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基于CPS的微系統模塊DDR3信號PISI分析

電子技術應用 11期

袁金煥，王艷玲，孫麗娟，楊巧，殷麗麗

（西安微電子技術研究所，陜西西安710065）

摘要： 對微系統分部件的TSV、管殼和微模組，分別從信號完整性分析過程中建模的參數設置、DDR3電源分配系統（Power Delivery Network，PDN）的直流壓降分析和交流阻抗分析、信號分析、判據等方面進行了闡述，并結合芯片電源模型（Chip Power Model， CPM）和PCB板進行基于芯片封裝系統（Chip Package System， CPS）的協同設計。提出微系統中分部件參數設置的方法，電源完整性（Power Integrity，PI）直流仿真和交流阻抗低阻抗設計方法，完整鏈路級聯分析DDR3信號完整性（Signal Integrity，SI）的方法。從DDR3時域分析圖和時序腳本得出該分析方法效果顯著，可指導微系統PISI分析及版圖優化。

關鍵詞： 微模組 CPS PDN 級聯

中圖分類號：TN402
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223702
引用格式：袁金煥，王艷玲，孫麗娟，等. 基于CPS的微系統模塊DDR3信號PISI分析[J]. 電子技術應用，2023，49(11)：62-68.

DDR3 signal PISI analysis of micro-system module based on CPS

Yuan Jinhuan，Wang Yanling，Sun Lijuan，Yang Qiao，Yin Lili

(Xi′an Microelectronics Technology Institute， Xi′an 710065， China)

Abstract： The TSV, pipeline, sales and micro-module of the micro-system components are carried out from the parameter settings modeling, DC voltage drop analysis and AC impedance analysis of DDR3 power delivery network, signal analysis methods, criteria. Collaborative design based on chip package system is completed combined with the chip power model and PCB boards. The paper proposes a method for setting component parameters, power integrity DC simulation and AC low impedance design method, and complete cascade connection analysis method of DDR3 signal integrity. The effect of the method is perfect obtained from the DDR3 time domain analysis and timing script, and the research can guide the micro-system PISI analysis and the layout optimization.

Key words : micro-system components；CPS；PDN；cascade

【引言】

現有DDR3信號仿真方法，對簡單2D結構的PCB板來說，板材及結構單一，已形成很多成熟的規范及仿真指導方法。QJ3103A-2011印制電路板設計要求中對過孔及電流密度均有明確合格判定標準，在Mentor公司Hyperlynx和Ansys公司的Siwave軟件中也有成熟的仿真流程。然而，微系統模塊中采用新型材料以及復雜3D堆疊結構的TSV板、微模組、管殼。在一個封裝內通過基板互連成為一個完整的復雜功能芯片[1]，IC裸芯片管腳數目、基板上集成的裸芯片和無源元件越來越多，基板層數、布線密度、傳遞的信號頻率均迅速提升[2]。信號通路經過TSV轉接板的走線、TSV孔、焊球、管殼基板的走線、過孔、焊球，到另一個硅轉接板；模塊應用時還需要對外引出到達PCB板的走線、過孔和芯片；信號完整性仿真是一個發送芯片-信號通道-接收芯片的系統概念，微系統內分部件和PCB板要協同進行PISI仿真和優化；并需要分析3D堆疊結構中提取S參數方可達到仿真精度的方法以及電源直流和交流分析的合格判定標準等。目前微系統模塊對PISI均無成熟的分析方法及判定標準。

本文提出基于CPS的微系統模塊DDR3信號電源完整性和信號完整性分析方法，能夠進行3D堆疊結構TSV硅基板、管殼、微模組分部件的仿真建模、疊層設置、Solder Ball參數設置；分部件電源PI的DC分析，并指出TSV板和管殼合并集成分析的優點及判定依據；分部件結合PCB板基于CPS的AC低阻抗PDN的PI分析；微系統中從發送芯片-信號通道-接收芯片全鏈路DDR3信號SI分析。本案依據一款NOP微系統和測試PCB板進行詳細分析說明。

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【作者信息】

袁金煥，王艷玲，孫麗娟，楊巧，殷麗麗

（西安微電子技術研究所，陜西西安710065）

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