基于IBMGPM模型的DDR2接口信号完整性分析
1. IBM GPM模型结构
随着ASIC技术和工艺突飞猛进的发展,65/45nm工艺已成为当前设计的主流,高频翻转,冲击电流求给ASIC后端版图设计,封装及系统设计带来了前所未有的挑战,信号完整性问题,以及往往被忽略的因芯片接口电路同时开关造成的同步开关噪声(SSN),由于影响到其相临逻辑器件的稳定和时序变得越来越关键。在芯片设计阶段,需要对芯片的版图布局、芯片封装以及客户板级信息进行建模和联合仿真,才可以确保系统很好满足整个系统性能的要求,提高设计的成功率。因此如何在物理设计前提供相对精确的仿真模型成为一个关键问题。
IBM在设计大规模芯片的过程中采用基于Hspice 语言建立的GPM(Generic Package Model)模型指导设计中的前仿与设计后验证,它不仅包含封装供电网络和信号通路的模型,还包括芯片上的供电网络、IO以及与芯片局部的SRAM、RA等逻辑电路和片上滤波电容(DECAP)的布局,另外客户还可以加入实际的PCB负载模型与其连接组成完整的链路仿真模型。GPM模型的物理结构框图如图1所示。
图1 IBM GPM物理结构框图
其中,C4是用于连接芯片与封装的焊球,Package VDD Supply是封装上芯片内核供电网络,Package VDD2 Supply是封装上的IO供电网络,而Package GND Supply是封装上GND网络,On-Chip VDD Bus, On-Chip VDD2 Bus, On-Chip Ground Bus则是芯片上相应供电网络。对图1所示各个部分建模,可以方便地得到GPM模型的电路结构(如图2)。
IBM的芯片采用结构相对固定的电源网络,设计初期可以对于电源网络建模使用一套标准的RLC参数模型,并可以根据实际设计所采用的布局,对芯片和封装的电源网路RLC参数进行修正。对于不同的尺寸的芯片与封装设计,通过调节BGA与C4端相应的电源管脚比例可以实现在不改变基本模型结构的情况下,调整接入仿真模型RLC网络的比例近而接近实际设计。对于板级负载,GPM模型里也会提供标准接口。
图2 GPM模型电路结构
GPM模型具体由以下几个部分组成:
1)芯片内部电源和地的电阻网络;2)芯片内部电源/地网络,和布线层所产生的寄生电容;3)用来模拟时钟buffer、splitter、latches以及组合逻辑的反相器链路结构;4)封装信号线、过孔、焊球模型;5)封装电源/地平面、过孔、焊球模型;6)连接在模型提取窗口内的器件电流模型
综合考虑仿真速度与精度,作为局部仿真模型在90nm工艺下,一般芯片上提取窗口大小为800umX1200um。模型一般包含若干I/Os,信号线为有损传输线模型,信号线之间存在互感和互容,过孔、焊球等不连续性结构也采用RLC参数模型。
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