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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/EMC81

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：SRAM210

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