芯片及系统的电源完整性建模与设计 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:电子工业

作者:(美)斯瓦米纳坦//恩金|译者

出品人:

页数:325

译者:

出版时间:2009-8

价格:55.00元

装帧:

isbn号码:9787121090356

丛书系列:

图书标签:

芯片
信号完整性
简体中文
电子
中国
programming
2009
11
电源完整性
芯片设计
系统设计
建模
仿真
信号完整性
电子设计自动化
高频电路
低功耗设计
电源管理

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具体描述

《芯片及系统的电源完整性建模与设计》是有关电源完整性设计和建模方面的一部丰富而又生动的指南。书中通过真实的案例分析和可下载的软件实例，描述了当今高效电源分配和噪声最小化的设计与建模的前沿技术。作者介绍了电源配送网络组成部件、分析技术、测量技术及建模需求；详尽解释了电源／地平面建模，包括平面特性、集总模型、基于分布电路的方案等；介绍了几种先进的时域仿真技术（例如宏模型），并讨论了它们的优缺点；此外还展示了建模技术在多种高级案例中的应用，包括高速服务器、高速差分信令、芯片封装分析、材料特性、嵌入去耦电容器和电磁带隙结构等。

《芯片及系统的电源完整性建模与设计》可作为研究电源完整性的电子工程师、系统设计师、信号完整性工程师、材料工程师等技术专家及相关专业师生的参考资料；对于研发高速系统分析软件的工程师，同样也会从书中受益。

《先进封装与异构集成中的热管理技术》内容简介：随着摩尔定律的持续推进，集成电路的密度和复杂性达到了前所未有的高度。传统的硅基芯片制造工艺在继续逼近物理极限的同时，以系统级封装（SiP）、三维集成（3D IC）和芯片堆叠为代表的先进封装技术正成为延续高性能计算发展的主流路径。然而，这种高密度、多功能集成带来的一个核心挑战是散热问题。功率密度的急剧上升，使得热量成为限制系统性能、可靠性和寿命的根本瓶颈。本书《先进封装与异构集成中的热管理技术》专注于剖析当前电子系统，特别是高密度集成电路（IC）和先进封装（Advanced Packaging）架构下的热挑战、分析方法与创新的散热解决方案。全书从基础理论出发，深入探讨了热流的产生机理、在复杂三维结构中的传输特性，并系统地介绍了从材料选择到结构设计各个层面的热管理策略。第一部分：异构集成环境下的热物理基础本部分首先回顾了半导体器件的热传导、对流和辐射基本定律，重点阐述了在微纳尺度下，这些经典传热理论的适用边界与修正。随后，详细分析了先进封装技术中典型的热源分布特征，如3D堆叠中TSV（硅通孔）和微凸点的热阻贡献，以及不同芯片（如CPU、GPU、HBM内存）之间热耦合的复杂性。特别地，本书强调了材料的热物理性质在不同温度区间（特别是工作温度上限）的变化规律，以及这些变化如何影响热路径的效率。此外，还深入探讨了热应力与热循环疲劳对封装结构长期可靠性的影响，为后续的热设计优化提供了理论支撑。第二部分：热仿真与建模方法论在高度复杂的异构系统中，精确的热建模至关重要。本部分详细介绍了当前业界主流的热仿真工具和方法。内容涵盖了从宏观系统级热仿真（如基于CFD的系统散热分析）到微观器件级热阻提取（如RC网络热模型）的全套流程。重点介绍了如何构建准确的边界条件和材料属性数据库，以应对封装结构中介于固体（硅、金属）与流体（空气、液体冷却剂）之间的复杂界面。本书提供了构建有效热模型的技术诀窍，包括如何通过实验测量数据（如红外热成像）对仿真结果进行校准和验证，确保模型对实际工作状态的预测精度。第三部分：关键热界面材料（TIMs）的选择与应用热界面材料是连接不同功能模块之间热传导的关键环节，其性能直接决定了整体的热阻。本部分对当前广泛应用的各类TIMs进行了详尽的比较和分析。从传统的导热硅脂、导热胶，到高导热性的金属基复合材料（如碳/铜复合材料），再到新兴的相变材料（PCM）和液态金属方案，本书深入剖析了每种材料的优缺点、工艺限制以及在不同应用场景下的适用性。特别是，本书详细讨论了TIMs的长期可靠性问题，包括接触压力、界面润湿性、以及在热循环下的性能衰减机制。第四部分：先进散热结构设计与优化针对高功率密度芯片，传统的自然散热或风冷方案已无法满足需求。本部分聚焦于主动和被动散热结构的设计与集成。内容覆盖了： 1. 结构优化：包括散热器（Heat Sink）的翅片设计、热扩散器（Heat Spreader）的优化布局，以及如何利用封装层（如基板、引线框）本身进行热量疏导。 2. 微通道与再布线技术：详细介绍了直接芯片冷却（Direct-to-Chip Cooling）技术，特别是集成到封装层内部的微流道结构设计、流场均匀性优化以及泵送功耗的考量。 3. 混合冷却方案：探讨了液冷板（Cold Plate）与芯片的集成技术，以及如何通过局部温区控制来提升整体的性能窗口。第五部分：系统级热可靠性与测试标准热管理不仅是性能问题，更是可靠性问题的核心。本部分讨论了如何将热设计融入到整个产品生命周期管理中。内容包括：基于JEDEC和MIL-STD等行业标准的加速寿命测试（ALT）方法，如何使用热流密度图（Heat Flux Mapping）来识别潜在的局部过热点，以及热设计裕度（Thermal Margin）的确定方法。此外，本书还介绍了先进的封装级热测试技术，例如使用嵌入式温度传感器进行实时监控和闭环控制的策略。目标读者：本书面向从事半导体封装设计、系统集成、电子热管理工程、可靠性工程的研发人员和工程师。同时，它也是高等院校电子工程、微电子学、机械工程等相关专业研究生和高年级本科生的优秀参考教材。读者在阅读本书后，将能够掌握从微米级界面传热到系统级热流控制的完整工程技能集。

作者简介

目录信息

第1章基本概念 1.1 引言 1.1.1 晶体管的功能 1.1.2 电源配送中的问题 1.1.3 电源配送在微处理器和IC中的重要性 1.1.4 电源配送网络 1.1.5 电源供电中的跳变 1.2 电源配送的简单关系 1.2.1 内核电路 1.2.2 I/O电路 1.2.3 SSN产生的时延 1.2.4 SSN影响时序和电压容限 1.2.5 电容器与电流的关系 1.3 PDN的设计 1.3.1 目标阻抗 1.3.2 阻抗和噪声电压 1.4 PDN的组成部件 1.4.1 稳压器 1.4.2 旁路或去耦电容器 1.4.3 封装和电路板中的平面 1.4.4 片上电源分配 1.4.5 PDN中的部件 1.5 PDN分析 1.5.1 单节点分析 1.5.2 分布式分析 1.6 芯片-封装反谐振：实例 1.7 高频测量 1.7.1 阻抗测量 1.7.2 自阻抗测量 1.7.3 转移阻抗测量 1.7.4 完全消除探针电感的阻抗测量 1.8 以平面为参考的信号线 1.8.1 作为传输线的信号线 1.8.2 传输线参数与SSN的关系 1.8.3 SSN与返回路径突变的关系 1.9 PDN建模方法学 1.10 总结参考文献第2章平面建模 2.1 引言 2.2 平面的特性 2.2.1 频域 2.2.2 时域 2.2.3 二维平面 2.3 采用局部电感的集总模型 2.3.1 提取电感和电阻矩阵 2.4 基于分布式电路的方法 2.4.1 传输线建模 2.4.2 传输矩阵法 2.4.3 单元格元件的频率相关特性 2.4.4 平面间隙建模 2.5 离散化平面模型 2.5.1 有限差分法 2.5.2 有限时域差分法 2.5.3 有限元法 2.6 解析法 2.6.1 谐振腔法 2.6.2 谐振腔模型的网络表示 2.7 多平面对 2.7.1 过孔耦合 2.7.2 导体耦合 2.7.3 孔径耦合 2.8 总结参考文献第3章同时开关噪声 3.1 引言 3.1.1 SSN的建模方法 3.2 简单模型 3.2.1 输出缓冲器建模 3.3 传输线及平面建模 3.3.1 微带线结构 3.3.2 带状线结构 3.3.3 背靠导体共面波导结构 3.3.4 模态分解法小结 3.4 模型在时域分析中的应用 3.4.1 返回电流产生的平面反弹 3.4.2 微带线到微带线的过孔切换 3.4.3 分裂平面 3.5 模型在频域分析中的应用 3.5.1 电源与地平面间的带状线 3.5.2 微带线到带状线的过孔切换 3.5.3 采用薄电介质减小噪声耦合 3.6 M-EDM扩展至包含传输线 3.6.1 复杂电路板设计分析 3.7 总结参考文献第4章时域仿真方法 4.1 引言 4.2 有理函数法 4.2.1 基本理论 4.2.2 插值方案 4.2.3 有理函数的性质 4.2.4 增强无源性 4.2.5 电路求解程序中的整合 4.2.6 缺点 4.3 信号流图(SFG) 4.3.1 因果性 4.3.2 传递函数因果性 4.3.3 最小相位 4.3.4 从频率响应中提取时延 4.3.5 因果信号流图 4.3.6 信号流图计算 4.3.7 快速卷积法 4.3.8 利用信号流图进行SI和PI的协同仿真 4.4 改进节点分析(MNA) 4.4.1 MNA的含义 4.4.2 频域 4.4.3 时域 4.4.4 含5参数的MNA公式 4.5 总结参考文献第5章应用 5.1 引言 5.2 高速服务器 5.2.1 内核PDN噪声 5.2.2 I/O PDN噪声 5.2.3 小结 5.3 高速差分信令 5.3.1 测试装置说明 5.3.2 平面建模 5.3.3 主从岛建模 5.3.4 有理函数建模 5.3.5 模态分解和噪声仿真 5.3.6 小结 5.4 IC封装分析 5.4.1 用M-FDM仿真多层封装 5.4.2 HyperBGA封装的因果仿真 5.4.3 小结 5.5 提取介电常数及耗散因子 5.5.1 问题的定义 5.5.2 角点对角点平面探测法 5.5.3 建立因果模型 5.5.4 小结 5.6 嵌入式去耦电容器 5.6.1 嵌入式分立薄/厚膜电容器 5.6.2 嵌入分立电容器的优点 5.6.3 嵌入式厚膜电容器阵列设计 5.6.4 IBM封装集成的嵌入式电容器 5.6.5 嵌入式平面电容器 5.6.6 小结 5.7 电磁带隙(EBC)结构 5.7.1 基本理论 5.7.2 EBG结构的响应 5.7.3 色散图分析 5.7.4 用边缘场和间隙场修正M-FDM 5.7.5 电源平面隔离EBG结构的可缩放设计 5.7.6 数字-RF一体化 5.7.7 ADC负载板设计 5.7.8 数字系统EBG结构中的问题 5.7.9 小结 5.8 未来的挑战参考文献附录A附录B 软件清单术语表
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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作为一名在FPGA开发领域摸爬滚打多年的工程师，我深知在实际项目开发中，性能和稳定性是永恒的追求。虽然FPGA的内部结构相对固定，但其供电设计的好坏，往往是决定项目成败的关键因素之一。我曾经遇到过因为电源不稳定导致的莫名其妙的死机现象，虽然最终通过调整供电模块和增加滤波措施解决了，但过程却非常痛苦。这本书的题目《芯片及系统的电源完整性建模与设计》，让我看到了解决这类问题的希望。我希望它能提供一些针对FPGA系统特有的电源设计考量，比如在时钟频率很高、功耗变化较大的情况下，如何设计一个稳定可靠的供电网络。书中是否会深入探讨如何进行电源噪声分析，以及如何通过PCB布局和元器件选型来抑制这些噪声？我更关心的是，书中是否会介绍一些实际的案例，展示如何在PCB设计层面解决复杂的PI问题，比如如何在多层PCB中优化电源层和地层，以及如何合理安排旁路电容的放置位置。

评分☆☆☆☆☆

我是一名初入集成电路设计行业的新人，对这个领域充满了好奇和求知欲。在课堂上，老师们总是强调“系统性”和“全局观”，而“电源完整性”这个概念，听起来就像是连接芯片功能和物理实现的那个“看不见的基石”。我希望这本书能够用一种循序渐进的方式，帮助我理解电源完整性到底是什么，它和我们常说的“信号完整性”有什么区别又有什么联系？书中是否会详细解释，在芯片的逻辑设计完成后，如何将其转化为能够满足电源要求的物理设计？我特别想知道，那些复杂的电源管理芯片（PMIC）在整个电源完整性设计中扮演着怎样的角色？它们是如何工作的，又该如何与芯片本身的电源网络协同工作？我希望能在这本书里找到一些基础概念的清晰阐述，以及一些简单易懂的例子，让我能够建立起对电源完整性设计的基本认知，为我后续的学习和工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目听起来就非常专业，让我这个对集成电路设计还停留在表面了解的读者感到一丝敬畏。我一直对芯片内部那些看不见的“能量流动”感到好奇，尤其是在高性能计算和移动设备日益普及的今天，对电源的要求也越来越苛刻。我希望这本书能用一种相对易懂的方式，讲解究竟什么是“电源完整性”，以及它为何如此重要。比如，当我们在谈论信号传输时，我们关注的是信号的形状、时序，但电源的不稳定会不会像水流不稳一样，影响到信号的“健康”？那些高速运行的晶体管，需要怎样的“营养供给”才能保持最佳状态？书中是否会解释，在设计之初，如何考虑电源的分布网络，如何减少电压跌落和噪声，从而确保整个芯片的稳定运行？我尤其关注那些针对特定应用场景的案例分析，比如在低功耗设备中，如何平衡性能和功耗，在高速数字信号中，如何应对瞬态电流需求。我希望它能解答我心中关于“电源”这个看似基础却至关重要的概念的种种疑问。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读微电子专业研究生的学生，对于芯片设计中的高级主题有着浓厚的兴趣。最近我开始深入研究数字后端设计，并逐渐意识到电源完整性（PI）的重要性，它直接影响到芯片的性能、可靠性和功耗。这本书的出现，对于我来说无疑是一场及时雨。我非常期待书中能够提供深入的理论分析，比如关于寄生参数的建模方法，如何准确地仿真和预测电源网络的阻抗，以及这些参数如何影响信号的质量。我特别想了解在复杂的电源分配网络（PDN）中，如何有效地设计和优化去耦电容，以及这些电容的类型、数量和布局策略。书中是否会介绍业界常用的PI仿真工具和流程，以及如何利用这些工具来发现和解决潜在的PI问题？我希望它能提供一些实用的设计指南和经验总结，帮助我理解如何在实际设计中应用这些理论知识，从而提升我解决实际工程问题的能力，为我未来的学术研究和职业发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名资深的电子产品硬件工程师，从业经验已经超过十年，经历过许多产品的迭代和升级。随着电子设备性能的飞速提升，对电源的要求也越来越精益求精。我发现，很多时候，产品的稳定性和可靠性瓶颈，都来自于电源系统的薄弱环节。尤其是在一些对电源敏感的模拟电路和高速数字电路系统中，电源的纹波、噪声、瞬态响应等参数，都可能对产品的最终表现产生决定性的影响。我希望这本书能够提供更深入、更前沿的电源完整性分析方法和设计技术。比如，书中是否会探讨如何进行动态电压调节（DVS）和动态频率调节（DFS）中的电源完整性问题？对于复杂的SoC（System on Chip）设计，如何进行跨芯片和跨板级的电源完整性协同设计？我尤其关注书中是否有关于新材料、新工艺在电源完整性设计中的应用讨论，以及如何利用先进的仿真技术来解决更复杂、更具挑战性的PI问题。

评分☆☆☆☆☆