TOOLS FOR IMPEDANCE EXTRACTION IN INTEGRATED CIRCUITS (IC)
OUTILS POUR L'EXTRACTION D'IMPEDANCE DANS LES CIRCUITS INTÉGRÉS
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.
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.
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.
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.
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