專利名稱：電源分配系統(tǒng)的分析方法及相關(guān)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源分配系統(tǒng)的分析方法及相關(guān)技術(shù)，特別是涉及一種能有效反映電源分配系統(tǒng)中各電源端口相互耦合情形的分析方法及相關(guān)技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代化的信息社會中，各種資料、數(shù)據(jù)、影音信息都能以電子訊號的方式快速地傳輸、處理及儲存，因此各式各樣用來處理電子訊號的電子電路，也就成為現(xiàn)代信息社會最重要的硬件基礎(chǔ)之一。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，現(xiàn)代的電子電路是以半導(dǎo)體工藝形成于半導(dǎo)體芯片上的；不過，半導(dǎo)體芯片本身的機(jī)械特性較為脆弱，故半導(dǎo)體芯片要包裝/附著于適當(dāng)?shù)姆庋b及/或電路板上，才能保護(hù)半導(dǎo)體芯片。為了使芯片本身能與外界的其它芯片/電路交換電子訊號，封裝/電路板上會設(shè)有訊號布線，這些訊號布線對內(nèi)可連接于芯片，對外則可連接至其它芯片/電路，以做為芯片與外界交換訊息的途徑。同理，封裝與電路板上也會分布有電源布線；這些電源布線對內(nèi)可連接于芯片，對外則可連接至外界電源(像是穩(wěn)壓器，regulator)，以使芯片本身能從外界電源汲取運(yùn)作所需的偏壓電壓與電流；而這些在封裝/電路板上的電源布線就可視為芯片的電源分配系統(tǒng)。
理想上，電源分配系統(tǒng)的電源布線是完美導(dǎo)體，能夠?qū)⑼饨珉娫赐耆貍鬏斨列酒瑑?nèi)。然而，事實上，這些電源布線上會有寄生電感及寄生電阻，電源布線間也會有電氣性質(zhì)的耦合，以上這些不理想因素都會影響電源分配系統(tǒng)傳輸電力的能力與特性，讓電源分配系統(tǒng)無法將外接電源的電力完全傳輸至芯片。譬如說，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，當(dāng)芯片要輸出時變電子訊號時，芯片中的輸出驅(qū)動電路必需要汲取偏壓電流來驅(qū)動電子訊號的輸出；隨著電子訊號的訊號內(nèi)容轉(zhuǎn)變，輸出驅(qū)動電路所需要的偏壓電流也會轉(zhuǎn)變，而電源供應(yīng)系統(tǒng)也應(yīng)該依照輸出驅(qū)動電路的需求而對應(yīng)地將時變的偏壓電流經(jīng)由電源布線而傳輸至芯片中的輸出驅(qū)動電路。不過，在傳輸時變的偏壓電流時，由于電源分配系統(tǒng)的電源布線上分布有寄生的等效電感，故當(dāng)時變偏壓電流流經(jīng)電源布線時，就會在電源布線上引發(fā)壓降，進(jìn)而影響電源布線所能傳輸?shù)钠珘弘妷海剐酒瑢嶋H接收到的偏壓電壓并非外界電源所供應(yīng)的電壓。若芯片接收的偏壓電壓不理想，連帶地也會影響芯片中各相關(guān)電路的偏壓運(yùn)作，甚至導(dǎo)致誤動作。在現(xiàn)代化的芯片中，由于芯片會以高速、高運(yùn)作時鐘來處理大量(多位)的數(shù)據(jù)，故芯片中常會有許多輸出驅(qū)動電路會在同一時間進(jìn)行同步切換來輸出時變電子訊號，而這些同步切換會連帶地使總偏壓電流劇烈改變，故電源布線上因等效寄生電感所產(chǎn)生的壓降也就會更明顯；對電源分配系統(tǒng)來說，這些因非理想因素所導(dǎo)致的壓降就形成了偏壓電壓中的同步切換噪聲(SSN，simultaneous switching noise)。
為了要控制電源分配系統(tǒng)中的非理想因素，首要關(guān)鍵就是要定量地分析/估計電源分配系統(tǒng)中非理想因素對偏壓電力的影響程度；這樣，芯片設(shè)計者才能適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)芯片中的電路設(shè)計，或是改進(jìn)電源分配系統(tǒng)的設(shè)計，加上適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電路(像是去耦電容，decoupling capacitor)，以減少電源分配系統(tǒng)中非理想因素所導(dǎo)致的負(fù)面影響。
在現(xiàn)有的電源分配系統(tǒng)分析方法中，是以單一接墊的等效電感為基準(zhǔn)來估計電源分配系統(tǒng)中不理想因素所導(dǎo)致的偏壓電壓壓降。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，芯片上會設(shè)有多個正接墊(power pad)與多個地接墊(ground pad)，分別經(jīng)由電源分配系統(tǒng)中的電源布線而連接至偏壓電源的正端及地端。假設(shè)在單一一對的正接墊與地接墊(可視為一組接墊組或一電源端口)中，各接墊連接的對應(yīng)電源布線上總共寄生有等效電感Leff，則當(dāng)這一對正接墊與地接墊要從對應(yīng)的電源布線上汲取偏壓電流I時，就會在電源布線上形成壓降Vd，而此壓降Vd就可表示為Vd＝Leff*(dI/dt)；也就是說，壓降Vd會正比于等效電感的電感值與電流的時變率。若芯片中總共有N個接墊組，現(xiàn)有的分析方法就會直接以N*Leff*(dI/dt)來估計電源分配系統(tǒng)中因不理想因素而導(dǎo)致的壓降。換句話說，現(xiàn)有的電源分配系統(tǒng)分析方法中，是先估計電源分配系統(tǒng)于單一接墊組上的等效電感，再直接沿用此一等效電感來估計芯片上所有接墊組的總和效應(yīng)，以此來評估電源分配系統(tǒng)因非理想因素所導(dǎo)致的壓降。
然而，上述的現(xiàn)有分析方法也有缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)之一，就是現(xiàn)有分析方法沒有考慮到各電源布線間的耦合。在電源分配系統(tǒng)中，除了單一接墊組上的電源布線會因自感(self-inductance)而形成等效電感Leff外，其實不同接墊組所對應(yīng)的不同電源布線間也會有互耦的互感(mutual inductance)與寄生電容，這些因素都會影響電源分配系統(tǒng)的特性與表現(xiàn)(像是壓降)。而現(xiàn)有分析方法僅將N個接墊組的自感相加來評估電源分配系統(tǒng)，顯然無法反映上述這些互耦因素對電源分配系統(tǒng)的影響，當(dāng)然也就無法有效、精確地定量評估電源分配系統(tǒng)的表現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種能有效反映電源分配系統(tǒng)中各電源布線間互耦情形的分析方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，協(xié)助芯片設(shè)計者更精確地定量分析在電源分配系統(tǒng)中由非理想因素所造成的影響，并使設(shè)計者能設(shè)計出更佳的相關(guān)補(bǔ)償機(jī)制(像是去耦電容)。此外，本發(fā)明還能針對不同的同步切換情形分別提供簡化卻又精確的對應(yīng)等效電路，以協(xié)助芯片設(shè)計者了解/仿真電源分配系統(tǒng)在傳輸偏壓電力時的運(yùn)作情形。
本發(fā)明的分析方法中包括有三個主要的分析程序單激分析、多激分析與同步切換噪聲分析。針對一個能從多個電源端口(接墊組)將外界電源提供的電力傳輸至芯片的電源分配系統(tǒng)來說，單激分析系針對各個不同的電源端口，每次使其中一個電源端口開始傳輸一給定偏壓電流(其它電源端口則不傳輸電流)，并量測該電源端口所能提供的偏壓電壓，以比較該偏壓電壓與外界電源所提供的電壓；兩電壓間的差異就是單電源端口上因非理想因素所導(dǎo)致的壓降。根據(jù)壓降與該給定的偏壓電流大小，就可估計該電源端口上的等效阻抗與等效電感。針對不同的電源端口分別估計其對應(yīng)的等效阻抗與等效電感，可初步地了解各電源端口上的自感等因素，并了解哪些電源端口是電源分配系統(tǒng)中較弱、較容易受非理想因素影響的電源端口。
多激分析可針對某一給定的電源端口來進(jìn)行。多激分析使該給定電源端口開始傳輸一給定的偏壓電流(其它電源端口則不傳輸電流)，并量測該電源端口與其它電源端口所能提供的偏壓電壓。此多激分析可用來了解各電源端口相互間的耦合情形。舉例來說，在進(jìn)行多激分析時，若某一電源端口所提供的偏壓電壓與該給定電源端口所提供的偏壓電壓相近，就代表該電源端口與該給定電源端口間的電氣耦合較強(qiáng)，比較可能互相影響。反之，若另一電源端口所提供的偏壓電壓與該給定電源端口所提供的偏壓電壓相差較大，則代表該電源端口與該給定電源端口間的電氣耦合較弱，較不容易互相影響。換句話說，在進(jìn)行多激分析后，就可對不同電源端口間的耦合情形提供進(jìn)一步的分析信息。
同步切換噪聲分析也可針對電源分配系統(tǒng)中的一個給定電源端口來進(jìn)行。在進(jìn)行同步切換噪聲分析時，每次可使不同數(shù)目的電源端口(可包括該給定電源端口本身)同時導(dǎo)通給定的偏壓電流，并量測該給定電源端口所能提供的偏壓電壓，以根據(jù)偏壓電壓與導(dǎo)通的總偏壓電流大小而估計出該給定電源端口上的等效阻抗與等效電感。在使不同數(shù)目的電源端口同時導(dǎo)通電流時，也就是模擬不同的同步切換情形；而針對不同數(shù)目的導(dǎo)通電源端口而分別計算出來的等效阻抗與等效電感，也就代表了該給定電源端口在不同的同步切換情形下所分別對應(yīng)的等效阻抗與等效電感。而這些分析所得的等效阻抗、等效電感就能提供芯片設(shè)計者一個簡單卻又精確的電路模型；芯片設(shè)計者可針對芯片實際應(yīng)用時的同步切換情形來選用對應(yīng)的等效電感，以此等效電感來更精確地了解(仿真)電源分配系統(tǒng)中的非理想因素對芯片運(yùn)作的影響。
在本發(fā)明的一實施例中，可先用單激分析找出電源分配系統(tǒng)中自感較高的電源端口來當(dāng)作一最劣情形的電源端口，而多激分析與同步切換噪聲分析時，就可將此最劣電源端口當(dāng)作給定電源端口，針對此給定電源端口來評估該給定電源端口與其它電源端口間的耦合，并估計該給定電源端口在不同的同步切換情形下所對應(yīng)的等效阻抗、等效電感。
在本發(fā)明的較佳實施例中，上述的單激、多激與同步切換噪聲分析是在封裝(及/或電路板)設(shè)計時以數(shù)值模擬方式來進(jìn)行的。在使某一電源端口導(dǎo)通偏壓電流時，可模擬該電源端口上串連一電流源的情形；而在量測某一電源端口提供的偏壓電壓時，可用計算的方式估算出該電源端口上的電壓大小。換句話說，本發(fā)明可在封裝設(shè)計階段就可仿真分析出電源分配系統(tǒng)的運(yùn)作情形，使設(shè)計者能針對電源分配系統(tǒng)的弱點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計上的改善，譬如說是改進(jìn)封裝設(shè)計中電源布線的分布等等。同時，芯片設(shè)計者也能利用本發(fā)明分析所得的結(jié)果，在仿真芯片運(yùn)作時將電源分配系統(tǒng)的特性一并考慮進(jìn)去，確保芯片的運(yùn)作不會受制于電源分配系統(tǒng)的非理想因素。


圖1示意的是芯片與電源分配系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系。
圖2示意的是典型的電源分配系統(tǒng)分析方法。
圖3為本發(fā)明分析方法的流程圖。
圖4示意的是圖3中單激分析的進(jìn)行情形。
圖5示意的是圖3中多激分析的進(jìn)行情形。
圖6示意的是圖3中同步切換噪聲分析的進(jìn)行情形。
圖7是以實例數(shù)據(jù)示意單激分析的結(jié)果。
圖8是以實例數(shù)據(jù)示意多激分析的結(jié)果。
第9至圖10是以實例數(shù)據(jù)示意同步切換分析的結(jié)果。
圖11為本發(fā)明以單一共享等效電感來為電源分配系統(tǒng)建立等效電路模型的情形。
附圖符號說明12 電源分配系統(tǒng)100 流程102-118 步驟P1-PN、Pn、Pk-PK、Pm-PM、P1-P10、p1-p32 電源端口V、Vs、Vd 電壓I、I_k-I_K、I_m-I_M、I_n、Id 電流Leff 等效電感Z 等效阻抗具體實施方式
請參考圖1；圖1示意的是以電源分配系統(tǒng)來描述一芯片對應(yīng)的封裝/電路板的情形。如圖1的圖面左方所示，半導(dǎo)體芯片安裝于封裝及/或電路板上，芯片上可設(shè)有多個正接墊與多個地接墊；這些正接墊與地接墊連接于封裝/電路板內(nèi)的電源布線，以便將外界電源(像是穩(wěn)壓器，或是電路板上的電源端口)供應(yīng)的電力傳輸至芯片，作為芯片運(yùn)作所必需的偏壓電壓與電流。舉例來說，當(dāng)芯片內(nèi)主控運(yùn)算的核心電路要將電子訊號輸出至外界時，這些電子訊號經(jīng)由驅(qū)動電路的驅(qū)動而輸出；而這些驅(qū)動電路即是通過正接墊與地接墊而汲取其運(yùn)作時所需的偏壓電壓與電流。
以實際應(yīng)用的例子來說，芯片上的接墊可經(jīng)由接合線(bonding wire)的方式連接于封裝上的跡線(trace)，而這些跡線會連接于封裝的導(dǎo)電接腳(pin)，以經(jīng)由這些接腳連接至外界電源。而接合線-跡線-接腳就可視為圖1中的電源布線。另外，某些集成電路是以叩焊晶片(flip chip)方式封裝的，芯片上的接墊會經(jīng)由凸塊(bump)連接至封裝正面，再經(jīng)由封裝內(nèi)的內(nèi)聯(lián)機(jī)層連接至封裝背面的導(dǎo)電球座(ball)；而凸塊-內(nèi)聯(lián)機(jī)層-球座就可視為封裝內(nèi)的電源布線。除了封裝之外，電源布線也可包括電路板上的走線。舉例來說，芯片在封裝為集成電路后，通常還會連接于電路板或主機(jī)板上，以經(jīng)由電路板連接至做為外界電源的穩(wěn)壓器。若要完整考慮整個偏壓電力傳輸途經(jīng)，也可將電路板/主機(jī)板上的走線涵括于圖1中的電源布線內(nèi)。
為了等效芯片至外接電源間的電源布線情形，芯片所對應(yīng)的封裝/電路板可觀念性地以一電源分配系統(tǒng)模型來加以整合描述，如圖1的圖右所示。封裝/電路板與芯片連接之處(也就是正/地接墊)即可視為此一電源分配系統(tǒng)的電源端口；每個電源端口可對應(yīng)于一對接墊組，也就是一個正接墊與一個地接墊。換句話說，此電源分配系統(tǒng)可整合代表封裝/電路板內(nèi)的各個電源布線與電連接途徑；芯片即是經(jīng)由此一電源分配系統(tǒng)而從外界電源汲取其運(yùn)作所需的偏壓電壓與電流。而本發(fā)明的目的之一，就是要提出一種系統(tǒng)化的分析流程，以對芯片的電源分配系統(tǒng)做更精確的定性/定量分析，協(xié)助芯片設(shè)計者更了解電源分布系統(tǒng)的特性，亦可協(xié)助封裝/電路板設(shè)計者改善封裝/電路板的設(shè)計，以減少電源分配系統(tǒng)中因非理想因素而導(dǎo)致的供電噪聲。
請參考圖2。圖2示意的是典型技術(shù)中用來分析電源分配系統(tǒng)的分析方法。為了要分析電源分配系統(tǒng)因非理想因素(像是電源布線上的寄生電感)所導(dǎo)致的壓降，典型的分析技術(shù)是根據(jù)單一電源端口的行為來估計所有電源端口的行為。若單一電源端口與外界電源間有寄生的等效電感Leff，當(dāng)此電源端口要傳輸偏壓電流I時，該等效電感就會引發(fā)Vd的壓降(Vd＝Leff*dI/dt)，使得此一電源端口所實際傳輸至芯片的偏壓電壓V僅有Vs-Vd，而非外界電源所能提供的電壓Vs。
當(dāng)要估計/預(yù)測電源分配系統(tǒng)的整體表現(xiàn)時，圖2中的典型分析方法是直接根據(jù)單一電源端口的行為來估計整體表現(xiàn)。假設(shè)電源分配系統(tǒng)在同一時間內(nèi)會有N個電源端口同時要傳輸偏壓電流I，典型分析方法就會直接以(Vd＝N*Leff*dI/dt)來估計整個電源分配系統(tǒng)中因非理想因素所導(dǎo)致的壓降。
然而，圖2中的典型分析方法也有缺點(diǎn)。其主要的缺點(diǎn)之一，就是忽略了不同電源端口間的相互耦合。在電源分配系統(tǒng)的不同電源布線間，會相互有電氣性質(zhì)的耦合，這些耦合會實際影響電源分配系統(tǒng)的整體表現(xiàn)，并不能輕易加以忽略。故本發(fā)明的主要目的之一，是提出一種較佳的系統(tǒng)化分析流程，以有效地反映電源分配系統(tǒng)中各電源端口相互耦合的情形，并克服典型/現(xiàn)有分析方法的缺點(diǎn)。
請參考圖3及圖4至圖6。圖3示意的即為本發(fā)明系統(tǒng)化分析方法的進(jìn)行流程100；圖4至圖6則分別示意了流程100中各主要步驟的進(jìn)行方式。在本發(fā)明的較佳實施例中，本發(fā)明的分析方法是在封裝設(shè)計時以數(shù)值模擬的技術(shù)來實現(xiàn)，以協(xié)助封裝設(shè)計者了解電源分配系統(tǒng)的特性，同時也可協(xié)助芯片設(shè)計者仿真電源分配系統(tǒng)中的非理想因素，以協(xié)助芯片設(shè)計者了解這些非理想因素對芯片運(yùn)作所可能產(chǎn)生的影響。如圖3所示，本發(fā)明的流程100中有下列步驟步驟102前處理步驟。在完成封裝(及/或電路板)的設(shè)計后，可先根據(jù)封裝(及/或電路板)的封裝結(jié)構(gòu)與材料特性來建立電源分配系統(tǒng)的電路模型。譬如說，封裝中是以何種導(dǎo)電系數(shù)的導(dǎo)電材料來架構(gòu)電源布線，以及電源布線的幾何分布、長度、寬度、電源布線間的距離等等，都會影響電源分配系統(tǒng)的整體表現(xiàn)與特性。而在本步驟中，就可根據(jù)這些參數(shù)來建立起電源分配系統(tǒng)的電路模型，以方便后續(xù)分析的進(jìn)行。
步驟104進(jìn)行單激分析。在本發(fā)明的單激分析中，針對電源分配系統(tǒng)中的各個電源端口，每次使一個電源端口導(dǎo)通一給定的電流，并量測該電源端口所能提供的電壓，以根據(jù)該電源端口所傳輸?shù)钠珘弘妷号c電流來計算該電源端口上的寄生等效阻抗與等效電感。為了進(jìn)一步說明本步驟的進(jìn)行方式，請一并參考圖4；圖4示意的即為本發(fā)明中單激分析的進(jìn)行方式。
如圖4的例子所示，假設(shè)現(xiàn)在要對電源分配系統(tǒng)中的電源端口P1至PN進(jìn)行單激分析，就可先使電源端口P1導(dǎo)通一給定電流I(像是以一電流源來使其導(dǎo)通電流I)，并量測電源端口P1在其正/地接墊間所提供的電壓V(圖4中記為V@P1)；其它的電源端口則可維持懸浮(floating)或高阻抗(highimpedance)狀態(tài)而不需導(dǎo)通電流。比較電壓V與外界電源的電壓Vs，再根據(jù)電流I的大小，就可初步估計出電源端口P1上的寄生等效阻抗Z與等效電感Leff(圖1中以Z@P1以及Leff@P1來代表這些參數(shù)是對應(yīng)于電源端口P1的)。
接下來，就可改使電源端口P2導(dǎo)通給定電流I，并根據(jù)電源端口P2所能提供的電壓V來估計電源端口P2對應(yīng)的寄生等效阻抗Z@P2與Leff@P2。同時間，其它的電源端口則不需導(dǎo)通電流。以此類推，當(dāng)進(jìn)行至電源端口PN時，也是使電源端口PN導(dǎo)通電流I(其它電源端口則不導(dǎo)通)，以根據(jù)電源端口PN的電壓與電流來估計電源端口PN所對應(yīng)的寄生等效阻抗Z@PN與等效電感Leff@PN。這樣一來，就能對電源端口P1至PN完成單激分析了。
在進(jìn)行單激分析而以電流源來使各個受測電源端口導(dǎo)通電流時，可利用直流或交流的時變電流，來分別評估各電源端口所對應(yīng)的阻抗特性。當(dāng)在一電源端口導(dǎo)通給定的直流電流時(也就是使圖4中的電流源為直流電流源時)，可分析出該電源端口的電阻性阻抗。若使該電源端口導(dǎo)通某一給定頻率、給定震幅的諧振交流電流時(也就是使圖4中的電流源為諧振交流電流源時)，則可估計出該電源端口在該給定頻率下的電感性阻抗。另外，也可使該電源端口導(dǎo)通具有給定時域波形的電流，譬如說是具有脈沖(impulse)、步級(step)或是周期性方波波形的電流，以分析該電源端口寄生等效阻抗在時域(time-domain)的作用，以及對電壓的瞬時影響。
單激分析可以針對一電源分配系統(tǒng)中的所有電源端口逐一進(jìn)行，也可在所有電源端口中取樣出某些特定的電源端口，以針對這些特定的電源端口來進(jìn)行本發(fā)明的單激分析；譬如說，假設(shè)電源分配系統(tǒng)中共有100個電源端口，可以只取樣出10個具有代表性的電源端口來進(jìn)行單激分析?？偟膩碚f，在完成本步驟的單激分析時，應(yīng)已能對各別電源端口的各別特性有所了解，可以估計出各別電源端口上的寄生等效阻抗與等效電感Leff。
步驟106在步驟104中對多個電源端口進(jìn)行過單激分析后，就能針對這些電源端口所對應(yīng)的等效阻抗與等效電感來找出一個表現(xiàn)最差的電源端口，以了解電源分配系統(tǒng)的最劣情形。譬如說，可根據(jù)各電源端口的寄生等效電感來排序(sort)，若某一電源端口上的等效電感最大，則該電源端口就可視為是一最劣的電源端口；因為其電感最大，當(dāng)其導(dǎo)通電流時，也會在外界電源所提供的電壓上造成最大的壓降，導(dǎo)致其所能提供的偏壓電壓與外界電源的電壓間具有最大的偏差與噪聲。找出最劣電源端口之后，就可檢查該電源端口的表現(xiàn)是否已經(jīng)違反了相關(guān)規(guī)格。譬如說，芯片封裝體某些電氣規(guī)格中會限定各電源端口的寄生電感上限；某些芯片的規(guī)格可能規(guī)范了該芯片所能容忍的偏壓噪聲與誤差。若最劣電源端口的表現(xiàn)可通過相關(guān)規(guī)格，可進(jìn)一步進(jìn)行至步驟110；若否，則可進(jìn)行至步驟108。
步驟108嘗試修改封裝(及/或電路板)的設(shè)計，或是在適當(dāng)電源端口上加上去耦電容，以改進(jìn)最劣電源端口的表現(xiàn)，再遞回至步驟104，重新針對改進(jìn)后的電源分配系統(tǒng)進(jìn)行單激分析。
步驟110完成步驟104、106而進(jìn)行至此步驟110，代表初始電路設(shè)計已經(jīng)完成。故從步驟110起，就可針對各電源端口間的耦合情形來進(jìn)行分析，并評估電源分配系統(tǒng)的整體運(yùn)作情形，以進(jìn)行電源整合驗證。首先，在步驟110中，可先進(jìn)行多激分析。在針對某一給定電源端口而進(jìn)行多激分析時，可使該給定電源端口開始導(dǎo)通電流(其它電源端口不導(dǎo)通電流)，并量測該給定電源端口與其它電源端口所能提供的偏壓電壓，以了解不同電源端口間互相耦合的程度。關(guān)于步驟110進(jìn)行的情形，請一并參考圖5；圖5示意的即為本發(fā)明多激分析進(jìn)行的情形。
如圖5所示，在針對給定電源端口Pn進(jìn)行多激分析時，可使電源端口Pn導(dǎo)通一給定電流I(像是以一給定電流源來導(dǎo)通電流I)，同時量測電源端口Pn與其它各電源端口Pk至PK、Pm至PM分別所能提供的電壓V(圖5中分別標(biāo)記為V@Pn、V@Pk至V@PK、V@Pm至V@PM)。這樣一來，就能定量地了解各電源端口間的相互耦合情形。舉例來說，在進(jìn)行多激分析時，若某一電源端口的電壓和給定電源端口Pn的電壓相近，就代表該電源端口和給定電源端口Pn之間有高度的耦合，兩者在電源分配系統(tǒng)中的表現(xiàn)可能會相互影響而高度相關(guān)。同理，若在多激分析下某一電源端口與給定電源端口Pn的電壓不相近，就代表兩者的耦合程度較低，互相影響的程度也較少。
類似于單激分析，在進(jìn)行多激分析時，給定電流源上導(dǎo)通的電流也可以是直流或/及交流時變的電流，以分析不同情況下各電源端口間的相互影響。在本發(fā)明的較佳實施例中，多激分析可將最劣電源端口當(dāng)作給定電源端口，針對此一最劣電源端口來進(jìn)行多激分析，以分析出其它電源端口與此最劣電源端口間的耦合程度。另外，在進(jìn)行多激分析時，除了給定電源端口之外，也只要在其余電源端口中選取某些具有代表性的電源端口來進(jìn)行即可，不一定要量測所有電源端口的電壓。舉例來說，若某電源分配系統(tǒng)中共有100個電源端口，可以在這些電源端口中取樣出9個電源端口，以分析某一給定電源端口與這9個電源端口間的耦合情形。
步驟112進(jìn)行完步驟110的多激分析后，可根據(jù)多激分析的結(jié)果檢查電源分配系統(tǒng)的表現(xiàn)是否符合相關(guān)規(guī)格；若否，則回到步驟108；若通過規(guī)格檢測，則可進(jìn)行至步驟114。
步驟114進(jìn)行同步切換噪聲(SSN)分析。如前面討論過的，若芯片中許多個輸出驅(qū)動電路同時要于多個電源端口汲取偏壓電流時，在電源分配系統(tǒng)中就會因為偏壓電流的瞬間大幅改變而導(dǎo)致偏壓電壓中的同步切換噪聲。故在進(jìn)行同步切換噪聲分析時，可使多個電源端口同時導(dǎo)通電流，再量測某一給定電源端口上的電壓，以仿真同步切換情形下該給定電源端口的表現(xiàn)。為了模擬不同的同步切換情形，還可改于不同數(shù)目個電源端口上導(dǎo)通電流，以分析不同同步切換情形下該給定電源端口的表現(xiàn)。關(guān)于此一步驟114的進(jìn)行，請一并參考圖6；圖6示意的即為本發(fā)明進(jìn)行同步切換噪聲分析時的情形。
在針對某一給定電源端口Pn進(jìn)行同步切換噪聲分析時，可先使多個電源端口Pk至PK分別導(dǎo)通給定的電流I_k至I_K(電源端口Pn本身也可導(dǎo)通電流I_n)，使其它電源端口不導(dǎo)通電流，并量測電源端口Pn的電壓V(圖6中標(biāo)示為V@Pn@N1；N1代表導(dǎo)通的總電流量)；根據(jù)此電壓V與電源分配系統(tǒng)中導(dǎo)通的總電流，就可為電源端口Pn計算出在N1同步切換情形下的等效阻抗與等效電感。另外，也可改變導(dǎo)通的電源端口數(shù)目，以模擬不同的同步切換情形。譬如說，除了原先的電源端口Pk至PK外，還可額外使電源端口Pm至PM亦同時分別導(dǎo)通電流I_m至I_M，并量測電源端口I_n的電壓V(圖6中標(biāo)示為V@P1@N2；N2代表導(dǎo)通的總電流量)，并據(jù)此估計出電源端口Pn在N2同步切換情形下的寄生等效阻抗與等效電感。值得注意的是，由于本發(fā)明是同時使多個電源端口導(dǎo)通電流，故在此情形下計算出來的等效阻抗與電感將能有效地反映各電源端口間的互耦情形，以便能更精確地描述電源分配系統(tǒng)在同步切換情形下的特性與表現(xiàn)。在本發(fā)明的較佳實施例中，此給定電源端口Pn可以是步驟106中選出的最劣電源端口。
類似于前述的單激/多激分析，在進(jìn)行同步切換噪聲分析時，各電源端口導(dǎo)通的電流也可以是直流或交流時變的電流。而在進(jìn)行同步切換噪聲分析時，可依據(jù)芯片實際運(yùn)作的情形來決定要使哪些電源端口導(dǎo)通，并決定這些電源端口導(dǎo)通的電流大小(振幅)，以更精確地模擬同步切換的情形。譬如說，在某一電源分配系統(tǒng)中，假設(shè)每一電源端口可為芯片中的4個驅(qū)動電路供應(yīng)偏壓電流，而每一個驅(qū)動電路在驅(qū)動時會汲取偏壓電流Id。因此，當(dāng)要仿真3個驅(qū)動電路同時切換的情形時，可使某一電源端口導(dǎo)通3*Id的電流(其它電源端口不需導(dǎo)通)，并依據(jù)該電源端口上的電壓來估計該電源端口在此種同步切換情形下的等效阻抗與等效電感。同理，當(dāng)要仿真8個驅(qū)動電路同時切換的情形時，就可使2個電源端口各自導(dǎo)通4*Id的電流，這樣就能分析8個驅(qū)動電路同時切換時對電源分配系統(tǒng)的影響，以及各電源端口在此情形下的等效阻抗與等效電感。以此類推，要仿真32個驅(qū)動電路同時切換的情形，就可使8個電源端口分別導(dǎo)通4*Id的電流，并根據(jù)給定電源端口上的電壓來分析32個驅(qū)動電路同步切換時對電源分配系統(tǒng)的影響。
總結(jié)步驟114可知，本發(fā)明在進(jìn)行同步切換噪聲分析時，將可在同步切換噪聲中更為精確地反映電源端口相互耦合的影響。也就是說，在分析同步切換噪聲時，本發(fā)明將能較為真實地將電源端口相互耦合因素考慮進(jìn)來。同時，本發(fā)明也可為不同的同步切換情形提供不同的等效阻抗與等效電感；芯片設(shè)計者可依據(jù)芯片運(yùn)作的實際情形(像是會有幾個驅(qū)動電路同時切換)來選用對應(yīng)的等效電感，以便能更精確地模擬在同步切換下電源供應(yīng)系統(tǒng)對芯片運(yùn)作的影響。
步驟116進(jìn)行完步驟114的同步切換噪聲分析后，可根據(jù)分析結(jié)果再次檢查電源分配系統(tǒng)的表現(xiàn)是否符合相關(guān)規(guī)格；若否，則回到步驟108；若通過規(guī)格檢測，則可進(jìn)行至步驟118。
步驟118完成封裝/電路板的設(shè)計與電源整合驗證。
在上述的本發(fā)明流程100中，步驟110的多激分析與步驟114的同步切換噪聲分析不一定要依照圖3中的順序先進(jìn)行多激分析再進(jìn)行同步切換分析。此兩種分析的進(jìn)行順序可以對調(diào)，或平行進(jìn)行。在本發(fā)明的較佳實施例中，流程100是以數(shù)值模擬來進(jìn)行的，也就是說，在進(jìn)行單激/多激或同步切換噪聲分析時，若要量測某一電源端口的電壓，實際上是以數(shù)值模擬來計算該電源端口上的電壓。不過，圖3中的流程100也可以針對實體的電源分配系統(tǒng)來進(jìn)行，也就是以真實的電流源(像是函數(shù)產(chǎn)生器，functiongenerator)來使電源端口導(dǎo)通，并以量測儀器(像是電壓計、示波器或網(wǎng)絡(luò)分析儀，network analyzer)來測量各電源端口上的電壓。另外，也可在芯片中內(nèi)建上述分析的控制硬件或固件；當(dāng)芯片被封裝于封裝中而形成集成電路后，仍可由集成電路中的芯片本身來控制要使那些電源端口導(dǎo)通、那些電源端口不導(dǎo)通，以進(jìn)行本發(fā)明中的各項分析。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明流程100中各項分析進(jìn)行的情形，以下將以本發(fā)明實際運(yùn)用所得到的各項數(shù)據(jù)為例，來說明本發(fā)明在實際分析一給定型號的封裝時，單激、多激與同步切換噪聲分析進(jìn)行的情形，以了解這些分析所能得到的結(jié)果，而這些結(jié)果又是如何協(xié)助設(shè)計者評估一電源分配系統(tǒng)。請參考圖7至圖10；圖7至圖10示意的即為本發(fā)明在實際對一給定型號的封裝進(jìn)行流程100時所得到的各項相關(guān)數(shù)據(jù)。此給定型號的封裝可視為一電源分配系統(tǒng)12；而圖7所示意的即為本發(fā)明對此電源分配系統(tǒng)12進(jìn)行單激分析時所得到的各項數(shù)據(jù)與圖表；圖8示意的則是本發(fā)明對此電源分配系統(tǒng)12進(jìn)行多激分析時所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)與圖表；圖9至圖10則示意了本發(fā)明對電源分配系統(tǒng)12進(jìn)行同步切換噪聲分析的情形與各相關(guān)數(shù)據(jù)/圖表。
首先，如圖7所示，電源分配系統(tǒng)12是由一給定型號的封裝所形成的，其上有多個沿封裝四周排列的電源端口；而在對此電源分配系統(tǒng)12進(jìn)行單激分析時，可沿封裝的兩側(cè)而在這些電源端口中取樣出10個電源端口P1至P10，并針對這些電源端口進(jìn)行單激分析(可再度參考圖4)。也就是說，在進(jìn)行單激分析時，可先使電源端口P1導(dǎo)通電流(其它各電源端口不導(dǎo)通電流)，并量測電源端口P1所能提供的電壓，根據(jù)量測到的電壓與外界電源所能提供的電壓求得電源分配系統(tǒng)12在電源端口P1上形成的壓降，并根據(jù)此壓降與導(dǎo)通的電流算出電源端口P1處的寄生等效阻抗與等效電感。接下來，再使電源端口P2導(dǎo)通電流(其它電源端口不導(dǎo)通電流)，根據(jù)電源端口P2所能提供的電壓(與外界電源所提供的電壓)求出電源分配系統(tǒng)12在電源端口P2上的等效阻抗與等效電感。依序針對各電源端口進(jìn)行上述步驟，就能求出各電源端口P1至P10個別的等效阻抗與等效電感。
更具體地說，在對某一電源端口進(jìn)行單激分析時，可使該電源端口導(dǎo)通一具有給定頻率的諧振時變電流；假設(shè)該電源端口在傳輸該時變電流時會造成Vd的壓降，就可在頻域中以Z(w)＝Vd(w)/I(w)的等式計算出該電源端口于該給定頻率下的等效阻抗Z(其中，w代表角頻率；Vd(w)與I(w)則分別為頻域下的電壓、電流)。一般來說，此一等效阻抗主要為一電感性的阻抗，故在頻域下，可進(jìn)一步利用Z(w)＝j(luò)*w*Leff(w)的等式來計算出該電源端口于該給定頻率下的等效電感Leff(其中，j為-1的平方根)。改變諧振時變電流的頻率，就可計算出該給定電源端口在不同頻率下所對應(yīng)的等效阻抗與等效電感。而在圖7中，圖表7A與7B即分別示意了在單激分析下各電源端口的等效阻抗與電感隨頻率變化的情形。圖表7A、7B的橫軸為頻率(單位為GHz，1GHz為109Hz)，圖表7A的縱軸為阻抗大小(單位為Ohm，奧姆)，圖表7B的縱軸則為電感大小(單位為pH，H為亨利，1pH＝10-12H)。如圖表7A所示，在單激分析下，各電源端口的等效阻抗大小會呈現(xiàn)電感性的高通趨勢，電源端口P1的等效阻抗最大；電源端口P2的等效阻抗則次之。電源端口P3至P10的等效阻抗則十分相近。利用等效阻抗算出圖表7B中的等效電感后，可發(fā)現(xiàn)各電源端口的等效電感幾乎呈現(xiàn)一定值(而不隨頻率改變)，而電源端口P1的等效電感最大，電源端口P2的等效電感次之，電源端口P3至P10的等效電感則十分相近。
在對電源分配系統(tǒng)12中的電源端口P1至P10進(jìn)行單激分析而繪制出圖7中的圖表7A、7B后，由這兩個圖表可看出，電源端口P1的等效阻抗與等效電感都是最大的。這也就代表了，電源端口P1在傳輸偏壓電力時會造成最大程度的壓降；換句話說，在電源端口P1至P10中，電源端口P1是特性最不良的，可視為一最劣電源端口(可再度參考圖3中流程100的步驟106)。經(jīng)由此分析，封裝/電路板的設(shè)計者可得知電源分配系統(tǒng)的弱點(diǎn)(也就是最劣電源端口)，也才能有效地針對此弱點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，以控制整個電源分配系統(tǒng)的特性。
延續(xù)圖7的例子，請繼續(xù)參考圖8。如圖8所示，本發(fā)明可沿用圖7中取樣出的電源端口P1至P10來進(jìn)行多激分析(可一并參考圖5的多激分析)。在進(jìn)行多激分析時，是以最劣電源端口P1為一給定電源端口，使電源端口P1導(dǎo)通電流(其它電源端口不導(dǎo)通電流)，并量測各電源端口P1至P10的電壓。此多激分析可了解其它電源端口P2至P10與電源端口P1間的互耦關(guān)系。由于各電源端口間的相互耦合，即使電源端口P2至P10均未導(dǎo)通電流，但仍會有電壓，此電壓就是由導(dǎo)通的電源端口P1耦合而來。因此，測量各電源端口P2至P10的電壓，就可定性/定量地了解各電源端口與電源端口P1間的耦合程度。根據(jù)各電源端口(P2至P10)的電壓與電源端口P1導(dǎo)通的電流，也可計算出各電源端口在互耦情形下引發(fā)的等效阻抗與等效電阻。在圖8中，圖表8A、8B就分別示意了在互耦情形下各電源端口所引發(fā)的等效阻抗與等效電感；圖表8A、8B的橫軸為頻率，圖表8A的縱軸為阻抗大小，圖表8B的縱軸代表電感值大小。此外，圖表8C則表列出各電源端口在400MHz(1MHz＝106Hz)頻率下的互耦情形；以電源端口P1的自感作為100％的基準(zhǔn)，則電源端口P2與電源端口P1間的耦合程度可計算為24％；電源端口P3與電源端口P1間的耦合程度則為16％，以此類推。由圖表8C可知，在電源端口P2至P10中，電源端口P2與電源端口P1間有最大程度的互耦。這可能是因為電源端口P2與電源端口P1的位置相近，或者是，電源端口P2與電源端口P1的電源布線有較大的電氣耦合或幾何關(guān)連。這也代表了，電源端口P2的特性會某種程度地受電源端口P1的影響；由于電源端口P1是最劣電源端口，電源端口P2的特性也會連帶地受影響。相對地，若能改善電源端口P1在傳輸偏壓電力時的特性，電源端口P2的特性就有可能也會隨之改善。
延續(xù)圖7、圖8的例子，請繼續(xù)參考圖9、圖10。在圖9、圖10中，本發(fā)明是另在封裝的一側(cè)取樣出電源端口p1至p32，以針對這些電源端口來進(jìn)行同步切換噪聲分析。同步切換噪聲使不同數(shù)目的電源端口同時導(dǎo)通電流，以模擬不同的同步切換情形(可再度參考圖6的同步切換噪聲示意圖)。在圖9、圖10的例子中，電源分配系統(tǒng)12中的每個電源端口p1至p32可分別為4個驅(qū)動電路供應(yīng)偏壓電力(偏壓電壓與偏壓電流)；若有N個驅(qū)動電路要同時汲取偏壓電流，就可視為數(shù)目N的同步切換。而電源分配系統(tǒng)12在不同數(shù)目的同步切換下所引發(fā)的電源噪聲與等效電感，即示意于圖9的圖表9A中；此電源噪聲與等效電感是以電源端口p1(其可以是圖7、圖8中的最劣電源端口P1)為基準(zhǔn)來測量、計算的。圖表9A的橫軸為同步切換的數(shù)目，左縱軸代表電源噪聲(也就是因為偏壓電流切換改變而在電源分配系統(tǒng)中所引發(fā)的壓降，即所謂的delta-I noise)的大小，其單位為mV(V為伏特，1mV＝10^(-3)V)；右縱軸則代表等效阻抗的大小，其單位為pH。而標(biāo)示有SSN的曲線則用來代表電源噪聲的變化情形，其度量需參考左縱軸；標(biāo)示有Leff的曲線則用來代表等效電感Leff的變化情形，其度量需參考右縱軸。
配合圖9中的圖表9A，在圖10的圖表10A中，則列表示意了不同切換數(shù)目下，在頻域(頻率為400MHz)與時域中的等效電感及相關(guān)數(shù)據(jù)。如圖表10A所示，當(dāng)同步切換的數(shù)目為1時，是以電源端口p1導(dǎo)通1單位電流Id來仿真1個驅(qū)動電路所汲取的偏壓電流。當(dāng)同步切換的數(shù)目為2、3、4時，則是以電源端口p1分別導(dǎo)通2*、3*、4*Id來分別模擬2、3、4個驅(qū)動電路同時于電源端口p1汲取驅(qū)動電流的情形；所以，當(dāng)同步切換數(shù)目在1至4時，導(dǎo)通的電源端口數(shù)目同樣為1。當(dāng)同步切換的數(shù)目為5時，電源端口p1導(dǎo)通4*Id電流，電源端口p2則導(dǎo)通1*Id電流；因為同一個電源端口用來為4個驅(qū)動電路供應(yīng)電流，所以，要仿真5個驅(qū)動電路同時汲取偏壓電流的情形，就可使兩個電源端口分別導(dǎo)通4*Id及1*Id的電流。同理，在同步切換數(shù)目為6的情形下，則可使電源端口p1導(dǎo)通4*Id電流、電源端口p2導(dǎo)通2*Id電流，以仿真6個驅(qū)動電路同時汲取驅(qū)動電流的情形。以此類推，當(dāng)同步切換數(shù)目為32時，就要使電源端口p1至p8同時導(dǎo)通4*Id的電流，以仿真出32個驅(qū)動電路同時汲取偏壓電流時的情形。
換句話說，在同步切換噪聲分析中，以不同電源端口導(dǎo)通對應(yīng)電流，就可模擬出不同的同步切換數(shù)目，并可量測、計算出各種同步切換情形下所各自對應(yīng)的電源噪聲與等效電感。如圖表9A所示，隨著同步切換的數(shù)目增加，電源噪聲(曲線SSN，也就是在電源端口p1的壓降)也逐漸增加。由曲線SSN可觀察出，當(dāng)同步切換數(shù)目在1至4時，電源噪聲呈線性的上升。這是因為，當(dāng)同步切換的數(shù)目小于5時，都是由同一電源端口來供應(yīng)偏壓電流，故電源噪聲會依照同一電源端口的特性規(guī)則地線性上升。不過，當(dāng)同步切換數(shù)目等于(或大于)5時，曲線SSN的上升趨勢就會呈現(xiàn)劇烈的改變，這就反映了電源端口間的互耦情形。因為，當(dāng)同步切換數(shù)目大于等于5時，會有多個電源端口要同時傳輸電力；若每個電源端口相互的間沒有耦合，那么曲線SSN的上升趨勢應(yīng)該不會改變，其上升趨勢應(yīng)該和單一電源端口導(dǎo)通時的上升趨勢(也就是同步切換數(shù)目小于5時)一致。然而，由圖表9A可看出，當(dāng)同步切換數(shù)目大于等于5時，曲線SSN的上升趨勢趨緩，這也就反映了各電源端口間會因相互耦合而影響電源噪聲。
根據(jù)電源端口p1上的壓降(電源噪聲)與各電源端口導(dǎo)通的總電流，就可計算出圖9中的等效電感Leff。同理，圖10中的等效電感也是如此計算出來的。如前面討論過的，在使電源端口導(dǎo)通電流時，可用諧振的時變電流來進(jìn)行頻域分析，也可利用具有特定時域波形的時變電流來進(jìn)行時域分析。圖10中的列表同時顯示了時域分析所得的等效電感與頻域分析時所得的等效電感。要強(qiáng)調(diào)的是，就如圖表9A所示，這樣所求算出來的等效電感已經(jīng)反映了電源端口間的耦合特性，故能更為精確地描述電源分配系統(tǒng)的特性。而在進(jìn)行此同步切換分析時所得的等效電感，就能用來簡化電源分配系統(tǒng)的模型，協(xié)助芯片設(shè)計者以更精簡(但不失正確性)的電路模型來仿真電源分配系統(tǒng)的非理想特性。關(guān)于此情形，請參考圖11。圖11示意的即為本發(fā)明為電源分配系統(tǒng)建立電路模型的情形。
如圖11的圖面左方所示，電源分配系統(tǒng)中的電源端口P1、P2至PN可分別為4個驅(qū)動電路傳輸偏壓電力。由于電源分配系統(tǒng)的非理想因素，各電源端口上分別有寄生的等效自感Leff@P1、Leff@P2至Leff@PN，相互間還有互耦的阻抗Zc1、Zc2至ZcN等等。也就是說，必須要以復(fù)雜的阻抗網(wǎng)絡(luò)，才能仿真電源分配系統(tǒng)的特性。因此，當(dāng)芯片設(shè)計者要在芯片設(shè)計中考慮電源分配系統(tǒng)的非理想因素時，就要使用此一復(fù)雜的阻抗網(wǎng)絡(luò)模型才能較為完整地仿真電源分配系統(tǒng)特性，無疑地，這將會使芯片設(shè)計/仿真的工作更為復(fù)雜，也更難進(jìn)行，還會增加芯片設(shè)計的時間與成本。
相較之下，利用本發(fā)明的同步切換噪聲分析，芯片設(shè)計者就可利用圖11右方的簡化電路模型來仿真電源分配系統(tǒng)的特性，只要依照芯片運(yùn)作的特性而在圖表10A(圖10)中選取適當(dāng)?shù)碾姼兄?，就能簡單地以單一共享電感Leff來等效地描述整個電源分配系統(tǒng)。舉例來說，若某一芯片在運(yùn)作時會有16個驅(qū)動電路同時汲取頻率400MHz的偏壓電流，就可在圖表10A中選用534pH(圖表10A，頻率分析欄，對應(yīng)同步切換數(shù)目16的列)來當(dāng)作圖11右方的共享電感值。同理，若芯片的運(yùn)作特性會有32個驅(qū)動電路同時汲取具有特定時域波形的驅(qū)動電流，就可依據(jù)圖表10A而選取612pH(時域分析欄，對應(yīng)同步切換數(shù)目32的列)來作為共享電感Leff的電感值。再度強(qiáng)調(diào)，由圖9、圖10的討論可知，圖表9A、10A中的電感值都已經(jīng)涵蓋了電源端口間的互耦因素，所以，即使本發(fā)明僅使用了單一共享電感Leff，也能精確地反映電源分配系統(tǒng)的整體特性。根據(jù)此一共享電感所建立的簡單電路模型，芯片設(shè)計者就能夠快速、方便、直覺地在設(shè)計芯片時將電源分配系統(tǒng)的特性納入考慮，以使芯片中的電路能夠與電源分配系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，使整個集成電路的運(yùn)作不會受制于電源分配系統(tǒng)的非理想因素。
總的來說，相較于現(xiàn)有/典型的分析方法中，本發(fā)明中的單激、多激與同步切換噪聲分析能夠更為精確地反映電源分配系統(tǒng)的特性，以將單一電源端口的自感、不同電源端口間因互耦所導(dǎo)致的交互影響與全面性的同步切換噪聲同時做一整體性的定量分析。封裝/電路板設(shè)計者可利用本發(fā)明的分析方法找出電源分配系統(tǒng)的弱點(diǎn)，并針對此弱點(diǎn)的定量特性予以補(bǔ)償。因此，本發(fā)明將可協(xié)助封裝/電路板設(shè)計者減低設(shè)計時的盲點(diǎn)，進(jìn)而提供較佳的設(shè)計準(zhǔn)則；同時，本發(fā)明也可協(xié)助設(shè)計者有效評估去耦電源擺放處與必要性。另一方面，本發(fā)明也能針對全面性的同步切換噪聲進(jìn)行分析與評估，使芯片設(shè)計者能更簡單地仿真電源分配系統(tǒng)的效應(yīng)，以有效地進(jìn)行系統(tǒng)電源預(yù)算(budget)的控制。本發(fā)明的各項分析能以硬件或軟件程序代碼的形式來實現(xiàn)；譬如說，本發(fā)明的各項分析可用軟件程序代碼來實現(xiàn)；當(dāng)以計算機(jī)執(zhí)行該軟件程序代碼時，就可協(xié)助相關(guān)設(shè)計者分析給定電源分配系統(tǒng)的特性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明的權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種分析電源分配系統(tǒng)的方法，以分析一芯片所對應(yīng)的電源分配系統(tǒng)；該電源分配系統(tǒng)可經(jīng)由多個接墊組連接于該芯片，任一接墊組包含一正接墊與一地接墊，以將一外界電源所提供的電力分別經(jīng)由該正接墊及該等地接墊而傳輸該芯片；而該方法包含有進(jìn)行一單激分析，得到該電源分配系統(tǒng)的一接墊組所對應(yīng)的等效阻抗；重復(fù)進(jìn)行該單激分析，以得到該電源分配系統(tǒng)的所述接墊組中至少二個接墊組在單激分析下的等效阻抗；比較所述得知的接墊組在單激分析下的等效阻抗，以選出一最劣的接墊組；以及進(jìn)行一同步切換噪聲分析，計算該最劣的接墊組在該芯片的多個驅(qū)動電路同步切換下的等效阻抗。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該單激分析包含有下列步驟針對于該電源分配系統(tǒng)的多個接墊組中選出一接墊組，使該接墊組中的正接墊與地接墊間導(dǎo)通一給定電流；以及量測該接墊組的正接墊與地接墊間的電壓，以根據(jù)該量測所得的電壓與該給定電流計算出一個對應(yīng)于該接墊組的等效阻抗。
3.如權(quán)利要求1所述的方法還包含下列步驟進(jìn)行一多激分析，評估該最劣的接墊組與其它接墊組的一互耦；而該多激分析包含有下列步驟針對一給定接墊組，使該給定接墊組中的正接墊與地接墊間導(dǎo)通一給定電流；量測該給定接墊組的正接墊與地接墊間的電壓；量測至少一其它接墊組的正接墊與地接墊間的電壓；以及根據(jù)該給定接墊組的電壓與該其它接墊組的電壓，評估該給定接墊組與其它接墊組的互耦程度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中于進(jìn)行該多激分析時，該量測至少一其它接墊組的正接墊與地接墊間的電壓的步驟，是量測全部的所述其它接墊組的正接墊與地接墊間的電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該同步切換噪聲分析包含有下列步驟于該電源分配系統(tǒng)的所述接墊組中選出多個導(dǎo)通接墊組，并同時使所述導(dǎo)通接墊組中的正接墊與地接墊間導(dǎo)通電流，其中每一導(dǎo)通接墊組具有一給定電流，且該電源分配系統(tǒng)具有一總電流量為所述導(dǎo)通接墊組的該給定電流的總合；針對一給定接墊組，量測該接墊組的正接墊與地接墊間的電壓；以及根據(jù)該給定接墊阻的給定電流與量測到的電壓，估計該給定接墊組在該總電流量下的等效阻抗。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，進(jìn)行該同步切換噪聲分析時，該于該電源分配系統(tǒng)的所述接墊組中選出多個導(dǎo)通接墊組，并同時使所述導(dǎo)通接墊組中的正接墊與地接墊間導(dǎo)通電流的步驟，是導(dǎo)通一具有給定時域波形的時變電流，以求得時域下的等效阻抗與耦合程度。
7.一種分析電源分配系統(tǒng)的方法，以分析一芯片所對應(yīng)的電源分配系統(tǒng)；該電源分配系統(tǒng)具有多個電源端口而連接于該芯片，以將偏壓用的電壓與電流傳輸至該芯片；而該方法包含有進(jìn)行一同步切換噪聲分析，其包含有下列步驟于該電源分配系統(tǒng)的所述電源端口中選出多個導(dǎo)通電源端口，并同時使所述導(dǎo)通電源端口傳輸電流用以驅(qū)動該芯片的多個驅(qū)動電路，其中每一導(dǎo)通電源端口具有一傳輸電流；針對一給定電源端口，量測該給定電源端口所能傳輸?shù)碾妷?；以及根?jù)各個導(dǎo)通電源端口的傳輸電流與該給定電源端口的量測到的電壓，計算該給定電源端口在所述驅(qū)動電路同步切換下的等效阻抗。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其還包含有進(jìn)行一單激分析，其包含有下列步驟于該電源分配系統(tǒng)的所述電源端口中選出一待測電源端口，使該待測電源端口傳輸一給定電流；量測該待測電源端口所能傳輸?shù)碾妷?，以根?jù)該量測所得的電壓與該給定電流計算出一個對應(yīng)于該待測電源端口的等效阻抗。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其還包含有重復(fù)進(jìn)行該單激分析，以得到該電源分配系統(tǒng)的所述電源端口的等效阻抗；以及比較所述電源端口對應(yīng)的等效阻抗，以選出一最劣的電源端口，其中在進(jìn)行該同步切換噪聲分析時，是以該最劣的電源端口做為該給定電源端口。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其還包含有進(jìn)行一多激分析，其包含有下列步驟針對一給定電源端口，使該給定電源端口傳輸一給定電流；量測該給定電源端口所能傳輸?shù)碾妷?；量測該電源分配系統(tǒng)的其它電源端口所傳輸?shù)碾妷海灰约案鶕?jù)該給定電源端口的電壓與其它電源端口中的電壓，評估該給定電源端口與其它電源端口的耦合程度。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中進(jìn)行該同步切換噪聲分析時，還包含一步驟于該電源分配系統(tǒng)的所述接墊組中選出另一多個導(dǎo)通接墊組，使所述導(dǎo)通接墊組的導(dǎo)通電流以用驅(qū)動該芯片的不同驅(qū)動電路，重復(fù)該測量該給定接墊組的正接墊與地接墊間的電壓步驟、該計算該給定接墊在所述驅(qū)動電路同步切換下的等效阻抗步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電源分配系統(tǒng)分析方法，以利用單激、多激與同步切換噪聲分析來評估一芯片的電源分配系統(tǒng)，如芯片封裝。芯片于多個由接墊形成的電源端口而電連接于電源分配系統(tǒng)，以從各電源端口取得偏壓電壓及電流。而單激分析即是在各電源端口上分別導(dǎo)通給定電流，并依據(jù)各電源端口所提供的電壓來分析各電源端口的等效阻抗。多激分析使一給定電源端口導(dǎo)通電流，并量測其它各電源端口的電壓以評估該給定電源端口與其它電源端口間的耦合。同步切換噪聲分析分別使不同數(shù)目個電源端口同時導(dǎo)通電流，并據(jù)此來評估電源分配系統(tǒng)在不同情形下的等效阻抗。
文檔編號G06F17/50GK1731407SQ20051009903
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者徐鑫洲, 蕭朝陽 申請人:威盛電子股份有限公司