고속 디지털 보드를 위한 새로운 전압 버스 설계 방법 = Novel Power Bus Design Method for High-Speed Digital Boards

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fast and accurate power bus design (FAPUD) method for multi-layers high-speed digital boards is devised for the power supply network design tool for accurate and precise high speed board. FAPUD is constructed, based on two main algorithms of the PBEC (Path Based Equivalent Circuit) model and the network synthesis method. The PBEC model exploits simple arithmetic expressions of the lumped 1-D circuit model from the electrical parameters of a 2-D power distribution network. The circuit level design based on PBEC is carried with the proposed regional approach. The circuit level design directly calculates and determines the size of on-chip decoupling capacitors, the size and the location of off-chip decoupling capacitors, and the effective inductances of the package power bus. As a design output, a lumped circuit model and a pre-layout of the power bus including a whole decoupling capacitors are obtained after processing FAPUD. In the tuning procedure, the board re-optimization considering simultaneous switching noise (SSN) added by I/O switching can be carried out because the I/O switching effect on a power supply noise can be estimated over the operation frequency range with the lumped circuit model. Furthermore, if a design changes or needs to be tuned, FAPUD can modify design by replacing decoupling capacitors without consuming other design resources. Finally, FAPUD is accurate compared with conventional PEEC-based design tools, and its design time is 10 times faster than that of conventional PEEC-based design tools.

국문 초록 (Abstract)

다층 고속 디지털 보드에 대한 빠르고 정확한 전압 버스 설계 방법은 정확하고 정밀한 고속 보드에 전원 공급망 설계 방법을 위해 고안 되었다. FAPUD는 PBEC(Path Based Equivalent Circuit)모델과 망 합성 방법의 두 중요 알고리즘을 기반으로 구성된다. PBEC 모델 기반의 회로 레벨의 2차원 전원 분배 망의 전기적 값으로부터 lumped 1차원 회로 모델로 간단한 산술 표현들을 활용한다. 제안된 PBEC 기반인 회로 단계 설계는 제안한 지역 접근법을 이용해 수행된다. 이 회로 단계 설계는 온칩 디커플링 커패시터의 크기, 오프칩 디커플링 커패시터의 위치와 크기, 패키지 전압 버스의 유효한 인덕턴스를 직접 결정하고 계산한다. 설계 출력에 따라 모든 디커플링 커패시터가 포한된 lumped 회로 모델과 전압 버스의 레이아웃은 FAPUD 방법을 이용한 후 얻을 수 있다. 미세조정 과정에서, I/O switching에 의해 덧붙여진 Simultaneous Switching Noise(SSN)를 고려한 보드 재 최적화가 수행될 수 있다. 이는 전원 공급 잡음에 I/O 동작 효과가 lumped 회로 모델을 가지고 전 동작 주파수 범위에 대해 추산될 수 있기 때문이다. 게다가 만약 설계에 조정이 필요하거나 교체해야 한다면, FAPUD 방법은 다른 전면 설계 변경 없이 디커플링 커패시터들을 대체하여 설계를 수정하는 것이 가능하다. 마지막으로 FAPUD 방법은 전형적인 PEEC 기본 설계 방법과 비교해 정확하고 FAPUD 방법의 설계 시간은 전형적인 PEEC 기본 설계 방법의 시간보다 10배가 빠르다.