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数字电路设计课件-第9讲-互连

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数字集成电路-互连线

数字集成电路-互连线

pF/cm
数字集成电路 Digital Integrated Circuit
互连线
互连线的电容效应
线间电容
连线的水平尺寸与垂直尺寸不按相同比例缩小，连线间距D 减小，线厚度H基本维持不变，导致线间寄生电容增大。
Level 2
Level 1
数字集成电路 Digital Integrated Circuit
Intel 45 nm Stack
[Moon08]
互连线
互连线模型
考虑各种寄生参数的模型
数字集成电路 Digital Integrated Circuit
电容模型
互连线
互连线特征
连线数目(对数幅度) Source: Intel
Local Interconnect SLocal = STechnology
Cwire C p p C fringe
W
H/ tdi
2 di
2 di
log2tdi / H
1
互连线
互连线的电容效应
互连线电容与W/H的关系
电介质为SiO2， r=3.9 电 容 （
）
• W/H 较大时，总
电容接近平行板 电容模型
• W/H 较小时 (W/H <1.5)，边
缘电容占总电容 的主要部分
数字集成电路 Digital Integrated Circuit
互连线
互连线的电容效应
平行板电容模型（W >> tox）
C int
ox WL
tox
L
H tox
按比例缩小：
W
电力线 W、tox1/S
L 1/SL
SiO2 substrate

《计算机互连网络》PPT课件

《计算机互连网络》PPT课件

2020/11/2
计算机系统结构
6
2020/11/2
3. 循环移数网络
i=1
7 i=0
6
5
i=2 0
1
2
3 4
计算机系统结构
7
4. 树形和星形
2020/11/2
计算机系统结构
8
5. 胖树形
2020/11/2
计算机系统结构
9
6. 网格形和环网形
2020/11/2计算机来自统结构107. 超立方体
计算机系统结构
12
2.交叉开关网络
交叉开关网络是单级网络，它由交叉点上的一元开关构成。 通常，这类交叉开关网络需要使用n×m个交叉点开关。正方形交 叉开关网络(n＝m)可以无阻塞地实现n!种置换。
每个周期可以实现n个数据传输，与每个总线周期只传一个数 据相比，它的频宽最高。
对小型系统来说性能价格比较高。 但是单级交叉开关网络一旦构成后将不能扩充。
定义：单级ICN只使用一级开关，如下图所示。 开关的每种接通组合方式可用一个互连函数表示。
f( j入 ) = j出，0≤j≤N-1
在互连函数中，记： N ── 结点数 n = log2N ── 维数 j= Xn-1……X0 ── 结点 编号的二进制形式，位数为n。
ICN
0
0
互连函数族的组成必须使网络成为连通图。
2020/11/2
计算机系统结构
11
动态互接网络
为了达到多用或通用的目的，我们需要采用动态连接网络， 它能根据程序要求实现所需的通信模式动态连接特性。
按照价格和性能增加的顺序，动态连接网络的排队次序为 总线系统、多级互连网络(MIN)和交叉开关网络。
1.总线系统

课件10网络互连概念中继器ppt.ppt

课件10网络互连概念中继器ppt.ppt
典型
网
络
互
连
设
备
中继器的主要特点：
➢ 只是起到一个放大信号、延伸传输介质的 作用； ➢ 不具备检查错误和纠正错误的功能； ➢ 工作在物理层，只能连接相同的局域网； ➢ 可连接不同传输介质的局域网。
计算机网络基础
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
计算机网络基础
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
互联
网
的
主
要
功
能
1.屏蔽各个物理网络的差别 寻址机制的差别 分组最大长度的差别 差错恢复的差别等
2.隐藏各个物理网络实现细节
3.为用户提供通用服务
计算机网络基础
物理层互连：中继器 数据链路层互连：网桥 网络层互连：路由器 高层互连：网关
计算机网络基础
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
典型
网
络
互
连
设
备
1.中继器 LAN环境下用来延长网络距离的互连设备中 最简单最廉价的是中断器。这种设备操作在OSI 的物理层，只具有信号放大再生之类的功能， 因此只能连接使用相同媒体访问方法和相同数据 传输速率的LAN。
典型
网
络
互
连
设
ห้องสมุดไป่ตู้
备
HUB按照对输入信号的处理方式上， 可以分为：
无源HUB、有源HUB、智能HUB

数字电路设计课件 第9讲 互连

数字电路设计课件 第9讲 互连

L´
Pin
•Many chips areas are ‘pad limited’
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
Pad Frame
Layout Die Photo
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
输出驱动器设计－再次考虑
Transistor Sizes of redesigned cascaded buffer tp = 1.89 ns
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
大尺寸晶体管的实现
D(rain)
Multiple Contacts
密集型布线结构
避免最坏情形的产生
编解码技术
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
结构化可预测的连线结构
V S G S V S
V
S
G
S
V
S
Example: Dense Wire Fabric ([Sunil Kathri])
Trade-off: • 线间串扰电容小了40倍， •代价： 2% 的延时开销，5％的面积和总电容开销 Also: FPGAs, VPGAs

© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
ESD Protection
V DD
R
PAD
D1 X D2 C
Diode
© Digital Integrated Circuits2nd

数字电路ppt课件

数字电路ppt课件
数字电路PPT课件
目录
• 数字电路概述 • 数字电路基础知识 • 数字电路设计 • 数字电路的测试与验证 • 数字电路的优化与改进 • 数字电路的未来发展
01
数字电路概述
定义与特点
定义
数字电路是处理离散的二进制信 号的电路，这些信号通常表示为 高电平（逻辑1）和低电平（逻辑 0）。
特点
数字电路具有高可靠性、高稳定 性、易于大规模集成等优点，广 泛应用于计算机、通信、控制等 领域。
光数字电路的发展需要解决光子器件 的集成度和可靠性问题，以及光信号 的稳定性和可控制性问题。
光数字电路利用光波导、光调制器和 光探测器等光子器件实现信号的传输 和处理，可应用于高速通信、并行计 算等领域。
THANKS
感谢观看
确保其正常工作。
故障诊断
故障定位
通过测试和分析，确定故障发生的位置和原 因。
故障排除
针对故障模式，采取相应的措施排除故障， 恢复数字电路的正常工作。
故障模式识别
根据故障的表现形式，识别出故障的模式。
故障预防
通过分析和总结，预防类似故障的再次发生 。
可靠性分析
可靠性评估
对数字电路的可靠性进行评估，包括 平均无故障时间、失效率等指标。
02
数字电路基础知识
逻辑门电路
与门
实现逻辑与运算，当输入都为 高电平时，输出为高电平。
或门
实现逻辑或运算，当输入中至 少有一个为高电平时，输出为 高电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入为高 电平时，输出为低电平；当输 入为低电平时，输出为高电平 。
异或门
当两个输入不同时，输出为高 电平；当两个输入相同时，输
可重构电路设计

high speed Design - 9.连接器

high speed Design - 9.连接器

高速数字电路设计教材yyyy-mm-dd日期：批准:yyyy-mm-dd 日期：审核:yyyy-mm-dd 日期：审核:yyyy-mm-dd 日期：拟制:华为技术有限公司版权所有 侵权必究目 录249.9 连接器的电源控制特性(POWER-HANDLING FEATURES OF CONNECTORS) (22)9.8 经过连接器的差分信号(DIFFERENTIAL SIGNALING THROUGH ACONNECTOR) (22)9.7.3 Teradyne 多负载总线连接器(Teradyne Multidrop Bus Connector) (21)9.7.2 Augat 点对点连接器(Augat Point-to-Point Connector) (20)9.7.1 AMP Z-Pack 点对点连接器（AMP Z-Pack Point-to-Point Connector ） (20)9.7 用于高速信号的特殊连接器(SPECIAL CONNECTORS FOR HIGH-SPEEDAPPLICATIONS) (19)9.6.3 常规阻塞(Common Mode Choke) (18)9.6.2 屏蔽(Shielding) (18)9.6.1 滤波(Filtering) (18)9.6 外部连接中如何满足EMI 问题(FIXING EMI PROBLEMS WITH EXTERNALCONNECTIONS) (15)9.5 连接器布地的连续性(CONTINUITY OF GROUND UNDERNEATH ACONNECTOR) (14)9.4.5 匹配电阻(Matching Resistor) (14)9.4.4 模拟接收线的源端阻抗(Simulated Source Impendance of Receiving Line) (14)9.4.3 发送线的终端阻抗(Terminating Impedance on the Transmitting Line) (14)9.4.2 脉冲发生器和源端阻抗(Pulse Generator and Source Impedance) (13)9.4.1 接地和信号管脚(Ground and Signal Pins) (13)9.4 连接器的耦合测量(MEASURING COUPLING IN A CONNECTOR) (12)9.3 .5 慢速总线(Very Slow Bus) (12)9.3.4 分布均匀的负载(Evenly-Spaced Loads) (11)9.3.3 接受器和驱动器的电容(Capacitance of Receivers and Drivers) (11)9.3.2 电路布线电容(Circuit Trace Capacitance) (11)9.3.1 管脚到管脚的电容（Pin-to-Pin Capacitance ） (10)9.3 寄生电容--多负载总线上的连接器（PARASITIC CAPACITANCE--USINGCONNECTORS ON A MULTIDROP BUS ） (6)9.2 串联电感——连接器产生电磁干扰（EMI ）的主要原因（SERIESINDUCTANCE--HOW CONNECTORS CREATE EMI ） (5)9.1.2 地平面如何改变会流路径（How Grounds Alter the Return-Current Path ） (3)9.1 共模电感（MUTUAL INDUCTANCE--HOW CONNECTORS CREATE (3)第九章 连接器（Connectors ）......................................................第九章连接器（Connectors）摘要：本章就连接器对系统所造成的信号干扰问题和EMI问题进行了原理性分析和理论计算，对我们所应关注的连接器的三个主要参数：共模电感、串联电感和寄生电容的产生机制和影响进行了深入的讨论。

《网络互连》PPT课件

《网络互连》PPT课件
5.1 网络互连概述
网络互联是指利用相应的技术和设备将多个网 络或设备连接起来，以达到更大范围的数据传 输和资源共享目的。
网络互连的类型
✓ LAN与LAN互连 ✓ LAN与WAN互连 ✓ WAN与WAN互连 ✓ LAN通过WAN与其他LAN互连
网络A 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路 层物理层
负荷很重时，可能因中继器中缓冲区的存储空间不够而发生溢出 ，以致产生帧丢失的现象。 （３）中继器若出现故障，对相邻两个子网的工作都将产生影响。
5.2.2 网桥
桥接的工作机制是将物理网络段（也就是常说的冲突域）进行分 隔，根据MAC地址来判断连接两个物理网段的计算机的数据包发送。
网桥是一种控制冲突域流量的设备。除了隔离冲突域以外，网桥 还可以实现不同类型网络的连接（令牌环网和以太网之间的连接）和 网络的扩展（IEEE的5.4.3连接规则）等功能。
A
网络一
路由器R3
路由器R1
网络四
网络二
路由器R2 网络三
路由器R4
节点A与节点C通信时，可能的路径有： 网络一—R3—网络四—R4—网络三 网络一—R1—网络二—R2—网络三
C
应该选择哪一条路径，由路由器决定
高层互连 ✓ 主要设备：网关。 ✓ 当互连的网络的传输层及以上层协议不同时就需要网关进
（1）路由选择
路由器基于IP地址判断路径，会根据IP地址信息来判断到 达目的地的最优路径。判定到达目的地的最佳路径，由 路由选择算法来实现。
路由器利用网络层定义的“逻辑”上的网络地址（即IP地 址）来区别不同的网络，实现网络的互连和隔离，保持 各个网络的独立性。路由器不转发广播消息，而把广播 消息限制在各自的网络内部。发送到其他网络的数据先 被送到路由器，再由路由器转发出去。

数字电子技术(课件)lec09

2013-7-28
Chapter 5 Combinational Logic Analysis
8
Lecture 9: Combinational Logic Analysis--2
Development of the AND-OR Equivalency
注意：变换符号时从输 出往输入逆向操作。
2013-7-28
Test Your Understanding
Draw the timing diagram for the circuit below, showing the output of G1,G2 and G3 with the input waveforms A and B.
2013-7-28
Chapter 5 Combinational Logic Analysis
10
Lecture 9: Combinational Logic Analysis--2
Test Your Understanding
Directly simplify the logic diagram shown below using the appropriate dual symbols and develop the output expression for the circuit.
Chapter 5 Combinational Logic Analysis
9
Lecture 9: Combinational Logic Analysis--2
Illustration of the Use of Appropriate Dual Symbols
error
Start from output, and work backwards

集成电路和数字电路设计 讲义— Lecture9


All others “disconnect” their
= 01
outputs, but can “listen”.
=0
7
EE141
Tri-state Based Multiplexor
Multiplexor
Transistor Circuit for inverting multiplexor:
Non-Inverting switches
PUN and PDN are dual logic networks PUN and PDN functions are complementary
❑ Full rail-to-rail swing
❑ Symmetrical VTC
❑ No (…) static power dissipation
EECS 151/251A Spring 2018 Digital Design and Integrated Circuits
Instructors: Nick Weaver & John Wawrzynek
Lecture 9
EE141
Administration
❑ First Midterm Thursday
In3
F
In4
No connections to GND or VDD
5
EE141
Tri-state Buffers
Tri-state Buffer:
“high impedance” (output disconnected)
Variations:
Inverting buffer Inverted enable
❑ Decided on closed book (sorry), but will give you extra time. We will make an exam that is expected to take 90 minutes, but will give you 3 hours.

课件数字电路.ppt


将开关接通记作1，断开记作0；灯亮记作1，灯 灭记作0。可以作出如下表格来描述与逻辑关系：
功能表
开关 A 开关 B 灯 Y
A
断开 断开
灭
0
断开 闭合
灭
0
1
闭合 断开
灭
1
闭合 闭合 亮
BY
00 真 10 值
00 表
11
两个开关均接通时，灯才会 Ｙ＝Ａ•Ｂ
亮。逻辑表达式为：
实现与逻辑的电路称为与门。
对偶定理：如果两个逻辑式相等，则它们的对偶 式也相等。
利用对偶规则,可以使要证明及要记忆的公 式数目减少一半。
逻辑函数及其表示方法
逻辑函数
如果以逻辑变量作为输入，以运算结果作为 输出，当输入变量的取值确定之后，输出的取值 便随之而定。输出与输入之间的函数关系称为逻 辑函数。Y=F(A,B,C,…)
反演定理 对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式中
的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0” 换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量， 反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函 数Y的反函数Y′（或称补函数）。这个规则称为反 演定理。
对偶定理
对于任何一个逻辑表达式Y，如果将表达式 中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0” 换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则 可得到的一个新的函数表达式 YD, YD称为Y的对偶 式。
基本公式
0-1
律：
A A
0 A 1 A
A 1 1 A 0 0
互补律： A A 1 A A 0
分别令A=0及 A=1代入这些 公式，即可证 明它们的正确 性。
重叠律： A A A A A A
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Cc
Cw=cwL; Rw=rwL
r is ratio between capacitance to GND and to neighbor
在最坏情况下，g＝5，表明仅仅由于线上翻转方向的影响，导
线延时和最好情形之间就可以有500％的差别！
© Digital Integrated Circuits2nd
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
解决方法（2）
可预测的结构：使用预先定义的、已知 的或保守的布线结构，保证电路既能满 足设计者提出的技术要求，又能使串扰 不会引起失效
▪ 密集型布线结构
避免最坏情形的产生
▪ 编解码技术
© Digital Integrated Circuits2nd
9.2 INTERCONNECT
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
9.2.1电容串扰效应
X
CXY
VX
Y
CY
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
电容串扰效应 动态节点
V DD
CLK
In1 In2 In3
Cin = 2.5 fF
fopt = 3.6 N = 7
tp0 = 30 ps
tp = 0.97 ns
(See Chapter 5)
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
C XY
Y
CY PDN
CLK
X
2.5 V
0V
3 x 1 mm overlap: 0.19 V disturbance © Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
电容串扰效应 被驱动节点
0.5
0.45
0.4
X
0.35
tr↑
VX
RY
C XY
0.3
Y
0.25
Interconnect
结构化可预测的连线结构
V SGSVS
S SV G S V
Example: Dense Wire Fabric ([Sunil Kathri])
Trade-off:
• 线间串扰电容小了40倍，
•代价： 2% 的延时开销，5％的面积和总电容开销
Also: FPGAs, VPGAs
数字集成电路
第九讲 互连问题
© ital Integrated Circuits2nd
Interconnect
互连参数的影响
• 降低可靠性 • 影响性能
• 增加延时 • 增加功耗
参数的分类
• 电容 • 电阻 • 电感
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
Interconnect
解决方法（I）
估计和改进：经过细致的参数提取和模拟可以确 定延时的瓶颈，然后对电路进行适当的修改
▪ 最常使用的方法。 ▪ 缺点：在整个设计生产过程中需要多次的反复，费时
能动性的版图生成：在导线的布线程序中考虑相 邻导线的影响，以保证满足性能方面的要求
▪ 很有吸引力 ▪ 但是所要求的EDA工具非常复杂
衬底 GND )
(
屏蔽层
Interconnect
9.2.2串扰与性能
- 当相邻的信号线向相反的方向翻转 时，延时增加
Cc
延时依赖于相邻信号线的活动
Miller 效应
- Both terminals of capacitor are switched in opposite directions
(0 Vdd, Vdd 0)
▪ 总线、时钟网络、全局控制信号（set/reset) ▪ 存储器中的读写信号
最坏情形发生在芯片内外接口，此时负载有封 装导线、印刷电路板导线、连接的器件的输入 电容组成
▪ 片外负载可以大至50pF，是标准片上负载的数千倍
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
数据编码消除最恶劣情形
In
Encoder
Bus
© Digital Integrated Circuits2nd
Decoder
Out
Interconnect
电容负载和电路性能
复杂的设计中单个门常常需要驱动很大的扇出 ，因而具有很大的电容负载
驱动大电容负载
V DD
V in
V out
CL
• Transistor Sizing • Cascaded Buffers
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
使用级联缓冲器
In
1
2
Out
N
CL = 20 pF
0.25 mm process F = CL/Cin = 8000
CY
0.2
tXY = RY(CXY+CY)
0.15 V (Volt)
0.1
0.05
00
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t (nsec)
Keep time-constant smaller than rise time
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
克服电容串扰的方法
避免浮空节点
▪ 对串扰敏感的节点，如预充电总线等，应当增加保持器件以降低阻抗
敏感节点应当很好地与全摆幅信号隔离
在满足时序约束的范围内尽可能加大上升（下降）时间
▪ 这会对短路功耗有影响
在敏感的低摆幅布线网络中采用差分信号传输方法，使串扰信号 变为不会影响电路工作的共模干扰信号
同一层上的两条导线平行走线的距离不要太长，减小线间电容
两个信号之间增加屏蔽线，能有效地使线间电容变为一个接地电 容，从而消除干扰
不同层上信号之间的线间电容可以通过增加额外的布线层来进一 步减小
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
屏蔽
屏蔽线
GND
V DD
GND
© Digital Integrated Circuits2nd
- Effective voltage is doubled and additional charge is needed (from Q=CV)
© Digital Integrated Circuits2nd
Interconnect
串扰对延时的影响
tp,k=gCw(0.38Rw+0.69RD)