Outils pour l'extraction d'impédance dans les cicrcuits intégrés

par Rafael Escovar

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Roberto Suaya et de Gerd Finke.

Soutenue en 2006

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

• Dispositifs intentionaux
• Impédance de transfert
• Circuits intégrés -- Conception assistée par ordinateur
• Inductance

Résumé

La fréquence d'opération des circuits intégrés continue de monter donc l'inductance des interconnexions devient non négligeable. Il est donc nécessaire de pouvoir la calculer de façon précise pour une analyse à posteriori correcte. Dans cette thèse, nous développons une nouvelle approche pour le calcul de l'impédance propre et mutuelle dans les interconnexions. Notre méthode alternative est moins chère, du point vu du calcul, que celle du PEEC. Elle est aussi plus stable mais tout de même aussi précise. Nous résoudrons le problème de capturer la dépendance en fréquence de l'impédance, conséquence des effets de proximité et de peau. Nous étendons notre analyse a l'étude de l'impédance propre et mutuelle des dispositifs passifs, plus spécifiquement les inducteurs intentionnels. Nous incluons un modèle RLC utile pour capturer des informations importantes comme la fréquence de résonance ou le facteur de qualité. Nous dérivons une expression originale pour le délai d'une ligne de transmission RLC excitée par une rampe avec un temps de montée non nul et avec une capacité de charge placée à la fin de la ligne. Nous présentons une application utile des effets inductifs dans les circuits intégrés. Ce que nous montrons est la faisabilité pour transmettre des signaux à la vitesse maximale, celle de la lumière dans le milieu de transmission.

Titre traduit

Tools for impedance extraction in integrated circuits (IC)

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Résumé

With the onset of Gigahertz frequencies on integrated circuits (IC), inductance effects need to be accurately computed for posterior timing and noise simulations. In this thesis, we develop a consistent, accurate and computationally inexpensive approach to self and mutual impedance extraction of interconnects. Our alternative method is computationally much less expensive than the PEEC alternative, significantly more stable, while equally accurate. We solve the problem of capturing the correct frequency dependence of the inductance and resistance extraction, one that fully accounts for proximity effects as function of frequency. Furthermore, we correctly generalize our treatment to incorporate nonuniform current distributions as needed to model the skin effect, that starts manifesting in digital IC's at frequencies near 15 GHz. We extend our analysis to the study of passive inductor devices, both for self and mutual impedance computations. An RLC extraction method is presented in order to capture important information such as self-resonance frequency and quality number. We derive an original equation for the delay of an RLC transmission line under a ramp excitation, with a finite load capacitance. We present a useful application of inductance in digital IC's. What we demonstrate in this work is the feasibility to propagate signals at the maximum speed, that of light in the medium.