KR20010071488A - 컴퓨터 시스템을 이용한 전력분배 시스템의 바람직한디커플링 성분 결정시스템 및 방법 - Google Patents

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레이몬드 이. 앤더슨
래리 디. 스미쓰
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케네쓰 올센
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Abstract

컴퓨터 시스템을 이용한 전기 접속장치의 전력분배 시스템내에서의 전기 임피던스를 안정화하는 바람직한 디커플링 성분 결정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 전기 디바이스의 ESR을 측정하는 방법, 전력분배 시스템의 바람직한 디커플링 성분의 수를 결정하는 방법, 및 전력분배 시스템내에 바람직한 디커플링 성분을 매칭하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 전력 평면과 그라운드 평면에 대해 M ×N그리드에 기초한 전력분배 시스템 모델을 생성한다. 상기 모델은 유저 및 복수의 디커플링 성분에 대한 여러 특성의 데이터베이스로부터 입력을 수용한다. 상기 방법은 원하는 주파수 영역에 대해 타겟 임피던스를 결정한다. 상기 방법은 디커플링 성분을 선택한다. 상기 방법은 선택된 디커플링 성분의 각각의 수를 결정한다. 상기 방법은 액티브 컴포넌트의 물리적인 위치에 대응하는 공간 위치에서 모델내에 전류원을 배치한다. 상기 방법은 주파수의 함수로서 전송 임피던스값을 계산하기 위해 모델내의 특정위치를 선택한다. 상기 방법은 미리 선택된 특정 위치에서 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 결정하기 위해 모델을 실행한다. 상기 방법은 그 다음 특정위치에서 주파수의 함수로서의 전송임피던스 값을 전력분배 시스템의 타겟 임피던스와 비교한다.

Description

컴퓨터 시스템을 이용한 전력분배 시스템의 바람직한 디커플링 성분 결정시스템 및 방법{System and method for determining the desired decoupling components for power distribution systems using a computer system}
전자 시스템은 전형적으로 절연층에 의해 분리된 전기적으로 도전성인 물질로 이루어진 평면층(즉, 평면도체)을 갖는 여러 다른 타입의 전기 접속장치를 필요로 한다. 일부 도전층은 전기적으로 도전성 신호선 또는 "트래이스(trace)"를 형성하기 위해 만들어질 수 있다. 다른 층(즉, 다른 레벨)에 있는 도전성 트래이스는 전형적으로 절연층내의 개구(즉, 바이어스(vias))에 형성된 콘택트구조를 이용하여 연결된다. 예를 들면, 집적회로는 전형적으로 반도체기판의 내부 및 그 위에 형성된 전자장치를 연결하는 여러 층의 도전성 트래이스를 갖는다. 각 층은 절연층에 의해 인접한 층으로부터 분리된다. 반도체장치 패키지 내부에, 절연층에 의해 분리된 여러층의 도전성 트래이스는 집적회로의 본딩패드를 장치 패키지의 단자(예를 들면, 핀 또는 리드)에 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다. 인쇄회로기판(PCBs)은 또한 전형적으로 절연층에 의해 분리된 여러층의 도전성 트래이스를 가진다. 도전성 트래이스는 PCB에 탑재된 전자장치의 단자를 전기적으로 접속하는데 사용된다.
디지털 전자시스템에서의 신호는 전형적으로 두 전압레벨(즉, 로우 전압레벨과 하이 전압레벨) 사이를 변동함으로써 정보를 운반한다. 디지털신호는 순간적으로 로우 전압레벨에서 하이 전압레벨로, 또는 그 역으로 천이할 수 없다. 로우 전압레벨에서 하이 전압레벨로 디지털 신호가 천이하는 동안의 유한한 시간의 양을 신호의 상승(rise)시간이라고 한다. 마찬가지로, 디지털 신호가 하이 전압레벨에서 로우 전압레벨로 천이하는 동안의 유한한 시간의 양을 신호의 하강(fall)시간이라고 한다.
디지털 전자시스템은 지속적으로 더 높은 신호주파수(즉, 더 높은 스피드)에서 동작하도록 제조되고 있다. 그러한 시스템내에서 디지털 신호가 천이동작 사이의 상당한 시간주기 동안 안정하게 남아 있도록 하기 위해서는, 신호의 주파수가 높아짐에 따라 신호의 상승 및 하강시간은 감소해야 한다. 이러한 신호의 천이시간(즉, 상승 및 하강시간) 감소는 디지털 전자시스템의 내에, 전자기 방사의 증가, 그라운드 "바운스(bounce)", 전원 "저하(droop)", 반사에 의한 신호 열화(degradation)를 포함하여 여러가지 문제를 발생시킨다. 수용할 수 있는 한계내에서 디지털 신호가 전송되고 수신되는 것이 바람직하다.
도전성 트래이스의 소스단으로부터 나온 신호는, 천이가 끝난 후(즉, 신호의 상승시간 또는 하강시간의 후에) 트래이스의 로드단에서 반사된 일부 신호가 소스단에 도달할 때 열화하게 된다. 신호의 일부는 로드의 입력 임피던스가 트래이스의 특성 임피던스와 정합하지 않을 때, 트래이스의 로드단으로부터 반사되어 되돌아 온다. 도전성 트래이스의 길이가 상승시간을 3으로 나눈 것보다 클때, 본래의 신호에 대한 반사의 영향(전송선로 효과)이 고려되어져야 한다. 필요하다면, 반사로 인한 트래이스에 전해진 신호의 열화를 최소화하기 위해 조치가 취해져야 한다. 신호의 반사를 줄이기 위해 트래이스의 소스 또는 로드단에서 임피던스를 변경하는 것을 트래이스를 "성단(成端)(terminating)"한다고 한다. 예를 들면, 로드의 입력 임피던스는 신호반사를 방지하기 위해 트래이스의 특성 임피던스와 정합하도록 변경될 수 있다. 신호의 천이시간(즉, 상승 또는 하강시간)이 감소할수록, 신호의 열화를 감소하기 위해 종단되어야 하는 트래이스의 길이도 감소한다.
하이 및 로우레벨 간에 변경하는 디지털신호는 기본적인 정현파 주파수(즉, 제1 고조파) 및 제1 고조파(harmonic)의 정수배로부터의 기여를 포함한다. 디지털신호의 상승 및 하강시간이 감소함에 따라, 많은 양의 제1 고조파의 정수배가 중요하게 된다. 일반적으로, 디지털신호의 주파수 내역은 신호 천이시간(즉, 상승 또는 하강시간)의 π배의 역수와 동일한 주파수에까지 걸쳐있다. 예를 들면, 1 nsec(nano second)의 천이시간을 갖는 디지털신호는 약 318MHz까지의 주파수 내역을 갖는다.
모든 도체는 일정량의 인덕턴스를 가진다. 도체의 인덕턴스에 걸리는 전압은 도체를 통하는 전류의 변화율에 직접적으로 비례한다. 천이시간이 짧은 디지털신호를 운반하는 도체의 고주파수에서는, 인덕턴스가 작은 도체에 대해서도 상당한 전압강하가 발생한다. 전원 도체는 전기 전원의 한 단자를 장치의 전원단자에 연결하고, 그라운드 도체는 전원의 그라운드 단자를 장치의 그라운드 단자에 연결한다. 장치가 천이시간이 짧은 디지털 신호를 발생시킬 때, 고주파수의 순간 로드전류가 전원 및 그라운드 도체에 흐른다. 전원 저하(power supply droop)는 전원 도체의 인덕턴스를 통하여 순간 로드전류가 흐르는 것에 의한 장치의 전원 단자에서의 전압의 감소를 기술하는데 사용되는 용어이다. 마찬가지로, 그라운드 바운스(ground bounce)는 그라운드 도체의 인덕턴스를 통하여 순간 로드전류가 흐르는 것에 의한 장치의 그라운드 단자에서의 전압의 증가를 기술하는데 사용되는 용어이다. 장치가 동시에 짧은 천이시간을 갖는 여러 디지털신호를 발생시킬 때, 전원 저하 및 그라운드 바운스 효과는 누적된다. 충분한 전원 저하 및 그라운드 바운스는 장치가 올바르게 기능하는 것을 방해할 수 있다.
전원 저하는 일반적으로 전원도체를 교차하는 십자모양의 네트워크(즉, 전원 그리드(grid))를 형성하도록 전원도체를 배열함으로써 감소된다. 그러한 그리드 네트워크는 더 낮은 인덕턴스를 가지므로, 전원 저하가 감소된다. 연속적인 전원 평면(power supply plane)은 그리드 네트워크보다 한층 더 낮은 인덕턴스를 가질 수 있다. 또한 장치의 전원 단자 근처에 "바이패스" 커패시터를 배치시키는 방법이 전원 저하를 감소시키는데 사용될 수 있다. 바이패스 커패시터는 상당량의 순간 로드전류를 공급하며, 그로 인해 전원 도체를 통하여 흐르는 순간 로드전류의 양을 감소시킬 수 있다. 그라운드 바운스는 낮은 인덕턴스 그라운드 도체 그리드 네트워크 또는 낮은 양의 인덕턴스를 갖는 연속적인 그라운드 평면(ground plane)을 사용함으로써 감소될 수 있다. 전원 및 그라운드 그리드 또는 평면은 일반적으로 그리드나 평면의 인덕턴스를 더욱 감소시키기 위해 서로 근접하게 위치된다.
전자기 간섭(EMI)은 전류로서 전해지거나 전자기장으로서 방사되는 원하지 않는 간섭에너지를 기술하는데 사용되는 용어이다. 천이시간이 짧은 디지털신호를 발생시키는 회로내에 있는 고주파수 성분은 근처에 있는 전자시스템(예를 들면, 라디오 및 텔레비젼 회로)에 연결되어, 이들 시스템의 적절한 동작을 방해할 수 있다. 미연방 통신 위원회(The United States Federal Communication Commission)는 미국에서의 판매용 EMI 제품 양의 상한선을 규정해 왔다.
신호 회로는 차동모드(differential mode)에서 자기장을 방사하는 전류루프를 형성한다. 차동모드 EMI는 보통 회로에 의해 제한된 영역 및 신호전류의 양을 감소시킴으로써 감소된다. 전력 임피던스 및 그라운드 도체는 도체를 따라서 전압강하를 발생시켜, 동상모드(common mode)에서 도체가 전기장을 방사하도록 한다. 동상모드 EMI는 전형적으로 그라운드 도체 및 전력의 임피던스를 감소시킴으로써 감소된다. 그라운드 도체 및 전력의 임피던스를 감소시킴으로써 EMI뿐만 아니라 전원 저하와 그라운드 바운스도 저감시킨다.
천이시간이 짧은 디지털신호를 갖는 전자시스템 내의 광(wide) 주파수 영역에서, 두개의 평행한 도전평면(예를 들면, 인접한 전력 및 그라운드 평면) 사이의 전기 임피던스는 광범위하게 변할 수 있다. 평행한 도전평면은 다중 전기공진을 나타낼 수 있어, 하이와 로우 임피던스 값을 교대로 생기게 할수 있다. 평행한 도전평면은 그 경계에서(즉, 그 에지부로부터) 상당량의 차동모드 EMI를 방사하는 경향이 있다. 평행한 도전평면의 에지로부터 방사되는 차동모드 EMI의 양은 주파수에 따라 변하고, 평면간의 전기 임피던스에 직접적으로 비례한다.
도 1은 유리섬유-수지 합성물(fiberglass-epoxy composite) 절연층에 의해 분리된 한쌍의 10in ×10in 면적의 도체평면 110과 120의 개략도이다. 각각의 도체평면은 구리로 이루어져 있고, 두께는 0.0014in이다. 평면을 분리하는 유리섬유-수지 합성물 절연층의 유전상수는 4.0이고, 두께는 0.004in이다. 1암페어의 일정한 전류가 변화하는 전류주파수로 직사각형의 평면간에 공급되면, 직사각형 평면의 중심 사이의 정상 상태(steady state) 전압의 크기(130)가 결정될 수 있다.
도 1의 평행 도전평면 사이의 전기 임피던스는 약 200MHz 이상의 주파수에서 광범위하게 변한다. 평행 도전평면은 100MHz와 1GHz사이 및 그 이상의 주파수에서 다중 전기공진을 나타내어, 하이와 로우 임피던스 값을 교대로 생기게 할 수 있다. 도 1의 평행 도전평면은 또한 그 주변 근처의 평면간의 전기 임피던스가 높은 곳의 주파수에서 상당량의 EMI를 방사하게 된다.
상기 문제점들은 일반적으로 다른 주파수 영역에서 다른 방식으로 해결된다. 저주파수에서, 전원은 요동을 감소시키기 위해서 부궤환 루프를 이용한다. 더 높은 주파수에서, 큰 값의 바이패스(즉, 디커플링) 커패시터가 장치부근에 위치된다. 약 200~300MHz까지의 가장 높은 주파수에서, 장치의 기생 인덕턴스를 감소시켜 고주파수 임피던스를 최소값으로 하기 위해 매우 작은 바이패스 커패시터가 장치에 매우 근접하여 위치된다. 1994년 11월2일까지, 유용한 상한값은 스미스에 의해 알려진 바와 같이 200~300MHz 근처이다[Decoupling Capacitor Calculation for CMOSCircuit; pp.101~105. Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging of the Institute of Electronics Engineers, Inc.제3권].
전력분배 시스템이 도 2에 나타낸 바와 같이 설계되어 있다. 스위칭 전원(210)이 CMOS칩 부하(220)에 전류 및 전압을 공급한다. 전원(210) 및 부하(220)와 병렬로 디커플링 커패시터(215)와 PCB(225)가 그 자체 커패시턴스를 가지고 존재한다. 스미스(1994)는 디커플링 커패시터는 200~300 MHz까지만 필요한데, 이는 타겟 임피던스가 그 이상의 주파수를 초과하는 일이 거의 없기 때문이라고 교시한다. 이러한 상한은 클록 주파수가 증가하고 허용되는 전압리플이 감소함에 따라 시간에 대해 변한다. 디커플링 커패시터의 적합치 및 각각의 최적의 개수를 결정하는 것은 설계자의 경험에 의존하는 "시행착오(trial and error)" 프로세스가 되어 왔다. 모든 주파수 영역에 대해 디커플링 커패시터를 선택하는 직접적인 규칙은 알려져 있지 않다.
따라서 전력분배 시스템을 설계하고, 전력분배 시스템에서 전기 임피던스를 안정화하기 위해 필요한 디커플링 성분을 결정하는 방법을 갖는 것이 바람직하다. 상기 방법은 바람직하게는 계산을 수행하기 위해 컴퓨터 시스템을 이용하여 자동으로 할 수 있다.
본 발명은 전자 시스템에 관한 것으로서, 특히 연속적인 평면도체를 구비한 전기 접속장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부하는 도면을 참조한 다음의 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.
도 1은 종래기술인 유리섬유-수지 합성물 절연층에 의해 분리된 한 쌍의 10in ×10in 면적의 도전성 평면을 구비하는 대표적인 전기 접속장치의 개략도,
도 2는 전력 분배시스템의 종래기술인 단일 노드모델의 실시예,
도 3A는 전력 분배시스템 모델의 일실시예의 평면도,
도 3B는 도 3A에 나타낸 전력분배 시스템 모델의 단위셀의 일실시예,
도 4는 도 3A에 나타낸 전력분배 시스템 모델의 대표적인 노드접속의 그리드,
도 5는 전력분배 시스템의 디커플링 성분을 결정하는 방법에 대한 일실시예의 플로챠트,
도 6은 전기 디바이스의 등가직렬 저항을 측정하는 방법에 대한 일실시예의 플로챠트,
도 7은 전력분배 시스템에서 디커플링 성분을 배치하는 방법에 대한 일실시예의 플로챠트,
도 8A는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정방법을 실행하도록 동작가능한 컴퓨터 시스템의 일실시예의 블록 다이어그램,
도 8B는 도 8A에 나타낸 컴퓨터 시스템을 이용한 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정방법에 대한 일실시예의 플로챠트,
도 9는 도 8A에 나타낸 컴퓨터 시스템을 이용한 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정방법에 대한 또 다른 실시예의 플로챠트이다.
본 발명은 다양한 수정 및 변경이 가능하지만, 그 구체적인 실시예가 도면에 예로서 나타내져 있고 상세히 설명될 것이다. 그러나 도면 및 그 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정형태로 한정하는 의미는 아니며, 첨부된 청구항에 의해 규정된 본 발명의 정신 및 범위내에 있는 모든 변경, 균등 및 치환을 포함하는 것으로여겨져야 한다.
위에서 개략적으로 말한 문제점은 절연층에 의해 분리된 한 쌍의 평행 평면도체를 포함하는 전기 접속장치의 전력분배 시스템에서의 전기 임피던스를 안정화하는 바람직한 디커플링 성분을 결정하기 위한 컴퓨터 시스템을 이용하는 시스템및 방법에 의해 해결된다. 전기 접속장치는 예를 들면, PCB, 반도체장치 패키지 기판, 또는 집적회로 기판일 수 있다. 본 방법은 전력 평면과 그라운드 평면 양쪽에 대해 M ×N 그리드에 기초한 전력분배 시스템 모델을 만드는 것을 포함한다. 상기 모델은 바람직하게는 전기 접속장치의 실제 물리적인 치수에 자동적으로 적응하는 고정된 그리드에 기초한다. 상기 모델은 또한 바람직하게는 단일노드 및 M ×N노드 버전에서 선택된 디커플링 성분에 대한 시스템 응답을 계산한다.
상기 모델은 복수의 디커플링 성분의 다양한 물리적 및/또는 전기적인 특성에 대한 데이터베이스와 유저로부터 입력을 수용한다. 다양한 특성중 중요한 것은 유전체의 물리적인 치수, 타입, 그리고 두께, 제조방법 및 물질, 커패시턴스, 실장인덕턴스(mounted inductance), 그리고 ESR이다. 요구되는 특성은 바람직하게는 정정, 추가, 삭제, 업데이트를 위해 데이터베이스에 저장된다.
일실시예에서, 전력분배 시스템의 모델은 2차원 분포된 전송선로를 포함하는 평면의 형태이다. 전력분배 시스템의 모델은 다음의 것을 복수개 구비한다: 하나 이상의 전력 평면의 물리적인 치수, 하나 이상의 그라운드 평면의 물리적인 분리거리, 전력 평면과 그라운드 평면의 물리적인 분리거리, 전력 평면과 그라운드 평면을 분리하는 유전체 구성, 하나 이상의 액티브 컴포넌트의 특성, 하나 이상의 전원특성, 그리고 하나 이상의 디커플링 성분. 실시예에서 M과 N은 균일한 값을 갖는다. 다양한 실시예에서, 액티브 컴포넌트(active component)는 전류원 또는 싱크로서 작용하고, 프로세서, 메모리, 응용주문형 집적회로(ASICs), 로직 ICs, 또는 전기에너지를 정보로 변환하는 장치를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 모델에서전류원의 전체 합계치는 1암페어가 되도록 되어 있다.
일실시예에서, 전력분배 시스템은 대략 가장 낮은 보드(board) 공진주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작 가능하다. 또 다른 실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 디커플링 성분의 모든 공진주파수에서 가장 높은 공진주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작 가능하다.
상기 방법은 바람직하게는 원하는 주파수 또는 원하는 주파수 영역에 대해 전력분배 시스템의 타겟 임피던스를 결정하는 단계를 포함한다. 타겟 임피던스는 바람직하게는 전력분배 시스템에서의 전원 전압, 전체 전류소비, 그리고 허용되는 전압리플과 같은 요인에 기초하여 결정된다. 바람직하게는, 전력분배 시스템의 타겟 임피던스를 결정하는 단계는 허용되는 전원전압에 전압리플을 곱하고, 전체 전류로 나눈 몫으로 이루어진다.
주파수 영역은 dc에서 시작하고, 수GHz까지 상승할 수 있다. 일실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 대략 가장 낮은 보드 주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작 가능하다. 또 다른 실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 디커플링 성분의 모든 공진 주파수로부터 가장 높은 공진 주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작 가능하다.
상기 방법은 바람직하게는 복수의 가능한 디커플링 성분으로부터 하나 이상의 디커플링 성분을 선택한다. 바람직하게는, 디커플링 성분은 근접한 실장 인덕턴스 및 ESR을 가진 커패시터이다. 일실시예에서, 커패시터 값의 범위는 임피던스프로파일의 중첩이 관심있는 주파수 영역에 대해 전력분배 시스템의 타겟 임피던스 이하에서 임피던스를 제공하도록 선택된다. 일실시예에서, 복수의 가능한 디커플링 성분의 임피던스 프로파일은 전력분배 시스템의 공진주파수와 비교된다. 디커플링 성분은 실질적으로 관심있는 주파수 영역에서 전력분배 시스템의 공진 주파수에 해당하는 공진주파수를 갖는다.
상기 방법은 바람직하게는 전력분배 모델의 부분으로서 포함되도록 선택된 각각의 하나 이상의 디커플링 성분의 수를 결정한다. 실시예에서, 여러 디커플링 성분의 수는 관심있는 주파수 영역 및 복수의 가능한 디커플링 성분의 임피던스 프로파일에 기초하여 선택된다. 또 다른 실시예에서, 디커플링 성분중 특정 하나의 성분은 대략 특정 디커플링 성분에 대한 ESR을 전력분배 시스템의 타겟 임피던스로 나눔으로써 얻어진 몫의 다음으로 큰 정수와 동일한 값을 갖도록 선택된다. 역시 또 다른 실시예에서도, 특정 디커플링 성분의 수는 특정 디커플링 성분의 수가 병렬로 연결될 때 전력분배 시스템의 타겟 임피던스에 대해 대략 동일한 임피던스 값을 갖는다. 실시예에서, 각 디커플링 성분의 수를 결정하는 단계는 하나 이상의 특정위치에서 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 결정하기 위해 전력분배 시스템의 모델을 실시하기 전에 한다.
상기 방법은 바람직하게는 액티브 컴포넌트(active component)의 하나 이상의 위치에 상응하는 하나 이상의 공간위치에서 전력분배 시스템 모델내에 하나 이상의 전류원을 위치시킨다. 상기 방법은 또한 바람직하게는 전력 평면에 대한 M ×N그리드 및 대응하는 그라운드 평면에 대한 M ×N그리드를 결합하는노드점(nodal point)에서 전력분배 시스템의 모델내에 디커플링 성분을 위치시킨다. 일실시예에서 상기 방법은 전력 평면위의 고정된 위치에서 전력분배 시스템의 모델내에 전원을 위치시킨다. 전원은 바람직하게는 하나 이상의 폴(pole) 주파수, 하나 이상의 제로 주파수, 및 하나 이상의 저항으로서 모델내에 구비된다.
상기 방법은 바람직하게는 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 계산하기 위해 전력분배 시스템의 모델내에 하나 이상의 특정 위치를 선택한다. 상기 방법은 바람직하게는 미리 선택된 하나 이상의 특정 위치에서 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 결정하기 위해 전력분배 시스템의 모델을 실행한다. 상기 방법은 그 다음 바람직하게는 하나 이상의 특정 위치에서 주파수의 함수로서 전송 임피던스값을 전력분배 시스템의 타겟 임피던스와 비교한다. 바람직하게는, 상기 방법은 모델을 실시한 결과에 기초하여 전력분배 시스템의 구성목록(bill of goods)을 결정한다.
여러 실시예에서, 전력분배 시스템의 디커플링 성분을 결정하는 방법은 전력분배 시스템에 대한 디커플링 성분의 바람직한 또는 최적의 수를 결정하는 단계를 포함한다. 주어진 주파수 또는 주파수 영역에 있어서, 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 수를 결정하는 방법은 각 디커플링 성분의 실장 인덕턴스에 기초한 특정 디커플링 성분을 선택하는 단계를 구비한다. 실장 인덕턴스는 디커플링 성분 중 특정 하나의 공진 주파수의 표시를 포함한다. 상기 방법은 또한 각각의 디커플링 성분의 개별 디커플링 성분 임피던스를 타겟 임피던스와 비교한다. 상기 방법은 그 다음 주어진 주파수 또는 주파수 영역에서 타겟 임피던스 이하에서 전체 임피던스를 제공하는 특정 디커플링 성분의 수를 선택한다.
일실시예에서, 특정 디커플링 성분의 임피던스가 타겟 임피던스보다 크면, 상기 방법은 병렬 구성에서 특정 디커플링 성분의 바람직한 수를 계산하다. 주어진 주파수 영역에 대한 전력분배 시스템의 복수의 디커플링 성분 중 각각의 수를 결정하는 실시예에서, 복수의 디커플링 성분은 주어진 주파수 영역에 대해 타겟 임피던스 이하에서 필요하다면 전체 임피던스를 제공하도록 선택된다.
여러 실시예에서, 전력분배 시스템의 디커플링 성분을 결정하는 방법은 전력분배 시스템에 대해 바람직한 또는 최적한 수의 디커플링 성분에 대한 위치 정보를 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 전력분배 시스템에서의 하나 이상의 디커플링 성분의 위치를 결정하는 바람직한 방법이 주어져 있다. 실시예에서, 하나 이상의 디커플링 성분의 각각은 각각의 공진 주파수 및 각각의 공진 주파수에서 각각의 등가 직렬저항을 포함한다. 전력분배 시스템은 타겟 임피던스를 포함하고, 전기 접속장치는 적어도 제1 디멘션을 갖는다. 상기 방법은 하나 이상의 보드 공진 주파수를 결정한다. 제1 보드 주파수는 제1 디멘션에 해당된다. 상기 방법은 또한 복수의 가능한 디커플링 성분에서, 하나 이상의 제1 디커플링 성분을 선택하고, 상기 제1 디커플링 성분은 대략 제1 보드 공진주파수에서 각각의 공진 주파수를 갖는다. 상기 방법은 그 다음 제1 디멘션에 대응하는 전기 접속장치의 위치에 제1 디커플링 성분을 배치한다. 또한 전기 접속장치의 부가적인 디멘션은 그 자체의 디커플링 성분을 필요로 할 수 있다.
전기 접속장치가 대략 직사각형 디멘션을 갖는 실시예에서, 제1 디멘션은 바람직하게는 실효길이(effective length)를 갖고, 제2 디멘션은 바람직하게는 실효폭(effective width)을 갖는다. 제1 디멘션에 대해 디커플링 성분을 위치시키는 바람직한 위치는 실효 길이 상의 제1 에지이고, 제2 디멘션에 대해 디커플링 성분을 위치시키는 바람직한 위치는 실효폭의 제2 에지이다.
실시예에서, 전기 접속장치가 적어도 제1 액티브 디바이스에 대해 적어도 한 위치를 가질 때, 상기 방법은 적어도 제1 액티브 디바이스에 대한 적어도 한 위치에서 전기 접속장치 위에 하나 이상의 제2 디커플링 성분을 배치하는 단계를 더 구비한다. 또한 부가적인 디커플링 성분이 필요하다면 부가적인 액티브 디바이스에 대해 전기 접속장치상에 배치된다. 액티브 디바이스에 대해 디커플링 성분을 배치하는 바람직한 위치는 액티브 디바이스에 또는 그 근처이다.
일실시예에서, 상기 방법은 복수의 가능한 디커플링 성분으로부터 디커플링 성분을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 디커플링 성분은 액티브 디바이스의 대략 제1 동작 주파수에서 각각의 공진주파수를 갖는다. 부가적인 디커플링 성분은 필요하다면 동작 주파수의 고조파에 근거하여 선택되고 배치될 수 있다.
참고문헌
다음의 간행물 전체는 참고문헌에 포함된다:
"Decoupling Capacitor Calculations for CMOS Circuit" by Larry D.Smith, IEEE Proeedings of the 3rdTopical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, November 2, 1994;
"Packaging and Power Distribution Design Considerations for a Sun Microsystems Desktop Workstation" by Larry D.Smith, IEEE Proeedings of the 6thTopical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, October 27, 1997.
도 3 - 전력분배 시스템 모델
도 3A는 전력분배 시스템 모델의 일실시예의 개략 평면도이다. 나타낸 바와 같이, 상기 모델은 전송선로 세그먼트 그리드(300A)를 구비한다. 상기 세그먼트는 단위셀(350)로 그룹화되어 있다. 나타낸 바와 같이, 아래에서 위로 "1"에서 "8"까지 분류된 8개의 행과, "a"에서 "h"까지 분류된 8개의 열이 있다. 상기 모델은 바람직하게는 고정된 토포로지(즉, 8 ×8그리드)에 전송선로의 SPICE배열을 구비한다. 전송선로는 고정된 토포로지가 임의의 물리적인 디멘션을 갖는 전기 접속장치에 사용될 수 있도록 가변길이로 되어 있다. "휠(wheel)과 스포크(spoke)" 기하에기초한 타원형 모델과 같은, 전력분배 시스템의 다른 실시예를 예상할 수도 있다.
도 3B는 도 3A로부터 단위셀(350)을 확대한 도면을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 단위셀(350)에는 4개의 전송선로(355A~355D)가 포함된다. 4개의 전송선로(355)는 노드(370)로 나타내져 있는 노드점 쌍(370)에서 함께 연결된다. 나타낸 바와 같이, 실드(shield)에 대한 연결은 평면 2를 나타내는 반면, 중심 도체에 대한 연결은 평면 1을 나타낸다. 모델의 균형이 유지되어, 원하는 대로 평면 1 또는 평면 2가 전력 또는 그라운드가 될 수 있는 것에 주목해야 한다. 전송선(355A, 355B)은 바람직하게는 폭 임피던스 "ZW"와 폭 시간지연 "tDW"으로 기술된다. 전송선(355C, 355D)은 바람직하게는 길이 임피던스 "ZL"와 길이 시간지연 "tDL"로 기술된다. R1과 R2는 저항이다. 상수, 파라미터 및 중요한 변수뿐만 아니라, 이러한 양들을 정의하고 관련시키는 방정식이 바람직한 단위로 아래에 주어져 있다.
"L"은 평면의 길이이다(inches)
"W"는 평면의 폭이다(inches)
"thk"는 유전체의 두께이다(mils)
"cu"는 금속화 두께이다(mils)
"velc"는 진공에서의 빛의 속도이다(inches/sec)
"hertz"는 주파수 변수이다
"ε0"는 진공 유전상수이다 (picofarads/inch)
"εr"은 유전상수이다
"σ"는 구리 도전율이다(per ohm/mils)
"μ0"는 진공 투자율이다(henries/mil)
"vel"은 전기 접속장치에서의 신호의 속도이다
vel = velc / √εr
"n"은 그리드의 사이즈로서, 즉 8로 나타내어져 있다
"asp"은 그리드의 애스펙트비로서, asp=L/W이다
"factor"는 용량성 부하를 보정하기 위한 교정계수(calibration factor)이다
factor=1 / √2
"tFL"은 길이 디멘션에 대한 플라이트 시간으로서, tFL=L/vel이다
"tFW"은 폭 디멘션에 대한 플라이트 시간으로서, tFW=W/vel이다
"tDL"은 길이 디멘션에 대한 전송선로 지연시간이다
tDL=tFL/(2n)factor
"tDW"는 폭 디멘션에 대한 전송선로 지연시간이다
tDW=tFW/(2n)factor
"cap"은 평면의 평행 플레이트 커패시턴스이다
cap=(ε0εrLW)/(10-9thk)
"ZL"은 길이 방향의 임피던스이다
ZL=(n/cap)(tFL+ asp*tFW)factor
"ZW"는 폭 방향의 임피던스로서, ZW=ZL/asp이다
"R1"은,
R1A=((L/W)/2)*(1/(σ*(1/√hertz*πμ0σ)))
R1B=((L/W)/2)*(1/(σ*cu))
의 작은 부분이다
"R2"는,
R2A=((W/L)/2)*(1/(σ*(1/√hertz*πμ0σ)))
R2B=((W/L)/2)*(1/(σ*cu))
의 작은 부분이다
상기 모델은 예를 들면, 인쇄회로기판(PCB), 반도체장치 패키지 기판, 또는 집적회로일 수 있는 전기 접속장치를 나타낸다. 본 방법은 전력 평면 및 그라운드 평면에 대해 M ×N그리드에 기초한 전력분배 시스템의 모델을 만드는 단계를 포함한다. 상기 모델은 바람직하게는 자동적으로 전기 접속장치의 실제의 물리적인 디멘션에 적응하는 고정된 그리드에 기초를 두고 있다. 상기 모델은 또한 바람직하게는 단일 노드 및 M ×N노드 버전에서 선택된 디커플링 성분에 대한 시스템 응답을 계산한다.
상기 모델은 유저 및 복수의 디커플링 성분에 대한 다양한 물리적 및/또는 전기 특성의 데이터베이스로부터 입력을 수용한다. 중요한 여러 특성은 물리적 디멘션, 타입 및 유전체 두께, 제조방법 및 제조물질, 커패시턴스, 실장 인덕턴스, 및 등가 직렬 저항(ESR)을 포함한다. 소망하는 특성은 바람직하게는 보정, 추가, 삭제, 업데이트를 위해 데이터베이스에 저장된다.
일실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 2차원 분포된 전송선로를 포함하는 평면의 형태로 되어 있다. 전력분배 시스템 모델은 다음의 것을 복수 구비할 수 있다: 하나 이상의 전력 평면의 물리적인 디멘션, 하나 이상의 그라운드 평면의 물리적인 디멘션, 전력 평면과 그라운드 평면의 물리적인 분리거리, 전력 평면과 그라운드 평면을 분리하는 유전체 조성, 하나 이상의 액티브 디바이스 특성, 하나 이상의 전원특성, 및 하나 이상의 디커플링 성분. 바람직한 실시예에서, M 및 N은 일정한 값으로서, 8로 나타내져 있다. 여러 실시예에서, 액티브 컴포넌트는 전류원 또는 싱크로서 동작하고, 프로세서, 메모리, 응용 주문형 집적회로(ASICs), 또는 로직 ICs를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 모델에서 전류원의 모든 값의 전체 합계는 1암페어가 되도록 되어 있다.
일실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 대략 가장 낮은 보드 공진주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작할 수 있다. 도 5에서 부가적인 정보를 발견할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 디커플링 성분의 모든 공진주파수에서 가장 높은 공진주파수 보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작 가능하다.
실시예에서, 상기 모델은 특정 디커플링 성분의 수를 결정하는데 가중계수(weighting factor)를 모델내에 포함하여 사용한다. 가중계수는 차원이 없는 0이 아닌 양수이다. EMI가 가장 중요하게 되는 주파수 영역에서, 바람직한 가중계수는 0.2이다. EMI주파수 영역은 바람직하게는 대략 200MHz보다 위이다. 바람직하게는 신호 완전성이 가장 중요한 곳의 주파수 영역에서 가중계수는 1.0이다. 신호 완전성이 중요한 곳의 주파수 영역은 바람직하게는 대략 10MHz에서 대략 200~300MHz까지이다. 가중계수는 바람직하게는 모든 액티브 디바이스 동작주파수 및 액티브 디바이스 동작주파수의 고조파에서 2.0이다. 바람직한 실시예에서, 상기 모델은 표피효과손실(skin effect loss)에 따른 주파수를 포함한다.
도 4 - 그리드
도 4는 바람직한 실시예에서, a1에서 h8의 각각의 표시를 갖는 전력 및 그라운드 평면의 도형을 만드는 노드(370)의 8 ×8그리드(300B)를 나타낸다. 이 그리드(300B)는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 위치를 결정하는데 사용된다.
도 5 - 디커플링 성분을 결정하는 방법
도 5는 전력분배 시스템의 디커플링 성분을 결정하는 방법의 실시예의 플로챠트를 나타낸다. 상기 방법은 루프백(loop-back)없이 직선적인 단계로 나타내져 있다. 다른 실시예에서 상기 방법은 전단계의 입력을 변환하기 위해, 여러 단계에서 피드백 루프를 포함한다.
상기 방법은 전력분배 시스템(510)의 타겟 임피던스를 결정한다. 타겟 임피던스는 바람직하게는 원하는 주파수 또는 원하는 주파수 영역에 대해 결정된다. 타겟 임피던스는 전력분배 시스템에서 전원전압, 전체 전류소비, 및 허용되는 전압리플에 기초하여 결정된다. 바람직하게, 전력분배 시스템의 타겟 임피던스를 결정하는 단계는 전원전압에 허용되는 전압리플을 곱하고 전체전류로 나눈 몫으로 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 전체전류는 1암페어로 정규화된다. 타겟 임피던스는 알려진 시스템 파라미터군으로 구성될 수 있다. 다른 알려진 시스템 파라미터는 하나 이상의 전원특성, 허용되는 전압리플, 모든 디바이스의 전체 전류소비, 전력분배 시스템의 하나 이상의 물리적인 디멘션, 전력분배 시스템내에 디바이스가 배치되는 물리적인 위치구속, 및/또는 관심있는 주파수 또는 주파수 영역을 포함할 수 있다.
상기 방법은 바람직하게는 관심있는 주파수 영역을 선택한다(515). 그 주파수 영역은 dc에서 시작하고, GHz 영역 이상까지 올라갈 수 있다. 실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 대략 가장 낮은 보드 공진주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전력분배 시스템 모델은 디커플링 성분의 모든 공진주파수에서 가장 높은 공진주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 동작할 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 관심있는 주파수 영역은 알려진 시스템 파라미터내에 포함될 수 있다. 일실시예에서, 관심있는 주파수 영역은 시스템 임피던스가 모델내에서 계산되는 주파수 영역을 한정함으로써 상기 방법의 출력을 결정한다.
상기 방법은 바람직하게는 복수의 디커플링 성분(520)에 대해 ESR을 결정한다. 상기 디커플링 성분은 바람직하게는 커패시터이지만, 소망하는 컨덕티브 및 인덕티브 값을 가지는 다른 디바이스가 사용될 수 있다. ESR은 바람직하게는 복수의 디커플링 성분의 여러 물리적 및/또는 전기적 특성의 데이터베이스 내에 포함된다. 관심있는 여러 다른 특성은 물리적 디멘션, 유전체의 타입 및 두께, 제조방법 및 물질, 커패시턴스, 및 실장 인덕턴스를 포함할 수 있다. 원하는 특성은 바람직하게는 보정, 추가, 삭제, 업데이트를 위해 데이터베이스 내에 저장된다. 복수의 디커플링 성분에 대해 ESR을 결정하는 단계(520)에 대해선 도 6에 대한 아래 기술에 추가 설명되어 있다.
상기 방법은 바람직하게는 복수의 가능한 디커플링 성분에서 하나 이상의 소망하는 디커플링 성분을 선택한다(525). 바람직하게, 상기 디커플링 성분은 근접해 있는 실장 인덕턴스 및 ESR이 있는 커패시터이다. 일실시예에서, 커패시터값 영역은 임피던스 프로파일의 중첩이 관심있는 주파수 영역에 대해 전력분배 시스템의 타겟 임피던스 이하의 임피던스를 제공하도록 선택된다. 또 다른 실시예에서, 복수의 가능한 디커플링 성분의 임피던스 프로파일은 전력분배 시스템의 공진주파수와 비교된다.
디커플링 성분은 공진주파수를 가지는데, 이는 실질적으로 관심있는 주파수 영역에서 전력분배 시스템의 공진주파수에 상당해야 한다. 디커플링 성분의 공진주파수는 바람직하게는 대략 전기접속 장치상의 전원 및 간섭(interaction) 공진주파수, 즉 전력분배 시스템 내의 여러 성분의 상호작용으로부터 고주파 응답 주파수를 포함하는, 보드 공진주파수, 액티브디바이스 동작주파수 및 고조파에 일치하도록 선택된다. 여러 실시예에서, 커패시터는 유전체 조성이나 물리적 또는 전기적 특성치, 실장 인덕턴스와 같은 제조 타입에 의해 선택된다. 상기 실장 인덕턴스는 전기 접속장치에의 기하학적 및 물리적인 결합을 포함한다. 커패시터의 공진주파수는 다음의 식을 이용하여 실장 인덕턴스 및 커패시턴스로부터 계산될 수 있다.
f공진=1/(2π√LC)
공진주파수에서 커패시터의 임피던스는 ESR이다. 세라믹 커패시터는 흔히 공진주파수에서 깊은 첨점(deep cusp)을 갖는다는 것이 주목된다. 탄탈(Ta) 커패시터는 흔히 주파수의 함수로서 변화하는 기울기를 가진 깊고 넓은 바텀을 갖는다.
일단 원하는 디커플링 성분이 선택되면, 특정 디커플링 성분 각각의 최적한 또는 바람직한 수가 방법 530에 의해 결정된다. 일실시예에서, 특정 디커플링 성분의 각각의 수는, 복수의 가능한 디커플링 성분에서 하나 이상의 원하는 디커플링 성분을 선택하는 방법(525)에 응하여 방법 530에 의해 결정된다.
상기 방법은 따라서, 바람직하게는 전력분배 모델의 부분으로서 포함되도록 선택된 하나 이상의 디커플링 성분 각각에 대한 수(즉, 카운팅 넘버 1, 2, ...)를 결정한다(530). 달리 말하면, 상기 방법은 각각의 특정 디커플링 성분을 모델내에 얼마나 많이 포함할 것인지를 결정한다. 일실시예에서, 여러 디커플링 성분의 수는 관심있는 주파수 영역 및 복수의 가능한 디커플링 성분의 임피던스 프로파일에 기초하여 선택된다. 또 다른 실시예에서, 특정 디커플링 성분의 수는 대략 특정 디커플링 성분의 ESR을 전력분배 시스템의 타겟 임피던스로 나눈 몫의 다음으로 큰정수와 동일한 값을 갖도록 선택된다.
또 다른 실시예에서, 특정 디커플링 성분의 수는 그 수의 특정 디커플링 성분이 병렬로 배치될 때 전력분배 시스템의 타겟 임피던스와 대략 같은 값의 임피던스를 갖는다. 일실시예에서, 각각의 디커플링 성분을 결정하는 단계(530)는 하나 이상의 특정 위치에서 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 결정하기 위해 전력분배 시스템 모델을 실행(560)시키기 전에 행해진다. 또 다른 실시예에서, 하나 이상의 디커플링 성분 중 특정 하나의 수는 대략 하나 이상의 디커플링 성분의 특정 하나의 등가 직렬저항을 전력분배 시스템의 타겟 임피던스로 나눈 몫의 다음으로 큰 정수와 대략 동일한 값을 갖는다. 또한, 또 다른 실시예에서 디커플링 성분의 수는 모델에서 사용되는 디커플링 성분을 선택(525)하기 전에, 복수의 가능한 디커플링 성분에서(즉, 위에서 설명한 데이터베이스에서) 모든 디커플링 성분에 대해 결정된다(530). 디커플링 성분을 선택(525) 및 선택된 디커플링 성분의 각각의 수를 결정(530)하기 위한 계산은 바람직하게는 컴퓨터 시스템에 의해 수행된다. 도 7~9와 관련한 아래의 기재에서 추가적인 설명이 되어 있다.
상기 방법은 535에서 전력분배 시스템의 모델을 생성한다(즉, 실현 또는 실행한다). 바람직한 모델은 도 3A 및 3B와 관련하여 위에 기술된다. 바람직한 실시예에서, 상기 모델은 전산화된다. 추가적인 설명을 본 발명의 다른 기재부분에서 볼 수 있다.
상기 방법은 다음 전력분배 시스템 모델을 만들수 있다. 즉, 상기 방법은 전기접속 장치에 결합되는 디바이스 모델을 부가한다. 상기 방법은 540에서, M×N그리드(300B)위의 노드점(370)에서 모델내에 전류원(또는 싱크)을 배치한다. 전류원은 액티브 컴포넌트의 하나 이상의 위치에 대응하는 하나 이상의 공간 위치에 배치된다. 액티브 컴포넌트의 예는 프로세서, 메모리, 응용 주문형 집적회로(ASICs), 또는 로직 집적회로(logic ICs)를 포함한다. 액티브 디바이스는 전류원이나 소스로서 동작하는 것이 알려져 있다. 전류원의 전체 값은 바람직하게는 1암페어로 되어 있다. 수(numbers), 정격전류(current ratings)와 강도(strength), 및 전류원의 위치는 알려진 시스템 파라미터에 포함될 수 있다. 일실시예에서, 전류원의 배치는 알려진 시스템 파라미터에 기초한 컴퓨터 시스템에 의해 수행된다.
선택적으로, 상기 방법은 전기접속장치 상의 하나 이상의 공간 위치를 나타내는 노드점(370)에 놓인 모델내에 하나 이상의 전원을 배치한다(545). 전원은 하나 이상의 폴(pole)주파수, 하나 이상의 제로 주파수, 및 하나 이상의 저항으로서 모델내에 포함된다. 바람직하게는, 하나의 폴 주파수, 하나의 제로 주파수, 및 두개의 저항이 출력전압과 함께 사용된다. 전형적으로, 상기 파라미터들은 하나의 저항과는 직렬로 제로 주파수와는 병렬로 취급된다. 전원의 파라미터 및 위치는 보통 알려진 시스템 파라미터에 해당된다. 일실시예에서, 모델내에 전원을 배치하는 것은 컴퓨터 시스템에 의해 수행된다. 도 8~9와 관련하여 추가적인 설명을 볼 수 있다.
상기 방법은 또한 바람직하게는 전력평면의 M ×N그리드와 그라운드 평면의 대응하는 M ×N그리드를 결합하는 노드점(370)에서 전력분배 시스템의 모델내에 디커플링 성분을 배치한다. 특정 디커플링 성분은 가장 적절하게는 관심있는 주파수 영역내에서 공진주파수를 갖는 디바이스 위치에 가능한 한 가깝게 배치되어야 한다. 전력분배 시스템의 공진 주파수는 본 발명에서 보드 공진주파수, 전기접속장치 상의 액티브 디바이스의 동작 주파수 및 고조파, 및 전력분배 시스템내의 여러 성분들의 상호작용으로부터의 고주파 응답주파수를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 고주파 응답은 흔히 공간적인 요소에 높게 의존한다.
보드 공진주파수는 전력분배 시스템의 물리적인 디멘션의 함수이고, 하나 이상의 그라운드 평면으로부터 전력평면을 분리하는 유전체의 유전상수의 함수이다. 바람직한 실시예에서 관심있는 보드 공진주파수는 길이와 폭에 대해 반-(half-), 전-(full-), 3/2-, 2-, 5/2-파장 공진주파수를 포함한다. 이들 보드 공진주파수의 값은 앞에서 정의된 vel, L, 및 W를 적절하게 곱함으로써 얻는다. 예를 들면, 길이에 대한 반파공진은 (1/2)*vel*L이다. 폭에 대한 3/2파 공진은 (3/2)*vel*W이다.
보드 공진주파수를 억제하기 위해, 디커플링 성분이 고임피던스 공진노드(즉, 고전압 정상파 지점)에 대해 저임피던스 션트를 제공하는 위치에서 전력분배 시스템내에 배치된다. 보드 공진이 하나 이상의 최대값을 가지는 곳에 주목하여, 이들 위치나 그 부근에 상기 배치가 이루어진다. 반파장 공진에서는 디커플링 성분이 전력분배 시스템 또는 전기접속 장치의 에지를 따라 배치되어야 한다. 장치가 1차원이 아니기 때문에, 디커플링 성분은 공진과 전력분배 시스템을 규정하는 평면의 교차로 인한 선(line)상에 배치된다. 따라서, 반파장 공진의 디커플링 성분은 바람직하게는 전력분배 시스템의 폭상의 에지를 따라 배치된다. 전파장 공진에서는, 디커플링 성분이 바람직하게는 전력분배 시스템의 에지 및 중심축을 따라 배치된다. 3/2파장 공진에서는, 디커플링 성분이 바람직하게는 에지를 따라 그리고 각각의 에지로부터 1/3내인 지점에 배치된다. 2파장 공진에서는, 디커플링 성분이 바람직하게는 에지를 따라, 중심축을 따라, 및 각각의 에지로부터 1/4내인 지점에 배치된다. 5/2파장 공진에서는, 디커플링 성분이 바람직하게는 에지를 따라, 각각의 에지로부터 1/5내인 지점, 및 각각의 에지로부터 2/5내인 지점에 배치된다. 사각형의 전기접속장치의 길이 및 폭 공진은 같은 주파수에서 있을 것이고, 일치하는 위치에서 최대값을 가질 것이라는 것에 유의해야 한다. 또한 유사한 관계가 타원형 등과 같이 다른 기하를 가지는 전기접속 장치에 대해서도 나타난다는 것에 유의해야 한다.
전력분배 시스템의 공진 또는 동작주파수는 흔히 커패시턴스가 집중상수형(lumped) 커패시턴스로 취급될 수 있을 정도로 낮다. 따라서 전력분배 시스템의 디커플링 성분은 전기접속 장치의 어디에나 배치될 수 있다. 위치에 있어서의 공간적인 제한에 항상 유의해야 한다. 이는 몇몇 디커플링 성분의 최적의 조건보다 노이즈 소스로부터 더 멀리 떨어져 배치될 수도 있다는 것을 의미한다. 상기 모델은 흔히 이들 디커플링 성분중 추가적인 것들이 더 멀리 떨어진 위치에서 전기접속장치 상에 배치될 필요가 있을 것이라는 것을 나타낸다. 일실시예에서 디커플링 성분의 배치(550)는 전산화된 모델에 입력된다. 도 8~9의 설명에서 추가적으로 기술하고 있다.
상기 방법은 바람직하게는 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 계산하기 위해 전력분배 시스템의 모델에서 하나 이상의 특정 위치를 선택한다(555). 특정 위치는 바람직하게는 8 ×8 그리드 상의 64노드를 모두 포함한다. 컴퓨터 시스템의 실행시간을 단축하기 위해, 다른 수의 노드를 선택할 수 있다. 노드의 수가 증가함에 따라, 모델은 더 높은 주파수까지의 보드 공진주파수를 정확하게 예측할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 일실시예에서, 모델은 두번 실행되는데, 한번은 모든 성분이 단일의 특정노드에 배치된 단일의 특정노드에 대해, 그 다음 두번째는 모델의 64노드 전체를 채우는 전력분배 시스템에 대해 실행된다. 특정위치는 보통 알려진 시스템 파라미터의 부분이다. 선택된 노드의 수가 작을수록, 사용가능한 모델의 밴드폭이 낮아진다는 것에 유의해야 한다.
상기 방법은 바람직하게는 미리 선택된 하나 이상의 특정위치에서 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 결정하기 위해 전력분배 시스템 모델을 실행한다(560). 일실시예에서, 상기 모델은 컴퓨터 시스템상에서 컴퓨터 프로그램을 실행시킴으로써 실시된다. 도 8~9의 설명에 추가적으로 기술되어 있다.
상기 방법은 그 다음 바람직하게는 하나 이상의 특정 위치에서 주파수의 함수로서 전송 임피던스값과 전력분배 시스템의 타겟 임피던스를 비교한다(565). 일실시예에서, 주파수의 함수로서 전송 임피던스 값을 나타내는 하나 이상의 그래프가 출력된다. 바람직하게, 상기 그래프는 컴퓨터로 생성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 특정 위치에서 전류원 및 디커플링 성분에 기인한 전력분배 시스템의 합성 노이즈레벨을 출력한다. 또한, 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 주파수의 함수로서 동적으로 전력분배 시스템의 복수의 특정위치에서 복수의 합성 임피던스를 출력한다.
바람직하게, 상기 방법은 모델을 실행한 결과에 기초하여 전력분배 시스템의 "구성목록(bill of goods)"의 적어도 일부를 결정한다(570). 구성목록은 여러 디커플링 성분의 선택 및 배치로부터 모든 관련 정보를 기록한다. 구성목록은 바람직하게는 최종제품에 대해 적합한 디커플링을 발생시키도록 만들어진 전기접속장치의 양산을 허용하기에 충분하다. 상기 방법이 플로챠트 형식으로 나타내져 있지만, 도 5의 부분은 일치하여 또는 다른 순서로 실행할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
도 6 - ESR의 측정방법
도 6은 전기디바이스의 ESR 측정방법의 일실시예를 나타내는 플로챠트이다. 상기 방법은 임피던스 테스터를 바르게 조정하는 단계를 구비한다(610). 바람직하게 조정단계는 다른 모든 작업 전에 임피던스 테스터에 테스트 헤드를 연결하는 단계를 구비한다. 바람직한 실시예에서, 임피던스 테스터는 HEWLETT-PACKARD model 4291A RF Impedence/Material Analyzer이다. 테스트 헤드는 바람직하게는 저임피던스 테스트헤드, 테스트 헤드의 APC7 커넥터, 그리고 APC7을 SMA커넥터에 연결하기 위한 어댑터를 구비한다. 조정단계는 바람직하게는 50Ω부하, 단락 및 개방회로를 이용한 3가지 경우의 테스트를 필요로 한다.
상기 방법은 전기 디바이스를 탑재하기 전에 610에서 수행된 조정을 검증한다(620). 검증은 바람직하게는 각각의 테스트 케이스에 대해 예상되는 스미스챠트반사계수와 실험적으로 결정된 반사계수를 비교하는 단계를 구비한다. 임피던스 테스트가 조정(calibration)을 통과시킨 후에, 상기 디바이스는 임피던스 테스터에 안전하게 연결된다(630). 바람직하게는 테스터에 디바이스를 안전하게 연결하는 단계는 디바이스의 한쪽을 중심 위치에 그리고 디바이스의 다른 쪽을 외부 커넥터에 연결함으로써, 디바이스를 SMA커넥터에 땜납하는 단계를 구비한다. 또 다른 실시예에서, 테스터에 디바이스를 안전하게 연결하는 단계는 부유(stray) 커패시턴스 및 인덕턴스가 대부분 제거될 수 있는 방식으로 테스터 위에 디바이스를 탑재하는 단계를 구비한다. 그 다음 SMA커넥터가 임피던스 테스터에 탑재된다.
상기 방법은 원하는 주파수 영역에 대해 주파수의 함수로서 디바이스 임피던스를 측정한다(640). 바람직한 실시예에서, 임피던스의 크기 및 위상각이 측정된다. 바람직하게, 상기 측정은 여러번 반복되고 그 결과를 평균한다. 상기 방법은 그 다음 상기 측정의 결과를 검증한다(650). 바람직하게, 검증은 디바이스가 측정된 임피던스 값의 최소값을 가지는 주파수에서의 위상각 시프트와 180°를 비교하는 단계를 구비한다. 디바이스가 측정된 임피던스의 최소값을 가지는 주파수에서의 위상각 시프트가, 수용가능한 불확실성 내에서 180°가 아니라면, 결과는 폐기되고 상기 방법이 새로이 실행된다. 디바이스가 측정된 최소 임피던스 값을 가지는 주파수에서의 위상시프트가 수용된 불확실성내에서 180°이면, 디바이스의 ESR은 디바이스가 최소의 측정된 최소 임피던스 값을 가지는 주파수에서의 임피던스 크기이고, 위상각시프트는 180°이다. 상기 방법은 플로챠트 형식으로 나타내져 있지만, 도 6의 부분들은 일치하여 또는 다른 순서로 실행할 수 있음에 주의해야한다.
바람직한 실시예에서, 주파수의 함수로서 임피던스를 측정하는 단계는 다음의 것들을 포함한다. HP4291A상의 듀얼 파라미터하의 "Meas"로 부터 MAG(┃Z┃) 및 (θZ)를 설정한다. 주파수 영역을 스윕버튼(sweep button) 메뉴에서 1MHz에서 1.8GHz로 선택한다. 스윕타입을 대수적으로 선택한다. 검색버튼에서 마커(Marker)검색을 선택하고 그것을 최소값으로 설정한다. 측정 블록에서 "Bw/Avg"를 클릭한다. 스윕 에버리지(Sweep average)를 선택하고 에버리지 계수를 20으로 설정한다. 주파수의 함수로서 측정을 시작하기 위해 스윕 에버리지 시작 버튼을 누른다. 에버리징 카운터가 20에 도달한 후의 최소값에 주목하다. 각 디바이스에 대해 위 단계들을 반복한다.
도 7 - 디커플링 성분의 선택 및 배치방법
도 7은 전력분배 시스템내의 디커플링 성분의 선택 및 배치방법의 일실시예를 플로챠트로 나타내고 있다. 상기 방법은 먼저 전기접속 장치의 공진주파수, 액티브 디바이스 및 전원을 결정한다(710). "공진주파수"는 액티브 디바이스 및 전원의 동작주파수 및 고조파를 포함하는 것에 유의해야 한다. 이들 주파수의 정수비(integer fraction)는 또한 공진주파수로 간주될 수 있다. 전기접속 장치의 공진주파수는 또한 보드 공진주파수 또는 보드주파수로서 기술된다. 상기 방법은 그 다음 적합한 디커플링 성분을 선택한다(715). 적합한 디커플링 성분은 대략 710에서 결정된 시스템 공진주파수에 대해 일치하는 공진주파수를 갖는다. 상기 방법은다음 시스템 공진주파수에 적합한 대응하는 위치에서 모델내의 적합한 디커플링 성분을 배치한다(720). 모델 계산이 끝난 후에, 적합한 디커플링 성분이 전기접속장치상에 배치될 것이다.
여러 실시예에서, 전기접속장치는 전기접속장치의 하나 이상의 특정 디멘션에 대응하는 하나 이상의 보드 공진주파수를 가질수 있다. 특정 보드 공진주파수에 대응하는 디커플링 성분의 배치(720)는 바람직하게는 당해 특정 디멘션에 대응하는 위치에 배치된다.
일실시예에서, 상기 방법은 보드 공진주파수에 대응하는 제1 디커플링 성분을 선택한다(715). 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 액티브 디바이스 동작 주파수에 대응하는 제2 디커플링 성분을 선택한다(715). 또한 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 액티브 디바이스 동작주파수의 하나 이상의 고조파에 대응하는 제3 디커플링 성분을 선택한다(715). 상기 방법은 또한 부가적인 보드 공진주파수, 액티브 디바이스 동작주파수 또는 고조파, 또는 간섭 공진주파수에 대응하는 부가적인 디커플링 성분을 선택할 수 있다(715).
전기접속 장치가 대략 직사각형 모양인 실시예에서, 제1 디멘션은 실효길이에 해당되고, 제2 디멘션은 실효폭에 해당된다. 제1 및 제2 디멘션에 대한 보드 공진주파수에 대응하는 디커플링 성분을 배치하기 위한 바람직한 위치는 길이 및 폭을 따르는 에지를 포함한다. 디멘션을 따르는 바람직한 위치는 디멘션의 중점을 포함한다.
일실시예에서, 대략 전력분배 시스템의 공진주파수에 대응하는 공진주파수를갖는 적합한 디커플링 성분을 선택하는 단계(715)는 각 디커플링 성분의 수를 선택하는 단계를 포함한다. 각 디커플링 성분의 수는 일실시예에서 관심있는 주파수 영역 및 복수의 가능한 디커플링 성분의 임피던스 프로파일에 기초하여 선택된다. 또 다른 실시예에서, 상기 수는 컴퓨터 시스템에 의해 선택된다. 컴퓨터 시스템은 물리적 및/또는 전기 특성값을 포함하여, 복수의 가능한 디커플링 성분에 대한 값의 데이터베이스에 억세스할 수 있다. 데이터베이스에 포함된 전기특성은 정격 커패시턴스(rated capacitance), 등가 직렬저항, 및/또는 실장 인덕턴스를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 디커플링 성분의 선택 및 모델내에 디커플링 성분을 배치하는 방법은, 모델을 실행하고 하나 이상의 선택된 위치에서 시스템 임피던스 응답을 결정하는 단계를 더 구비한다. 하나 이상의 선택위치에서 시스템 임피던스 응답이 타겟 임피던스보다 크다면, 상기 방법은 적당한 주파수 영역에서 부가적인 디커플링 성분을 선택한다. 상기 방법은 이용할 수 있는 위치에 부가적인 디커플링 성분을 배치한다. 이용할 수 있는 위치는 다른 디커플링 성분을 포함하는, 전기접속 장치상에 존재하는 디바이스 때문에 제한될 수 있다.
또한 또다른 실시예에서, 상기 방법은 그에 의해 선택된 특정 하나의 디커플링 성분의 임피던스를 타겟 임피던스와 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 적합한 디커플링 성분을 선택하는 단계의 일부로서, 타겟 임피던스 이하에서 전체 임피던스를 제공하기 위해 특정한 하나의 디커플링 성분의 각각의 수를 더 선택할 수 있다(715). 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 가장 낮은 보드 공진주파수위에서 디커플링 성분을 선택한다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 또한 디커플링 성분의 가장 높은 공진주파수 위에서 디커플링 성분을 선택한다. 특정 디커플링 성분 및 특정 하나의 디커플링 성분의 각각의 수를 선택하는 단계에 대한 추가적인 기술이 본 발명의 다른 부분에 기재되어 있다. 상기 방법은 플로챠트 형식으로 나타내져 있지만, 도 7의 부분들은 일치하여 또는 다른 순서로 실행할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
도 8 - 디커플링 성분 선택 컴퓨터시스템 및 방법
도 8A는 디커플링 성분 선택 컴퓨터시스템의 실시예의 블록 다이어그램이다. 나타낸 바와 같이, 컴퓨터시스템은 로컬 컴퓨터(800) 및 네트워크 연결(890)에 의해 결합된 리모트 컴퓨터(850)를 포함한다. 일실시예에서 로컬컴퓨터(800) 및 리모트 컴퓨터(850)는 단일의 컴퓨터로서 통합되어 있고, 거기서 네트워킹 연결(890)은 단일 컴퓨터내에 버스를 구비한다. 로컬 컴퓨터(800)와 리모트 컴퓨터(850)는 복수의 디커플링 성분에 대한 물리적 및/또는 전기특성 데이터의 데이터베이스(840)로부터 입력을 수용하도록 동작할 수 있다. 여러 실시예에서, 데이터베이스는 로컬 컴퓨터(800) 또는 리모트 컴퓨터(850)에 포함될 수 있다. 바람직한 실시예에서 데이터베이스는 리모트 컴퓨터(850)에 포함되고, 네트워킹 연결(890)을 통해 로컬 컴퓨터(800)에 억세스 할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 데이터베이스(840)는 데이터베이스 컴퓨터와 같이 로컬 컴퓨터(800) 및 리모트 컴퓨터(850)의 외부에 구비된다.
나타낸 바와 같이, 로컬 컴퓨터(800)는 제1 프로그램, 바람직하게는 웹 브라우저(810)를 실행 동작할 수 있다. 웹 브라우저(810)는 인터렉티브 에플릿(820), 바람직하게는 JAVA에플릿을 실행하고, 그래픽 출력(830)을 수용 및 출력하도록 동작할 수 있다. 선택적인 실시예는 자바 스크립트 프로그램 또는 HTML코드를 구비할 수 있다. 자바애플릿(820)은 http POST방법을 이용하여 성분 및 배치데이터를 리모트 컴퓨터에 출력한다. CGI스크립트(855)는 성분 및 배치(placement)데이터를 수용하고, SPICE 덱(860)을 형성하기 위해 PERL프로그램을 포함하거나 호출한다. 다른 실시예에서는 CORBA, RMI(remote method invocation), 또는 그 외 방법들이 사용될 수 있다. PERL프로그램의 SPICE 덱 출력(860)은 연립방정식 솔버(simultaneous-equation-solver) 프로그램, 바람직하게는 HSPICE(available from Avant! Corporation, Fremont, California)와 같은 SPICE 시뮬레이터로 보내져, SPICE 덱을 실행한다(865). HSPICE 출력은 바람직하게는 OCTAVE 및 GNUPLOT에 의해 그래프로 변환된다(870). 870으로부터의 그래프는 바람직하게는 웹브라우저(810)에서 그래픽 출력(830)으로 디스플레이되도록 리모트 컴퓨터(850)에서 로컬컴퓨터(800)로 보내진다. CGI스크립트(855)의 동작은 또한 제2 프로그램에 의해 수용될 수 있다. 일실시예에서, 제2 프로그램은 연립방정식 솔버 프로그램을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 연립방정식 솔버 프로그램은 회로-솔버 프로그램을 포함한다. 제2 프로그램의 다른 실시예는 또한 커스텀(custom) 하드웨어와 소프트웨어를 포함하여, 생각될 수 있다.
도 8B는 바람직하게는 도 8A의 컴퓨터 시스템을 이용하는, 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정방법의 실시예의 플로챠트를 나타낸다. 동작 801(직선 위)은 바람직하게는 로컬 컴퓨터(800)에서 발생한다. 동작 851(직선 아래)은 바람직하게는 리모트 컴퓨터(850)에서 발생한다. 일 실시예에서, 동작 801 및 851은 모두 단일 컴퓨터 시스템내에서 발생한다. 또 다른 실시예에서, 동작 801 및 851은 컴퓨터 시스템의 외부에서 발생한다. 시스템 파라미터는 806에서 정의된다. 바람직하게, 시스템 파라미터는 전원전압, 허용되는 전압리플, 전체 전류소비, 전원 폴 주파수, 전원 제로 주파수, 제1 및 제2 전원저항, 전기접속 장치의 물리적 디멘션, 유전체 두께 및 유전상수, 전기접속 장치의 금속화 두께 및 관심있는 주파수 영역을 포함한다.
806에서 정의된 시스템 파라미터는 타겟 임피던스 값 및 하나 이상의 보드 공진주파수를 계산하는데 이용된다(807). 구성 파라미터는 821에 규정된다. 집적화 파라미터는 바람직하게는 가중계수 및 복수의 디커플링 성분에 대한 실장 인덕턴스를 포함한다. 본 발명의 목적상, 실장 인덕턴스는 디커플링 성분의 기하, 패드 기하, 전력평면에 대한 거리 및 전력 평면에 대한 위치에 기초한 루프 인덕턴스를 의미한다. 값들은 복수의 디커플링 성분(841)에 대한 여러 물리적 및/또는 전기 특성의 데이터베이스로부터 추출된다. 나타낸 바와 같이, 데이터베이스는 바람직하게는 복수의 가능한 디커플링 성분에 대한 커패시턴스 및 ESR을 포함한다.
계산된 값(807), 구성정의(821), 및 데이터베이스 값(841)이 디커플링 성분 공진주파수 및 각각의 선택된 디커플링 성분의 최적한 수를 계산하기 위해 입력된다(822). 일실시예에서, 주어진 주파수에서 선택된 각각의 선택 디커플링 성분의 최적의 수는 디커플링 성분의 ESR을 타겟 임피던스로 나누고, 이에 가중계수를 곱한 값이다. 디커플링 성분 주파수는 바람직하게는 위에 주어진 방정식을 이용하여 계산된다.
디커플링 성분, 전류원, 전원 및 선택된 위치나 프로브 포인트의 공간 배치가 823에서 바람직하게는 유저에 의해 선택된다. 전력분배 시스템 모델내에서의 디커플링 성분의 배치에 관한 좀더 상세한 설명이 본 명세서의 다른 부분에 나타나 있다. 공간배치 데이터(823) 및 시스템 파라미터의 정의(806)는 공간배치 데이터, 인덕턴스 데이터, 전기접속 디바이스 데이터, 및 전원데이터로 결합되어(824) 리모트 컴퓨터(850)로 보내진다.
리모트 컴퓨터로 보내진 데이터(824)는 SPICE덱을 만드는데 사용된다(861). SPICE덱은 SPICE해석(866)을 위한 입력으로서 사용되고, 바람직하게는 HSPICE를 이용한다. SPICE 해석(866)의 출력은 그래픽 출력(871)을 생성하도록 진행된다. 그래프 출력(872)은, 로컬 컴퓨터로 되돌려지고, 바람직하게는 웹 브라우저(810)로 되돌려 진다. 그래픽 디스플레이는 바람직하게는 로컬 컴퓨터에 디스플레이되고, 바람직하게는 웹 브라우저(810)에 HTML페이지로서 디스플레이된다. 일실시예에서, HTML페이지는 SGML페이지, 또는 다른 바람직한 프로그램을 구비한다. 상기 방법은 플로챠트 형식으로 나타내져 있지만, 도 8B의 부분은 일치하여 또는 다른 순서로 발생할 수 있다.
도 9 - 전산화 방법의 또 다른 실시예
도 9는 전산화된 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정방법의 실시예를 나타내는 플로챠트이다. 나타낸 바와 같이, 상기 방법은 전력분배 시스템의 타겟 임피던스를 계산한다(900). 타겟 임피던스는 바람직하게는 전체전류로 나눈 허용 전원리플을 전원전압배 함으로써 계산된다. 바람직한 실시예에서, 전체전류는 1암페어로 정규화된다. 계산된 타겟 임피던스는 각각의 이용할 수 있는 디커플링 성분의 최적의 수를 계산하는데 이용된다(905). 최적의 수는 바람직하게는 디커플링 성분의 ESR을 타겟 임피던스로 나누고 가중계수를 곱한 값으로 정의된다. 상기 방법은 또한 각각의 이용할 수 있는 디커플링 성분의 공진주파수를 계산한다(910). 공진주파수는 바람직하게는 실장 인덕턴스와 디커플링 성분의 커패시턴스의 곱의 제곱근이 곱해진 2pi의 역수로서 계산된다. 상기 방법은 또한 바람직하게는 전기접속 장치의 디멘션 및 전기접속 장치상의 스택업(stack up)에 기초하여, 보드 공진주파수를 계산한다(915).
상기 방법은 디커플링 성분을 포함하는, 전기접속 디바이스의 합성 임피던스 프로파일을 타겟 임피던스와 비교한다. 단일노드 분석에서는, 도 2에 예시된 모델에서와 같이, 공간위치가 고려되지 않는다. 상기 방법은 다음에 단일노드 분석의 결과를 타겟임피던스와 비교하여(925), 전기접속 디바이스의 합성 임피던스 프로파일의 수용가능 여부를 결정한다. 수용가능은 바람직하게는 타겟 합성 임피던스 프로파일이 타겟 임피던스 이하일 때 정해진다. 전기접속 디바이스의 합성 임피던스 프로파일이 수용 불가능이면, 상기 방법은 하나 이상의 입력 파라미터를 변경하고(930), 다시 단일노드 분석을 수행한다(920).
단일노드 분석 후에 전기접속 디바이스의 합성 임피던스 프로파일이 수용가능이면(925), 그 다음에 상기 방법은 모델내에서의 디커플링 성분, 전류원, 전원및 특정 프로브 위치를 공간적으로 배치하는 단계로 진행한다(935). 모델내에 배치되는 디바이스의 선택된 위치는 바람직하게는 보드 공진주파수(910) 및 커패시터 공진주파수(915)에 의해 영향을 받는다. 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 배치에 대한 부가적인 상세 설명이 본 명세서의 다른 부분에도 나타나 있다.
상기 방법은 다음에 다중노드 분석(multi-node analysis)을 수행한다(940). 바람직한 실시예에서, 다중노드 분석은 HSPICE 해석(866)을 수행하는 것에 상응한다. 다중노드 분석의 결과가 관찰된다(945). 상기 결과가 950에서 수용가능이면, 전력분배 디자인은 완성된 것으로 생각된다(965). 다중노드 분석의 결과를 수용하는데 있어서, 바람직한 기준은 시스템 전송임피던스가 관심있는 주파수 영역에 걸쳐 타겟 임피던스보다 작은 것이다. 950에서 결과를 수용할 수 없을 때는, 상기 방법은 디커플링 성분의 선택, 각 디커플링 성분의 수, 및/또는 디커플링 성분의 배치를 변경하고(960), 다중노드 분석을 이용하여 모델을 재분석한다(940). 상기 방법은 플로챠트 형식으로 나타내어 지지만, 도 9의 부분은 일치하여 또는 다른 순서로 실행할 수 있음에 유의하여야 한다.
일단 상기의 설명이 완전히 이해되면, 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에게는 본 발명의 여러 변경 및 수정이 명백해질 것이다. 다음의 청구범위는 그러한 모든 변화 및 변경을 포함하도록 해석되어지고자 한다.

Claims (48)

  1. 전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터를 컴퓨터 시스템에 입력하는 단계와;
    컴퓨터 시스템이 복수의 디커플링 성분에 대한 특성값의 데이터베이스로부터, 전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터 및 복수의 디커플링 성분의 특성값에 기초하여, 하나 이상의 다른 디커플링 성분을 선택하는 단계와;
    컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터에 기초한 각각 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특정 수(specific number) 및 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특성값을 계산하는 단계와;
    컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터에 기초한 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 배치 및 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특성값을 계산하는 단계; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터를 입력하는 단계는,
    하나 이상의 전원 특성;
    허용되는 전압리플;
    전체 전류소비;
    전력분배 시스템의 하나 이상의 물리적인 디멘션(physical dimension);
    하나 이상의 절연특성;
    물리적인 위치구속;
    또는 주파수 영역; 중 하나 이상 입력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    각각 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특정 수는, 복수의 디커플링 성분에 대한 특성값의 데이터베이스 및 주파수 영역에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 디커플링 성분에 대한 특성값의 데이터베이스는 각각의 복수의 디커플링 성분에 대해,
    정격 커패시턴스(rated capacitance);
    등가 직렬저항;
    또는 실장 인덕턴스(mounted inductance) 중 하나 이상의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분중 특정 하나의 특정 수는 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분 중 특정하나의 특정 수가 병렬로 배치될 때, 전력분배 시스템의 타겟 임피던스에 대해 대략 같은 임피던스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템이 각각의 선택된 하나 이상의 디커플링 성분의 특정 수 및, 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 배치를 계산하는 단계에 기초하여, 컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템내의 하나 이상의 특정 위치에서 하나 이상의 결과적인 전기 특성값을 출력하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템내의 하나 이상의 특정 위치에서 하나 이상의 결과적인 전기 특성값을 출력하는 단계는, 컴퓨터 시스템이 전류원 또는 싱크 및 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분으로 인해 전력분배 시스템에 대해 결과적인 노이즈레벨을 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템내의 하나 이상의 특정위치에서 하나 이상의 결과적인 전기 특성값을 출력하는 단계는, 컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템에서 하나 이상의 특정위치에 동적으로 주파수의 함수로서 하나 이상의 결과적인 전기 특성값을 출력하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템내의 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특정 수 및 배치의 결과적인 구성목록(bill of goods)을 출력하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분 중 하나 이상에 대해 특정 수를 변경하는 단계와;
    컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터에 기초한 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 배치, 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 전기 특성값, 및 상기 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분 중 하나 이상에 대해 변경하는 특정 수를 재계산하는 단계; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분에 대한 어느 하나 이상의 특정 수에 대해 배치를 변경하는 단계와;
    상기 컴퓨터 시스템이, 상기 컴퓨터 시스템이 알려진 시스템 파라미터에 기초하여 각각의 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특정 수를 계산하는 단계에 기초하여, 전력분배 시스템 내의 하나 이상의 특정 위치에서 하나 이상의 결과적인 전기 특성값을 출력하고,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분에 대한 전기 특성값 및 알려진 시스템 파라미터에 기초하여 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 배치를 계산하며,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특정 수의 어느 하나에 대한 배치를 변경하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    컴퓨터 시스템이 전력분배 시스템내의 선택된 하나 이상의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치의 결과적인 새 구성목록을 출력하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분의 특정 수 및 배치를 결정하는 방법.
  13. 복수의 디커플링 성분에 대한 특성값의 데이터베이스와;
    복수의 디커플링 성분에 대한 특성값의 데이터베이스에 억세스하고,
    전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터를 수용하며,
    전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터 및 데이터베이스내의 엔트리에 기초한 하나 이상의 다른 디커플링 성분을 선택하고,
    알려진 시스템 파라미터 및 데이터베이스내의 엔트리에 기초한 각각의 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분에 대해 특정 수를 계산하며,
    알려진 시스템 파라미터 및 데이터베이스내의 엔트리에 기초한 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분에 대한 배치 데이터를 결정하도록 구성된 컴퓨터 시스템; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은 알려진 시스템 파라미터 및 데이터베이스내의 엔트리에 기초한 디커플링 성분에 대해 하나 이상의 전기 특성값을 계산하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 특정 위치에 전력분배 시스템의 하나 이상의 전기 특성값을 출력하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은 전력분배 시스템내의 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 배치 및 특정 수의 결과적인 구성목록을 출력하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은 각각의 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분에 대해 특정 수를 변경시키는 유저로부터의 입력을 수용하고,
    전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터에 기초한 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 배치, 디커플링 성분에 대한 전기 특성값 및 각각의 선택된 하나 이상의 디커플링 성분에 대해 변경하는 특정 수를 재계산하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 하나 이상에 대해 배치를 변경하는 유저로부터의 입력을 수용하고,
    전력분배 시스템의 시스템 파라미터에 기초한 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 배치, 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분에 대한 전기 특성값, 및 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 하나 이상에 대해 변경하는 배치를 재계산하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템은 전력분배 시스템의 선택된 하나 이상의 디커플링 성분의 배치 및 특정 수의 결과적인 새 구성목록을 출력하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 디커플링 성분은 커패시터이고, 각각의 커패시터는 대략 실장 인덕턴스(mounted inductance) 및 등가 직렬저항을 가지는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분 중 특정 하나의 특정 수는 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분 중 특정 하나에 대해 측정된 등가 직렬저항을 전력분배 시스템의 타겟 임피던스로 나눈 것에서 얻어진 몫의 다음으로 큰 정수와 대략 같은 값을 가지는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  22. 복수의 디커플링 성분에 대한 특성값의 데이터베이스와;
    데이터베이스, 로컬 컴퓨터 및 리모트 컴퓨터를 연결하는 네트워크와;
    복수의 디커플링 성분에 대한 특성값의 데이터베이스에 억세스하고,
    전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터를 수용하며,
    다양한 디커플링 성분 및 전력분배 시스템의 전기 특성값을 계산하고,
    각각의 선택된 하나 또는 그 이상의 다른 디커플링 성분에 대해 특정 수를 계산하며,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분에 대해 배치(placement) 데이터를 결정하고,
    전기 특성값, 상기 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 각각에 대한 특정 수 및 디커플링 성분에 대한 배치 데이터를 네트워크를 통해 리모트 컴퓨터로 전송하도록 구성된 네트워크에 연결된 로컬 컴퓨터와;
    전기 특성값, 상기 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 각각에 대한 특정수 및 디커플링 성분에 대한 배치데이터를 네트워크를 통해 로컬 컴퓨터로부터 수용하고,
    전력분배 시스템의 분석을 수행하며,
    알려진 시스템 파라미터로 지정된 하나 이상의 위치에 전력분배 시스템의 하나 이상의 전기 특성값을 출력하도록 구성된 네트워크에 연결된 리모트 컴퓨터; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    전력분배 시스템의 알려진 시스템 파라미터는,
    하나 이상의 전원특성;
    허용되는 전압리플;
    전체 전류소비;
    전력분배 시스템의 하나 이상의 물리적인 디멘션;
    하나 이상의 절연특성;
    물리적인 위치구속;
    가중계수;
    또는 주파수 영역; 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분 각각의 특정 수는 주파수 영역과 복수의 디커플링 성분의 측정된 등가 직렬저항에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  25. 제22항에 있어서,
    복수의 디커플링 성분의 특성값의 데이터베이스는 복수의 디커플링 성분의 각각에 대해,
    정격 커패시턴스(rated capacitance);
    등가 직렬저항;
    또는 실장 인덕턴스(mounted inductance); 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  26. 제22항에 있어서,
    선택된 하나 이상의 다른 디커플링 중 특정 하나의 특정 수는 선택된 하나 이상의 다른 디커플링 성분의 특정 수가 병렬로 배치될 때, 전력분배 시스템의 타겟 임피턴스에 대해 대략 동일한 임피턴스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 로컬 컴퓨터는 스프레드시트(spreadsheet) 프로그램을 실행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 스프레드시트 프로그램은 인터렉티브 애플릿(interactive applet)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 인터렉티브 애플릿은 리모트 컴퓨터로부터 네트워크를 통해서 전송되는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  30. 제22항에 있어서,
    상기 로컬 컴퓨터와 리모트 컴퓨터는 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  31. 제22항에 있어서,
    상기 리모트 컴퓨터는 연립방정식 솔버(simultaneous-equation-solver) 프로그램을 실행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 연립방정식 솔버 프로그램을 실행하는 단계는,
    전력 평면에 대해 M ×N그리드 및 그라운드 평면에 대해 대응하는 M ×N그리드에 기초하는 전력분배 시스템의 모델을 생성하는 단계와;
    액티브 컴포넌트(active component)의 위치에 대응하는 공간 위치에서 전력분배 시스템의 모델내에 전류원 또는 싱크를 배치하는 단계와;
    전력 평면에 대해 M ×N그리드 및 그라운드 평면에 대해 대응하는 M ×N그리드를 결합하는 노드점에서 전력분배 시스템의 모델내에 디커플링 성분을 배치하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 전력분배 시스템 모델은 전송면(transmission plane)의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 전력분배 시스템 모델은 2차원 분포된 전송선(transmission line)의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 전력분배 시스템 모델은,
    하나 이상의 전원특성;
    허용되는 전압리플;
    전체 전류소비;
    전력분배 시스템의 하나 이상의 물리적인 디멘션;
    하나 이상의 절연특성;
    물리적인 위치구속;
    또는 주파수 영역; 중 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  36. 제32항에 있어서,
    M과 N은 일정한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 액티브 컴포넌트는 프로세서, 메모리, 응용 주문형 집적회로(ASICs), 또는 로직 ICs 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  38. 제32항에 있어서,
    전류원 또는 싱크의 모든 값의 전체 합계는 1암페어와 동일하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  39. 제32항에 있어서,
    상기 연립방정식 솔버 프로그램의 실행단계는,
    전력 평면에 대해 M ×N그리드와 그라운드 평면에 대해 대응하는 M ×N그리드를 결합하는 고정된 하나 이상의 노드점에서 전력분배 시스템 모델내의 전원을 고정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 전원은 하나 이상의 폴(pole) 주파수, 하나 이상의 제로 주파수 및 하나 이상의 저항으로서 모델내에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  41. 제32항에 있어서,
    상기 전력분배 시스템 모델은 대략 가장 낮은 보드(board) 공진주파수보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  42. 제32항에 있어서,
    상기 전력분배 시스템 모델은 하나 이상의 디커플링 성분의 모든 공진주파수로부터 대략 가장 높은 공진주파수 보다 높은 주파수 영역에 대해 디커플링 성분을 결정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  43. 제31항에 있어서,
    상기 연립방정식 솔버 프로그램은 회로 솔버(circuit-solver) 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 회로 솔버 프로그램은 SPICE 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  45. 제22항에 있어서,
    상기 디커플링 성분은, 각각의 커패시터가 대략 실장 인덕턴스(mounted inductance)와 등가 직렬저항을 갖는 커패시터인 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 알려진 시스템 파라미터는 타겟 임피던스를 포함하고, 특정 하나의 디커플링 성분의 수는 디커플링 성분 중 특정 하나에 대해 측정된 등가 직렬저항을 타겟 임피던스로 나눔으로써 얻어진 몫의 다음으로 큰 정수와 대략 같은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  47. 실장 인덕턴스를 포함하는, 복수의 다른 디커플링 성분의 대표적인 샘플의 하나 이상의 전기 특성값을 측정하는 단계와;
    상기 측정 단계에서 측정된 하나 이상의 전기 특성값을 포함하는, 상기 다른 디커플링 성분의 데이터베이스를 형성하는 단계와;
    전력분배 시스템의 타겟 임피던스를 결정하는 단계와;
    전력분배 시스템의 타겟 임피던스에 대한 주파수 영역을 선택하는 단계와;
    상기 다른 디커플링 성분 중 하나 이상의 특정 성분의 각각에 대한 상기 하나 이상의 전기 특성값에 기초한 상기 데이터베이스에서, 상기 다른 디커플링 성분 중 하나 이상의 특정 성분을 선택하는 단계; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 실장 인덕턴스는 상기 다른 디커플링 성분 중 특정 하나의 공진주파수의 표시를 포함하고,
    상기 다른 디커플링 성분 중 특정 하나의 각각의 임피던스를 타겟 임피던스와 비교하는 단계와;
    주어진 주파수에서 타겟 임피던스 이하에서 전체 임피던스를 제공하기 위해, 상기 다른 디커플링 성분 중 특정 하나의 수를 선택하는 단계; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력분배 시스템의 디커플링 성분 결정시스템.
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