the extra electrochemical reactions at the lithium interfaces leads to growing active area and reduced surface resistance of the anode. We proposed a protocol to operate the batteries under the limited capacity, which renders the cell with 98.2% capacity retention after 1000 cycles without lithium plating. The early-warning method has also been validated in in-situ optical microscopy batteries and practical pouch cells, providing a general but effective method for online lithium plating detection towards safe batteries.

关键词： Lithium plating In-situ detection method Transient state analysis ir drop Three-electrode battery Lithium-ion batteries

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高速PCB多板互联的电源完整性分析

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单片机与嵌入式系统应用 2023年第9期23卷 41-44页

作者：牛森张敏娟银子燕中北大学信息与通信工程学院太原030051

针对PCB多板互联的非理想连接以及多电源电压的压降损失,提出了一种基于电源分配网络的仿真设计方法,对由底板12 V输入电压逐级降压至核心板主芯片的1.1 V、1.5 V供电电压的电源网络进行仿真分析。主要涉及3个方面:①直流压降,通过选择... 详细信息

针对PCB多板互联的非理想连接以及多电源电压的压降损失,提出了一种基于电源分配网络的仿真设计方法,对由底板12 V输入电压逐级降压至核心板主芯片的1.1 V、1.5 V供电电压的电源网络进行仿真分析。主要涉及3个方面:①直流压降,通过选择ESR更低的电感器、加宽主控芯片电源引脚的覆铜面积等措施使得主控芯片的ir drop从226.24 mV降至41.10 mV;②电流密度,仿真得到电流密度为70.40 A/mm^(2),低于100 A/mm^(2),符合设计标准;③过孔通流能力,增加过孔数量使得过孔处电流从1.172 A降至0.556 A。仿真结果表明,此方法有效降低了多板互联PCB电路潜在的压降损失风险,提高了电源系统的可靠性和稳定性。

关键词： PCB 电源完整性 ir drop 电流密度过孔通流能力 CS3516

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三维垂直结构阻变存储器架构和电路关键问题研究

三维垂直结构阻变存储器架构和电路关键问题研究

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作者：袁瑞复旦大学

学位级别：硕士

随着集成电路需要处理数据量的不断增加,数据的存储变得异常重要,对分立式高密度存储器的市场需求也越来越大。目前较为成熟的分立式高密度存储技术是NAND Flash(闪存),但由于Flash有着微缩瓶颈,不能很好的随工艺代发展而不断微缩。因... 详细信息

随着集成电路需要处理数据量的不断增加,数据的存储变得异常重要,对分立式高密度存储器的市场需求也越来越大。目前较为成熟的分立式高密度存储技术是NAND Flash(闪存),但由于Flash有着微缩瓶颈,不能很好的随工艺代发展而不断微缩。因此急需一种新型高密度存储器来满足日趋强烈的高容量存储需求。RRAM(阻变存储器)存储介质一般是金属氧化物,工艺制造简单,有着很好的随工艺代不断微缩的优势,已成为业内专家们的研究热点。为了与三维NAND Flash在存储密度上相竞争,三维垂直结构RRAM(3D Vertical RRAM)被提出,但3D Vertical RRAM仍存在许多待解决问题：高密度架构的确定,大ir drop(电压降)问题,Disturbance问题,大阵列过长选通延时问题,功耗问题等。本文针对其存在的这些问题进行了详细分析,并提出了相应解决方案。提出低ir drop的3D Shunting Vertical RRAM架构,采用并行操作方式以获得与NAND Flash相竞争的操作带宽。并使用Ref-Cell-Read和Set/Reset-Verify方案进一步抑制ir drop对read和set/reset操作过程可靠性的影响。应对Disturbance(干扰)的问题大阵列过长选通延时问题分别提出2D1R方案和Tick-tuck方案。最后对提出架构的功耗进行了分析,并提出了对一些工艺参数的要求。

关键词： NAND Flash RRAM 三维结构高密度 ir drop Disturbance 选通延时功耗

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超大规模集成电路电源网格完整性分析研究

超大规模集成电路电源网格完整性分析研究

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作者：王书江浙江大学

学位级别：硕士

集成电路中的所有器件都是通过电源网格得到其需的供电电压的。由于电阻的存在，电流流经电源网格时会带来电压降，称之为ir drop。电源网格上的ir drop会降低器件的开关速度和噪声容限，甚至导致逻辑错误。随着超大规模集成电路集成度... 详细信息

集成电路中的所有器件都是通过电源网格得到其需的供电电压的。由于电阻的存在，电流流经电源网格时会带来电压降，称之为ir drop。电源网格上的ir drop会降低器件的开关速度和噪声容限，甚至导致逻辑错误。随着超大规模集成电路集成度和工作频率的不断提高，电源网格的完整性分析变得越来越重要。电源网格的完整性分析包含很多方面，如ir drop分析，金属电迁移等。本文以ir drop分析为主。电源网格的ir drop分析可分为三步来完成：首先提取电源网格的RC参数;然后计算各单元的工作电流;最后建立电源网格的节点电压方程，并求解各点的ir drop。电源网格的ir drop分析分为静态ir drop分析和动态ir drop分析两种。静态ir drop分析是以器件的平均电流为基础的，根据器件电流提取方式的不同又可分为基于面积的ir drop分析和基于活动率的ir drop分析两种。动态ir drop分析以测试矢量为基础，能够记录不同测试矢量下电源网格上的ir drop情况，从而能够较为准确地反映实际工作过程中电源网格上的ir drop。电源网格的完整性分析是一个全局性的问题，芯片中某一部分的ir drop都与其它部分所吸收的电流密切相关。此外，对于当前百万门级的设计来说，电源网格的规模也达百万节点。常规的线性方程组求解方法无论是在速度上还是在存储空间上都无法处理如此大规模的网络，因此如何快速有效地求解这样一个大型网络无疑是一个极具挑战性的问题。本文在认真研究电源网格拓扑结构的基础上，提出了电源网格压缩算法，极大地简化了电路，降低了电路的求解规模。在深入研究地基础上，本文提出了基于不完全Cholesky分解的共轭梯度电路求解算法能够实现电源网格的快速求解。摘要在分析方法上，静态 ir drop分析与测试矢量无关，速度很快;而动态 ir drop分析是与测试矢量密切相关的，计算过程非常耗时。对于一个大规模的设计来说，全芯片全矢量动态 ir drop分析是不现实的。为此我们提出关键节点的概念，用来表征那些在动态分析中可能出问题的节点。我们首先通过静态分析确定电路中的关键节点，然后再对这些关键节点进行动态 ir drop分析。在深入研究的基础上，我们用 C／C＋＋语言在 SUN ULTRA60作站上实现了一套电源网格完整性分析验证集成工具包一 irdrop200，该工具包由4部分组成：电源网格参数提取工具，单元电流提取工具，电路求解引擎和图形显示界面。目前该工具包己经可以进行基于面积和线网活动率的 ir drop分析。

关键词：超大规模集成电路电子设计自动化电源网格 ir drop 信号完整性 ICCG

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