基于CPS的微系统模块DDR3信号PISI分析-AET-电子技术应用

基于CPS的微系统模块DDR3信号PISI分析

电子技术应用 11期

袁金焕，王艳玲，孙丽娟，杨巧，殷丽丽

（西安微电子技术研究所，陕西西安710065）

摘要：对微系统分部件的TSV、管壳和微模组，分别从信号完整性分析过程中建模的参数设置、DDR3电源分配系统（Power Delivery Network，PDN）的直流压降分析和交流阻抗分析、信号分析、判据等方面进行了阐述，并结合芯片电源模型（Chip Power Model， CPM）和PCB板进行基于芯片封装系统（Chip Package System， CPS）的协同设计。提出微系统中分部件参数设置的方法，电源完整性（Power Integrity，PI）直流仿真和交流阻抗低阻抗设计方法，完整链路级联分析DDR3信号完整性（Signal Integrity，SI）的方法。从DDR3时域分析图和时序脚本得出该分析方法效果显著，可指导微系统PISI分析及版图优化。

关键词： 微模组 CPS PDN 级联

中图分类号：TN402
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223702
引用格式：袁金焕，王艳玲，孙丽娟，等. 基于CPS的微系统模块DDR3信号PISI分析[J]. 电子技术应用，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】

现有DDR3信号仿真方法，对简单2D结构的PCB板来说，板材及结构单一，已形成很多成熟的规范及仿真指导方法。QJ3103A-2011印制电路板设计要求中对过孔及电流密度均有明确合格判定标准，在Mentor公司Hyperlynx和Ansys公司的Siwave软件中也有成熟的仿真流程。然而，微系统模块中采用新型材料以及复杂3D堆叠结构的TSV板、微模组、管壳。在一个封装内通过基板互连成为一个完整的复杂功能芯片[1]，IC裸芯片管脚数目、基板上集成的裸芯片和无源元件越来越多，基板层数、布线密度、传递的信号频率均迅速提升[2]。信号通路经过TSV转接板的走线、TSV孔、焊球、管壳基板的走线、过孔、焊球，到另一个硅转接板；模块应用时还需要对外引出到达PCB板的走线、过孔和芯片；信号完整性仿真是一个发送芯片-信号通道-接收芯片的系统概念，微系统内分部件和PCB板要协同进行PISI仿真和优化；并需要分析3D堆叠结构中提取S参数方可达到仿真精度的方法以及电源直流和交流分析的合格判定标准等。目前微系统模块对PISI均无成熟的分析方法及判定标准。

本文提出基于CPS的微系统模块DDR3信号电源完整性和信号完整性分析方法，能够进行3D堆叠结构TSV硅基板、管壳、微模组分部件的仿真建模、叠层设置、Solder Ball参数设置；分部件电源PI的DC分析，并指出TSV板和管壳合并集成分析的优点及判定依据；分部件结合PCB板基于CPS的AC低阻抗PDN的PI分析；微系统中从发送芯片-信号通道-接收芯片全链路DDR3信号SI分析。本案依据一款NOP微系统和测试PCB板进行详细分析说明。

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【作者信息】

袁金焕，王艳玲，孙丽娟，杨巧，殷丽丽

（西安微电子技术研究所，陕西西安710065）

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