KR20030043152A - Method for Signal Verification in Multi-Coupled Transmission Line System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다수의 전송선으로 구성된 시스템에서 파형 근사화 방법을 이용한 신호 검증 방법에 관한 것으로, 특히 파형 근사화 방법을 통하여 간단하고 정확하게 전송선상의 신호의 타이밍, 신호 지연, 크로스톡 및 오버슈트/언더슈트 값 등을 검증하게 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a signal verification method using a waveform approximation method in a system consisting of a plurality of transmission lines. In particular, the waveform approximation method enables simple and accurate timing, signal delay, crosstalk and overshoot / undershoot values of a signal on a transmission line. It is about a method of verifying the back.
최근 VLSI(Very Large Scale Integrated Circuit) 시스템 및 여타의 고성능 시스템의 동작 속도가 급속히 증가함에 따라 신호 전달 경로를 통과하면서 발생되는 신호의 손상, 지연 및 각종 노이즈가 전체 시스템의 성능을 좌우할 뿐만 아니라 막대한 설계 비용의 증대를 초래하고 있다.As the operation speed of the recent VLSI (Very Large Scale Integrated Circuit) system and other high-performance systems rapidly increases, the damage, delay, and various noises generated through the signal transmission path not only influence the performance of the entire system, but also enormous design. It is causing an increase in costs.
특히, 고성능 시스템에서의 배선은 시스템 성능의 약 80%를 이를 정도로 절대적이기 때문에 배선에 의한 정확한 신호의 타이밍, 노이즈 및 순수성 검증없이 회로를 설계한다는 것은 막대한 설계 비용 부담을 초래할 수 있다.In particular, wiring in high-performance systems is absolute enough to reach about 80% of system performance, so designing a circuit without verifying the timing, noise, and purity of the correct signal by the wiring can result in significant design costs.
종래에는 Elmore 모델 혹은 이를 변형한 RC 모델을 배선 모델로 사용하여 신호의 타이밍 검증을 시도하거나 배선간의 크로스톡 노이즈를 검증하였는데, 첨부한 도면 도 2에 도시된 RC 배선 모델은 시스템이 한 개의 우세한 폴에 의해 지배된다는 가정하에 사용할 수 있는 모델이기 때문에 일반적인 배선망에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.In the related art, an elmore model or a modified RC model was used as a wiring model to verify the timing of signals or to verify crosstalk noise between wirings. In the accompanying drawings, the RC wiring model shown in FIG. Since it is a model that can be used under the assumption that it is governed by, there is a problem that cannot be used in a general network.
또한, 일반적인 다수 배선망에서 정확한 신호 해석을 위해 알려진 모달 해석법에 의한 배선망 해석 방법은 복잡한 적분 계산을 포함하고 있기 때문에 신속하고 정확한 배선망 해석을 필요로 하는 타이밍 검증, 라우팅 혹은 복잡한 배선상에서 신호의 순수성 검증에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.In addition, the network analysis method by the known modal analysis method for accurate signal analysis in a large number of common networks includes complex integration calculations, so that the timing of signals on a complicated wiring, timing verification, routing, or complicated wiring requires fast and accurate network analysis. There is a problem that can not be used to verify purity.
따라서, AWE(Asymptotic Waveform Approximation)와 같이 유리함수 근사화법에 기초하여 다수의 시스템 폴과 제로를 사용하여 복잡한 적분계산 없이 파형을 근사화시키는 기술이 개발되었으나, AWE 방법이나 이와 유사한 방법은 인덕턴스가 큰 경우 근본적으로 고주파 폴을 포함한 무한개의 폴과 제로를 사용하지 않는 한 정확한 파형을 재구성할 수 없을 뿐만 아니라 시스템 응답 파형이 발산하는 해석 방법의 안정도(stability) 문제를 근원적으로 갖고 있다.Therefore, based on the rational function approximation method, such as AWE (Asymptotic Waveform Approximation), a technique has been developed to approximate the waveform without complex integral calculation using a large number of system poles and zeros, but the AWE method or similar method has a large inductance. Fundamentally, unless you use infinite poles and zeros, including high-frequency poles, you can't reconstruct an accurate waveform, and you have fundamental problems with the stability of the analysis method that the system response waveform emits.
예컨대, 첨부된 도면 도 3과 같은 단일 전송선으로 구성된 배선 시스템의 경우 전송선에 입사되는 전자파는 부하()에서 일부 손실되고 전송선과 임피던스가 불일치할 경우 반사되며 전송선의 특성 임피던스()가 소스의 임피던스()보다 클 경우 시간 영역에서 전자파는 링잉(ringing)현상을 나타낸다.For example, in the case of a wiring system composed of a single transmission line as shown in FIG. ) Is partially lost and reflected when the impedance is inconsistent with the transmission line and reflected the characteristic impedance of the transmission line ( Is the impedance of the source ( If greater than), the electromagnetic wave in the time domain shows a ringing phenomenon.
또한, 전송선의 출력 파형은 불연속점(즉,)에 기인하여 개념적으로 첨부된 도면 도 4와 같이 갑작스럽게 변하는데, 이러한 갑작스런 신호의 변화는 수학적으로 고주파 폴을 갖고 있다는 것을 의미하기 때문에 유한개의 폴로 근사화한 모델을 사용하여서는 신호가 빠르게 변하는 고주파 현상을 정확히 표현할 수 없다.In addition, the output waveform of the transmission line is a discontinuous point (that is, The abrupt change of the signal is conceptually attached as shown in FIG. Cannot be represented exactly.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 배선 시스템의 다수의 전송선을 주파수 영역에서 독립된 배선망으로 분리하고 각각의 독립 모드에 대하여 적분없이 시간 영역에서의 파형을 구하여 시간 영역 파형에 선형 근사법과 변형 RC 응답 근사법을 적용하여 전체 신호의 응답 파형을 재구성함으로써, 배선망에서 신호의 타이밍, 신호 지연,크로스톡 및 오버슈트/언더슈트 값 등을 정확하고 신속하게 검증할 수 있도록 하는 배선 시스템에서 전송선상의 신호 검증 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to separate a plurality of transmission lines of a wiring system into independent wiring networks in the frequency domain and obtain a waveform in the time domain without integration for each independent mode in the time domain. By applying linear approximation and modified RC response approximation to the waveform, the response waveform of the entire signal is reconstructed so that the timing, signal delay, crosstalk, and overshoot / undershoot values of the signal can be verified accurately and quickly in the network. To provide a signal verification method on a transmission line in a wiring system.
도 1은 일반적인 배선망의 RLC 배선망 모델을 나타낸 도면.1 is a view showing an RLC wiring network model of a typical wiring network.
도 2는 RC 배선망 모델을 나타낸 도면.2 is a diagram illustrating an RC network model.
도 3은 단일 전송선 모델을 나타낸 도면.3 shows a single transmission line model.
도 4는 무손실 단일 전송선에서 개념적인 응답 파형을 나타낸 도면.4 shows a conceptual response waveform in a lossless single transmission line.
도 5는 3 폴 근사화 응답 파형과 유효 비행 시간을 나타낸 도면.5 shows a 3-pole approximation response waveform and an effective flight time.
도 6은 단선에서의 RLC 회로 모델을 나타낸 도면.Fig. 6 shows an RLC circuit model at disconnection.
도 7은 도 6에 있어서, 근단 및 원단에서의 3 폴 근사화 응답을 나타낸 도면.FIG. 7 shows a 3-pole approximation response at near-end and far-end in FIG. 6.
도 8은 단선에서 TWA 방법 및 HSPICE 시뮬레이션을 사용한 응답 파형을 나타낸 도면.8 shows response waveforms using the TWA method and HSPICE simulation at disconnection.
도 9는 단선에서의 전송선 파라미터 변화에 따른 50% 신호 지연을 나타낸 도면.9 is a diagram showing 50% signal delay according to transmission line parameter change in disconnection.
도 10은 분지선을 갖는 경우의 배선도.10 is a wiring diagram when a branch line is provided.
도 11은 도 10에 있어서, 간선의 길이 변화에 따라 TWA 방법과 HSPICE 시뮬레이션을 사용한 응답 파형을 나타낸 도면.FIG. 11 is a diagram showing a response waveform using a TWA method and a HSPICE simulation according to a change in the length of an edge in FIG. 10. FIG.
도 12는 2개의 선으로 구성된 배선 구조를 나타낸 도면.12 is a diagram showing a wiring structure composed of two lines.
도 13은 2선 구조에서 TWA 방법 및 HSPICE 시뮬레이션을 사용한 응답 파형을 나타낸 도면.13 shows response waveforms using the TWA method and HSPICE simulation in a two-wire structure.
도 14는 3개의 선으로 구성된 배선 구조를 나타낸 도면.14 is a diagram showing a wiring structure composed of three lines.
도 15는 도 14에 있어서, TWA 방법 및 HSPICE 시뮬레이션을 사용한 응답 파형을 나타낸 도면.FIG. 15 shows response waveforms using the TWA method and HSPICE simulation in FIG. 14; FIG.
도 16은 5개의 선으로 구성된 배선 구조를 나타낸 도면.Fig. 16 shows a wiring structure composed of five lines.
도 17은 도 16에 있어서, TWA 방법 및 HSPICE 시뮬레이션을 사용한 응답 파형을 나타낸 도면.FIG. 17 shows response waveforms using the TWA method and HSPICE simulation in FIG. 16; FIG.
도 18은 본 발명에 따른 신호 검증 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.18 is a flowchart for explaining a signal verification method according to the present invention;
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 배선 시스템에서 전송선상의 신호 검증 방법에 있어서,A feature of the present invention for achieving the above object is a signal verification method on a transmission line in a wiring system,
다수의 전송선을 독립된 모드의 결합으로 분리한 후 각각의 독립 모드에 대한 신호식을 표현하는 과정과; 상기 각각의 독립 모드에 대한 신호식을 주파수 영역에서 3개의 폴로 근사화하여 3폴 근사화 파형을 구한 후 시간 영역 응답으로 변환하는 과정과; 상기 3 폴 근사화 파형의 시간 영역 응답으로부터 선형 근사법과 변형 RC 응답 근사법을 적용하여 신호의 응답을 재구성하는 과정과; 상기 재구성된 응답을 통해 상기 전송선상의 신호의 상태를 검증하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배선 시스템에서 전송선상의 신호 검증 방법을 제공하는데 있다.Expressing a signal expression for each independent mode after separating a plurality of transmission lines into a combination of independent modes; Converting the signal equation for each independent mode into three pole approximations in the frequency domain to obtain a three pole approximation waveform and converting the signal equation into a time domain response; Reconstructing the response of the signal by applying a linear approximation method and a modified RC response approximation method from the time domain response of the 3-pole approximation waveform; The method for verifying a signal on a transmission line in a wiring system comprising the step of verifying a state of a signal on the transmission line through the reconstructed response.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서는 하나 이상의 전송선으로 구성된 배선 시스템에서 신호의 상태 즉, 타이밍, 신호 지연, 크로스톡 및 오버슈트/언더슈트 값을 검증하기 위한 방법을 제공하는데, 이러한 신호 검증을 위해 먼저 첨부된 도면 도 3과 같은 단일 전송선으로 구성된 배선 시스템에서의 파형 근사화 방법(TWA)을 살펴본다.The present invention provides a method for verifying the state of a signal, that is, timing, signal delay, crosstalk, and overshoot / undershoot values in a wiring system composed of one or more transmission lines. The waveform approximation method (TWA) in a wiring system composed of a single transmission line is described.
주파수 영역에서 단일 전송선으로 구성된 배선 시스템의 시스템 함수는 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.The system function of a wiring system composed of a single transmission line in the frequency domain may be expressed as Equation 1 below.
여기서, 소스단의 반사계수와 부하단의 반사계수는 각각이고, 전파 정수와 특성 임피던스 및 부하 임피던스는 각각이다. 상기 수학식 1은 전송선의 원단(x=l)에서는 아래의 수학식 2와 같이 표현할 수 있고,Here, the reflection coefficient of the source stage and the reflection coefficient of the load stage are respectively Propagation constant, characteristic impedance and load impedance are respectively to be. Equation 1 may be expressed as Equation 2 below in the far-end (x = l) of the transmission line,
전송선의 근단(x=0)에서는 아래의 수학식 3과 같이 다시 표현할 수 있다.In the near-end of the transmission line (x = 0) it can be expressed as shown in Equation 3 below.
따라서, 전송선 원단에서의 3-폴(pole) 근사화 함수()는 다음의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.Thus, the three-pole approximation function ) Can be expressed as Equation 4 below.
여기서,는 상수이다.here, Is a constant.
한편, 전송선 근단에서의 3-폴 근사화 함수()는 다음의 수학식 5와같이 근사적으로 표현할 수 있다.On the other hand, the 3-pole approximation function ) Can be approximated as in Equation 5 below.
여기서,와는 상수이다. 따라서, 상기와 같이 주파수 영역에서의 3폴 근사화 파형은 다음 수학식 6의 전압식으로 표현될 수 있으며here, Wow Is a constant. Therefore, the three-pole approximation waveform in the frequency domain as described above may be represented by the voltage equation of Equation 6
상기 수학식 6을 푸리에 변환하면 다음의 수학식 7과 같은 시간 영역에서의 표현식을 구할 수 있다.By Fourier transforming Equation 6, an expression in a time domain as shown in Equation 7 can be obtained.
상기와 같이 주파수 영역에서의 3폴 근사화 파형은 복잡한 적분 계산없이 쉽게 시간 영역으로 변환이 가능하다. 그러나, 상기 3폴 근사화 파형은 유한개의 폴을 사용하여 표현한 파형이기 때문에 정확한 파형은 아니므로 정확한 응답 파형을 얻기 위하여 파형 근사법(TWA), 즉 시간 영역의 3폴 근사화 파형에 선형 근사법과변형 RC 응답 근사법을 반복 적용하여 정확한 근사 응답 파형을 구한다.As described above, the 3-pole approximation waveform in the frequency domain can be easily converted into the time domain without complicated integral calculation. However, since the three-pole approximation waveform is a waveform represented using a finite number of poles, it is not an accurate waveform. Therefore, in order to obtain an accurate response waveform, the waveform approximation method (TWA), that is, the linear approximation and the modified RC response to the three-pole approximation waveform in the time domain, are obtained. Repeat the approximation method to find the exact approximate response waveform.
먼저, 선형 근사법에 대하여 설명하면 선형 근사법이란 신호가 부하에 도착한 순간부터 반사가 완료했다고 가정할 수 있는 구간에서 신호의 파형을 선형으로 근사화하는 방법을 말한다.First, the linear approximation will be described. The linear approximation refers to a method of linearly approximating the waveform of a signal in a section in which reflection can be assumed from the moment the signal arrives at the load.
즉, 전술한 시간 영역의 3폴 근사화 파형으로부터 부하에서 신호가 반사되는 시간, 즉 신호의 비행 시간의 홀수배(2n-1)마다 그때의 시간에 상응하는 3폴 근사 파형의 함수값을 구한 다음, 3폴 근사 파형의 함수값을 기준으로 주어진 구간에서 신호의 파형을 선형으로 근사화 하는 방법을 말한다.That is, a function value of the three-pole approximation waveform corresponding to the time at which the signal is reflected from the load from the above-described three-pole approximation waveform in the time domain, that is, the odd times (2n-1) of the signal's flight time, is obtained. This is a method of linearly approximating the waveform of a signal in a given section based on the function value of the 3-pole approximation waveform.
다음으로, 변형 RC 응답 근사법을 설명하면, 신호의 반사가 완료한 후 다음의 선형 근사법을 적용하기 전까지의 시간 구간은 충전과 방전이 지배적인 메카니즘이기 때문에 근사적으로 RC 응답 파형과 유사한 파형 특성을 가지나, 인덕턴스 효과가 포함되어 최종값이 다르고 유효 충전(effective charging) 시간이 변형되기 때문에 이에 맞는 신호 특성을 기술하는 방법을 변형 RC 응답 근사법이라 한다.Next, the modified RC response approximation method describes the waveform characteristics that are similar to the RC response waveform because the time interval from the completion of the signal reflection until the next linear approximation is applied is a mechanism in which charge and discharge are dominant. However, because the inductance effect is included and the final value is different and the effective charging time is modified, a method of describing a signal characteristic corresponding thereto is called a modified RC response approximation method.
전술한 선형 근사법과 변형 RC 응답 근사법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.The above-described linear approximation and modified RC response approximation will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 일단 시간 영역으로 변환된 3폴 근사화 파형에 대하여는 입사파의 비행시간 즉,을 계산한 후, 부하를 고려한 유효 비행 시간 즉,까지의 시간차를 표현하면 다음의 수학식 8과 같다.First, with respect to the three-pole approximation waveform, which has been transformed into the time domain, the flight time of the incident wave, After calculating, the effective flight time considering the load, When the time difference is expressed as in Equation 8 below.
여기서,은 배선의 총 인덕턴스이고은 배선의 총 커패시턴스이며은 부하 커패시턴스이다. 상기 유효 비행 시간은 첨부된 도면 도 5와 같이 도시할 수 있는바, 진행하는 입사파는 매시간에 부하에 도달하고 매시간에 반사가 완료되는 특성을 갖는다. 여기서 n은 반사되는 카운트 값으로 양의 정수이다. 즉, 입사파는 부하에서시간동안 갑작스런 파형의 변화를 일으킨다. 이러한 갑작스런 신호의 변화는 부하의 반사 계수가 대단히 크기 때문에에서의 함수값의 2배의 크기가 되도록 시간축에서과사이의 시간 구간을 선형 함수로 근사화할 수 있다.here, Is the total inductance of the wiring Is the total capacitance of the wiring Is the load capacitance. The effective flight time can be shown as shown in FIG. Reach the load in time and It has the property that reflection is completed in time. Where n is the reflected count value and is a positive integer. That is, the incident wave It causes sudden waveform changes over time. This sudden change in signal is due to the large reflection coefficient of the load. On the time axis to be twice the value of the function in and The time interval between can be approximated by a linear function.
또한, 반사된 파형은 다음번의 부하의 불연속점이 될때 까지는 근사적으로 단조 증가 또는 단조 감소의 충전 혹은 방전하는 특성을 갖고 변하기 때문에 시간 영역과사이의 구간에서 파형은 RC 응답과 유사한 형태를 나타낸다.Also, since the reflected waveform changes with the characteristics of charging or discharging of monotonically increasing or monotonically decreasing until the next discontinuity point of the load, the time domain and In the interval between, the waveform is similar to the RC response.
따라서, 위과사이의 시간 영역에서는 변형 RC 응답근사법을 사용하여 표현할 수 있다. 이때, 응답 함수의 유효 시정수는 다음의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.Thus, the stomach and In the time domain between, we can express it using modified RC response approximation. In this case, the effective time constant of the response function may be expressed by Equation 9 below.
위 응답 함수의 유효 시정수를 이용한 RC 형태의 전송선 원단에서의 파형 근사화는 다음의 수학식 10과 같은 변형 RC 모델을 사용하여 나타낼 수 있다.The waveform approximation in the RC-type transmission line far-end using the effective time constant of the above response function can be represented using a modified RC model as shown in Equation 10 below.
여기서,이고here, ego
이다. to be.
유사한 방법으로 전송선 근단에서의 파형 근사화는 다음의 수학식 11과 같은 변형 RC 모델에 의해서 나타낼 수 있다.In a similar manner, the waveform approximation at the transmission line approximation may be represented by a modified RC model as shown in Equation 11 below.
여기서은here silver
이다. to be.
전술한 바와 같이 단일 전송선에 대한 파형 근사화 방법은 다수의 전송선이 상호 결합된 경우로 확장이 가능하다.As described above, the waveform approximation method for a single transmission line can be extended to a case where a plurality of transmission lines are coupled to each other.
도 1과 같이 n개의 배선이 서로 전기적으로 결합된 배선망은 근사적으로 TEM(Transverse Electromagnetic Wave) 모드로 전자파가 전달된다고 가정할 수 있으므로 이 경우 신호에 관한 수학적 표현은 다음의 수학식 12와 같다.As shown in FIG. 1, a wire network in which n wires are electrically coupled to each other may be assumed to transmit electromagnetic waves in a TEM mode. In this case, a mathematical expression of a signal may be represented by Equation 12 below. .
여기서, [Z]와 [Y]는 각각 전송선의 직렬 임피던스 및 병렬 어드미턴스의 행렬식이고, 이들 파라미터 행렬식은 다시 배선의 전기 회로 모델 파라미터를 사용하여 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.Here, [Z] and [Y] are the determinants of the series impedance and the parallel admittance of the transmission line, respectively, and these parametric determinants can be expressed as Equation 13 below using the electrical circuit model parameters of the wiring.
여기서, [R]은 단위 길이(Per Unit Length : 이하 PUL이라 함)당 저항 행렬이고,[L]은 PUL 인덕턴스 행렬, [G]는 PUL 컨덕턴스 행렬이며, [C]는 PUL 커패시턴스 행렬이다.Here, [R] is a resistance matrix per unit length (hereinafter referred to as PUL), [L] is a PUL inductance matrix, [G] is a PUL conductance matrix, and [C] is a PUL capacitance matrix.
한편, 상기 수학식 12를 사용하여 전송선에서 전압만의 식으로 다시 표현하면 다음의 수학식 14와 같이 표현할 수 있다.On the other hand, using the equation (12) can be expressed as the following equation (14) if only the voltage in the transmission line expression.
위 수학식 14는행렬식의 고유값(eigenvalues)를 사용하여 다시 표현할 수 있는데, 시스템 고유값에 해당하는 특성 행렬식(eigen matrix)는 다음의 수학식 15와 같다.Equation 14 is The eigenvalues of the determinant may be used to represent the eigenvalues. The characteristic eigen matrix corresponding to the system eigenvalues is represented by Equation 15 below.
여기서,는 i번째 고유값에 상응하는 칼럼 벡터이고 시스템 고유값은 시밀래러티 변환(similarity transform)을 사용하여 구할 수 있다.here, Is the column vector corresponding to the i th eigenvalue and the system eigenvalue can be found using the similiarity transform.
일단 고유 행렬이 구해지면 전압식은 다음의 수학식 16과 같이 고유값 및 고유행렬식을 사용하여 다시 표현할 수 있다.Once the eigen matrix is obtained, the voltage equation can be re-expressed using eigenvalues and eigen matrix equations as shown in Equation 16 below.
여기서, [E(x)]는 아래의 수학식 17과 같은 대각 행렬이고Here, [E (x)] is a diagonal matrix as shown in Equation 17 below.
수학식 16의과는 경계 조건에 의해서 결정될 수 있는 상수 벡터이다. 또한, 모드 베이시스 벡터를 위한 전기 회로 모델값은 다음과 같은 수학식 18의 행렬식을 사용하여 계산할 수 있다.Of equation (16) and Is a constant vector that can be determined by boundary conditions. In addition, the electric circuit model value for the modal basis vector may be calculated using the determinant of Equation 18 as follows.
일단 전압식은 모드 베이시스 벡터로 완전히 분리되었기 때문에 이들 각각의 모드에 대하여 단일 전송선에서와 같은 파형 근사화 방법(TWA)을 반복적으로 사용하면 모든 배선의 근단 및 원단에서 파형을 근사적으로 구할 수 있다.Once the voltage equations have been completely separated into mode basis vectors, the waveform approximation method (TWA), as with a single transmission line, for each of these modes can be used to approximate the waveform at the near and far ends of all wiring.
다음으로 전술한 파형 근사화 방법에 의한 여러가지 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Next, various embodiments of the waveform approximation method described above will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 첨부된 도면 도 3과 같은 단일 전송선의 경우 등가 회로 모델은 도 6과 같고 전송선 파라미터는 표 1과 같다. 아래의 표 1은 산화막 두께 '2.0'[um], 배선의 두께 '1.2'[um], 실리콘 기판 두께 '298'[um] 및 배선의 길이 '1'[cm]인 RLC 배선의 전송선 파라미터이다.First, in the case of the single transmission line as shown in FIG. 3, an equivalent circuit model is shown in FIG. 6, and transmission line parameters are shown in Table 1 below. Table 1 below shows transmission line parameters of RLC wirings with oxide thickness '2.0' [um], wiring thickness '1.2' [um], silicon substrate thickness '298' [um] and wiring length '1' [cm]. .
따라서, 도 6의 등가 모델에 대하여 3-폴 근사화 응답 파형은 도 7과 같고,이 경우 원단에서는 수학식 2와 수학식 10을 그리고 근단에서는 수학식 3과 수학식 11을 파형 근사화 방법(TWA)에 적용하여 근사 파형을 얻을 수 있는 있는데, 단일 전송선의 근단과 원단에서 파형 근사화 방법에 의해 구한 결과와 HSPICE 시뮬레이션 값을 도시한 도 8에서 보는 바와 같이 파형 근사화 방법에 의해 구한 근사 파형이 HSPICE 시뮬레이션 결과와 거의 일치함을 알 수 있다.Therefore, for the equivalent model of FIG. 6, the 3-pole approximation response waveform is shown in FIG. 7. In this case, Equation 2 and Equation 10 are represented at the far end, and Equations 3 and 11 are approximated at the far end. An approximate waveform can be obtained by applying to the HSPICE simulation result, as shown in FIG. 8 showing the HSPICE simulation value and the result obtained by the waveform approximation method at the near end and the far end of a single transmission line. It is almost coincident with.
그리고, 파형 근사화 방법은 단일 전송선의 경우 상기 수학식 10과 수학식 11에 의해 표시되는 전압식에 '0.5'를 대입하여 시간에 관한 식으로 표현하여 계산함으로써, 디지털 회로의 타이밍 검증을 위한 50% 신호 지연값을 수식적으로 계산할 수 있다.In the waveform approximation method, 50% for verifying the timing of the digital circuit is calculated by substituting '0.5' in the voltage equations represented by Equations 10 and 11 for a single transmission line and expressing it in terms of time. The signal delay value can be calculated mathematically.
즉, 출력 전압 파형()는 선형 구간에서는 다음과 같은 수학식으로 표현되고That is, the output voltage waveform ( ) Is a linear interval Is expressed as the following equation
변형 RC 응답 구간에서는 다음과 같은 수학식으로 표현할 수 있다.Modified RC Response Interval In the following equation can be expressed.
여기서,이고here, ego
이다. to be.
위 식에서 50% 신호 지연을 구하기 위하여 출력 함수값을그리고 n=1이라 놓고 시간에 대하여 함수값을 구하면 된다. 이때, 신호 지연값은 선형 구간 혹은 변형 RC 응답 구간에 있을 수 있으므로 최종값의 50% 값이 선형 근사 구간에 있으면 선형 근사 함수에서 구한값을 선택하고, 변형 RC 응답 구간에 있으면 변형 RC 응답 구간 함수에서 구한값을 지연값으로 선택하면 된다.In order to find the 50% signal delay, Then set n = 1 to find the function value for time. In this case, the signal delay value may be in the linear section or the modified RC response section, so if the 50% value of the final value is in the linear approximation section, the value obtained from the linear approximation function is selected. Select the value obtained from as the delay value.
예컨대, 신호 지연값이 선형 근사 구간에 있으면, 즉이면For example, if the signal delay is in a linear approximation period, i.e. Back side
이고, 신호 지연값이 변형 RC 응답 근사 구간에 있으면, 즉이면 If the signal delay is in the modified RC response approximation period, i.e. Back side
이다. to be.
도 9는 파형 근사화 방법에 의해 계산한 신호 지연 값과 HSPICE 시뮬레이션 값을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating signal delay values and HSPICE simulation values calculated by the waveform approximation method.
또한, 첨부된 도면 도 10과 같은 다수의 분지선을 갖는 시스템의 경우 간선에서의 유효 비행 시간(the effective flight time of the trunk line with the multiple branches) 즉,는 다음의 수학식 19로 정의할 수 있으며,In addition, in the case of a system having multiple branch lines as shown in FIG. 10, the effective flight time of the trunk line with the multiple branches, May be defined by Equation 19 below.
여기서,는 i번째 분지선의 비행 시간이고는 모든 분지선중 최대 왕복 비행 시간을 갖는 분지선의 유효 비행 시간을 의미한다. 또한, 위 첨자에 사용한 '*'는 다수의 분지선을 갖는 간선을 의미한다. 따라서, 간선에서 파형 근사화 방법을 적용한 근사 파형은 유효 비행 시간를 사용하여 분지선이 없는 경우와 동일하게 구할 수 있다. 첨부된 도면 도 11은 파형 근사화 방법에 의해 구한 간선에서의 근사 파형과 HSPICE 시뮬레이션 값을 도시한 도면이다.here, Is the flight time of the i branch Means the effective flight time of the branch line with the maximum round trip time of all branches. In addition, '*' used in the superscript means an edge having a plurality of branch lines. Therefore, the approximate waveform to which the waveform approximation method is applied to the edges has the effective flight time. It can be found in the same way as when there is no branch line using. FIG. 11 is a diagram illustrating approximated waveforms and HSPICE simulation values at edges obtained by the waveform approximation method.
나아가, 첨부된 도면 도 12에 도시된 바와 같은 동일한 두개의 전송선으로구성된 시스템에서 전송선 하나에 단위 계단 함수가 입력되고 다른 전송선에는 아무런 신호도 입력되지 않는 경우 모드 베이시스 함수는 다음의 수학식 20과 같이 표현된다.Furthermore, in a system composed of two identical transmission lines as shown in FIG. 12, when the unit step function is input to one transmission line and no signal is input to the other transmission line, the mode basis function is expressed by Equation 20 below. Is expressed.
여기서,이고,이다. 따라서, 단위 계단 함수가 입력되는 전송선에서의 전압 신호는 다음의 수학식 21과 같이 두개의 모드로 분리되고,here, ego, to be. Therefore, the voltage signal at the transmission line to which the unit step function is input is divided into two modes as shown in Equation 21 below.
또한, 신호가 입력되지 않는 전송선에서의 전압 신호는 다음의 수학식 22와 같이 두개의 모드로 분리된다.In addition, the voltage signal in the transmission line to which no signal is input is divided into two modes as shown in Equation 22 below.
따라서, 각각의 배선에서의 모드 파라미터는 다음의 수학식 23과 같이 표현할 수 있고,Therefore, the mode parameter in each wiring can be expressed by the following equation (23),
첨부된 도면 도 12와 같은 시스템에서의 전송선 파라미터는Transmission line parameters in the system as shown in FIG.
이므로, 이들 값을 사용하여 각각의 고유모드에 대한 파형 근사화 방법에 의한 응답을 구하고 이들 파형을 선형 결합함으로써, 2개의 선으로 구성된 시스템에서의 응답 파형을 구할 수 있다. 첨부된 도면 도 13은 두개의 선으로 구성된 배선 시스템에서 파형 근사화 방법으로 구한 응답 파형과 HSPICE 시뮬레이션 값을 도시한 도면이다.Therefore, by using these values to obtain the response by the waveform approximation method for each eigenmode and linearly combining these waveforms, the response waveform in the system consisting of two lines can be obtained. 13 is a diagram illustrating response waveforms and HSPICE simulation values obtained by a waveform approximation method in a wiring system composed of two lines.
그리고, 첨부된 도면 도 14와 같은 3개의 전송선으로 구성된 배선 시스템에서는 수학식 14부터 수학식 18을 사용하여 전술한 2개의 전송선으로 구성된 배선 시스템에서와 같이 독립된 모드로 분리한 후 각각의 독립된 전송선에 대한 모드 베이시스 벡터에 의해서 파형 근사화 방법을 적용하여 선형 결합함으로써, 3개의 선으로 구성된 시스템에서의 응답 파형을 구할수 있다.And, in the wiring system consisting of three transmission lines as shown in Figure 14 attached to each independent transmission line after separating in an independent mode as in the wiring system consisting of the two transmission lines described above using equations (14) to (18). By linearly combining the waveform approximation method by the modal basis basis for the angular mode basis, the response waveform of the system consisting of three lines can be obtained.
이경우, 전송선 파라미터는In this case, the transmission line parameter
이다. to be.
첨부된 도면 도 15는 3개의 전송선으로 구성된 배선 시스템에서 파형 근사화 방법으로 구한 응답 파형과 HSPICE 시뮬레이션 값을 도시한 도면이다.15 is a diagram illustrating response waveforms and HSPICE simulation values obtained by a waveform approximation method in a wiring system including three transmission lines.
또한, 첨부된 도면 도 16과 같은 5개의 전송선으로 구성된 배선 시스템에서도 수학식 14부터 수학식 18을 사용하여 전술한 바와 같은 방법으로 응답 파형을 구할수 있고, 이 경우 전송선 파라미터는 다음과 같고,In addition, even in a wiring system composed of five transmission lines as shown in FIG. 16, a response waveform can be obtained by using the above-described equations (14) to (18), in which case the transmission line parameters are as follows.
첨부된 도면 도 17은 5개의 전송선으로 구성된 배선 시스템에서 파형 근사화 방법으로 구한 응답 파형과 HSPICE 시뮬레이션 값을 도시한 도면이다.17 is a diagram illustrating response waveforms and HSPICE simulation values obtained by a waveform approximation method in a wiring system including five transmission lines.
다음으로 파형 근사화법을 이용하여 오버슈트 및 언더슈트 값을 구하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Next, an overshoot and undershoot value using the waveform approximation method will be described.
오버슈트 및 언더슈트는 응답 파형의 양의 최대값(positive-peak)과 음의 최대값(negative-peak)을 의미하는데 이 값은 항상 부하측의 경우에서 근사 응답 파형의 함수값을 의미하므로, n=2 일때 즉,에서이 첫번째 오버슈트 값이고 n=3 일때 즉,일때가 첫번째 언더슈트 값이며 n=4 일때 두번째 오버슈트 값이고, n=5일때 두번째 언더슈트 값이므로 n을 증가시키면서 계속 오버슈트와 언더슈트를 구할 수 있다.Overshoot and undershoot refer to the positive and negative peaks of the response waveform. Means a function value of the approximate response waveform at, in Is the first overshoot value and when n = 3 when Is the first undershoot value, the second overshoot value when n = 4, and the second undershoot value when n = 5, so that overshoot and undershoot can be obtained by increasing n.
전술한 배선 시스템에서 전송선상의 신호 검증 방법을 첨부한 도면 도 18을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A signal verification method on a transmission line in the aforementioned wiring system will be described with reference to FIG. 18 as follows.
먼저, 다수의 전송선으로 구성된 배선 시스템에 모달 해석법을 적용하여 독립 모드의 결합으로 분리한 후에 각각의 독립 모드에 대한 신호식을 표현한다(스텝 S1).First, a modal analysis method is applied to a wiring system composed of a plurality of transmission lines, separated into a combination of independent modes, and then a signal expression for each independent mode is expressed (step S1).
그리고, 각각의 독립 모드에 대한 신호식을 3폴을 사용한 주파수 영역에서의 근사화 함수를 구하고, 푸리에 변환을 통해 시간 영역에서의 3폴 근사 파형을 구한다(스텝 S2).Then, the approximation function in the frequency domain using the 3-pole signal expression for each independent mode is obtained, and the 3-pole approximation waveform in the time domain is obtained through Fourier transform (step S2).
그런 다음, 선형 근사 구간과 변형 RC 응답 근사 구간에서 각각 선형 근사법과 변형 RC 응답 근사법을 적용하여 전체 응답 파형을 재구성하여(스텝 S3), 상기 재구성된 전체 응답 파형으로부터 신호의 상태 즉, 타이밍, 신호 지연, 크로스톡 및 오버슈트/언더슈트 값을 검증한다(스텝 S4)Then, in the linear approximation section and the modified RC response approximation section, the linear response method and the modified RC response approximation method are applied to reconstruct the entire response waveform (step S3), and the state of the signal from the reconstructed total response waveform, that is, timing, signal The delay, crosstalk and overshoot / undershoot values are verified (step S4).
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있는바, 특히 배선의 성능 평가를 요하는 반도체 회로, MCM(Multi Chip Module), PCB(Printed Circuit Board), 전자패키지 및 기타의 전자 시스템의 배선망 해석, 관련 CAD 툴 혹은 배선망 설계에 이용될 수 있다In addition, the embodiment according to the present invention is not limited to the above, and can be implemented by various alternatives, modifications, and changes within the scope obvious to those skilled in the art with respect to the present invention, in particular, wiring It can be used for network analysis, related CAD tools or network design of semiconductor circuits, multi chip modules (MCM), printed circuit boards (PCBs), electronic packages and other electronic systems that require performance evaluation.
이상과 같이, 본 발명은 단선 혹은 다수의 전송선으로 구성된 배선 시스템에서 신호의 변형 및 노이즈에 관한 해석을 적분 계산없이 간단하고 정확하게 할 수 있고, 주파수 영역에서 3개의 폴만을 사용하여 근사화하기 때문에 함수 피팅(fitting)과정 없이 해석할 수 있다.As described above, the present invention enables simple and accurate analysis of signal deformation and noise in a wiring system composed of single line or multiple transmission lines without integrating calculation and approximation using only three poles in the frequency domain. Can be interpreted without fitting.
또한, 시간 영역에서의 모든 파형은 해석적인 수학식으로 표현되기 때문에 간단한 계산식에 의해서 50% 신호 지연을 계산할 수 있으며 본 발명에 따른 파형 근사화 방법은 어느 경우에나 발산하는 경우는 발생하지 않는 안정된 방법이다.In addition, since all waveforms in the time domain are represented by analytical equations, a 50% signal delay can be calculated by a simple calculation, and the waveform approximation method according to the present invention is a stable method that does not occur in any case. .
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KR100486972B1 (en) * | 2002-07-09 | 2005-05-03 | 신용준 | Processing method for reflected wave of time-frequency domain |
KR100832411B1 (en) * | 2004-06-16 | 2008-05-26 | 에이엠아이 세미컨덕터, 인코포레이티드 | A method and system for detecting and compensating response of sensor, a sensor module and a method of calibraing the same, and an integrated circuit |
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KR100832411B1 (en) * | 2004-06-16 | 2008-05-26 | 에이엠아이 세미컨덕터, 인코포레이티드 | A method and system for detecting and compensating response of sensor, a sensor module and a method of calibraing the same, and an integrated circuit |
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