Using 3D field solvers to enhance signal integrity in SiP

利用三維電磁場模擬軟體增強金屬連線在單封裝系統中的訊號完整度

黃明進(Ming-Jin Huang)

指導教授 ： 張克正

國立清華大學/電機資訊學院/資訊工程學系/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2008.00087

摘要

隨著工作頻率越來越高，上升時間也越來越短的單封裝系統中，其中的金屬連線的訊號完整度已經大不如前，以前不用考慮的議題，在現在或是不久的以後，都會成為單封裝系統是否能夠製造成功的因素。其中之一就是阻抗匹配的問題，阻抗不匹配會有信號反射的問題，而信號反射可能造成相當大的雜訊，而且影響的範圍相當廣，例如: 會降低訊號的雜訊寬裕度、也會增加串擾的效應、也可能造成訊號的錯誤判斷甚至破壞元件。利用終端技術可以達到阻抗匹配，藉此可以吸收訊號反射以增強訊號完整度。以前的電路，因為上升時間較長，許多在單封裝系統中的金屬連線不需要考慮終端技術也能夠達到足夠的訊號完整度，但是在高速電路的時代，上升時間變得更短，使得終端技術不得不被應用在單封裝系統，否則將無法維持訊號完整度。

在這篇論文中，我們開發出一個軟體，可以產生大量的測試結構，並利用三維電磁場模擬軟體來精確的計算出金屬連線的寄生電容值、寄生電阻值以及寄生電感，以得到金屬連線的特性阻抗。利用計算出來的特性阻抗，我們可以決定加上多少的終端電阻可以得到較好的訊號完整度。根據產生出來的結構，我們可將其轉化為電路，經由電路模擬軟體的分析，我們可以量化這些數據，發現關於阻抗匹配方面的趨勢，並且可以發現好的終端技術能夠帶來的好處，如果終端電阻的值是不適合的，則不能夠有效的消除反射，可能還會降低電路的表現。最後，我們針對我們提供的方法，驗證我們的方法可以對訊號完整度帶來多少的效益，並說明電路設計者可以參考我們的方法而在設計電路方面得到幫助。

關鍵字

單封裝系統 ； 終端 ； 阻抗匹配 ； 串擾 ； 反射 ； 訊號完整度 ； 上升時間

並列摘要

無資料

並列關鍵字

System-in-Package ； Termination ； Impedance Match ； Crosstalk ； Reflection ； Signal Integrity ； Rise Time

參考文獻

[11] Raphael User Manual

[2] Keh-Jeng Chang, Tsun-Ming Wu, and Ming-Jin Huang, Three-dimensional electromagnetic modeling of system-in-package and system-on-glass transmission-line parameters for DFM,

[3] Johnson, Howard W, High-speed signal propagation: advanced black magic, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR, c2003

[4] H.B. Bakoglu, Circuits, interconnections, and packaging for VLSI, Reading, Mass. :Addison-Wesley Pub. Co.,c1990

[12] FastHenry User Manual