產學筆記 - MTK
論文筆記
IR Drop
PDN
是指晶片內部的電源供應網路，負責將電源從外部供應器傳送到晶片內的各個元件。PDN 就是在晶片上把電從外面一路送到每個 cell 的那套電線網路。
但是電線不是完美導體，會有電阻 (R) 和電感 (L)，所以當電流流過這些電線時，會產生壓降 (IR drop) 和電壓波動 (L di/dt drop)。
邏輯閘（inverter、nand、nor）需要固定的供應電壓 Vdd 才能：
- 有足夠的 drive strength
- 讓 transistor 開得快、關得乾淨
- 避免 timing failure
如果 Vdd 因為 IR drop 或 L di/dt drop 而降低
Threshold voltage (Vth) 相對於 Vdd 變高
- 讓電壓從 0 ➜ 1 的時候需要更大的推力
Current drive 降低 → cell 變慢
- 晶片邏輯是靠電容充放電才能跑起來，速度變慢就會 delay 變大
Delay 變大 → Timing fail（setup / hold miss）
Static IR drop vs Dynamic IR drop
Static IR drop 是指在晶片靜止不動的狀態下，PDN 上的電壓降，來自於晶片本身的電阻
$$
V_{\text{static}} = I_{\text{avg}} \times R_{\text{PDN}}
$$- PDN 阻抗中的 “R” 決定。
Dynamic IR drop 則是指在晶片運行時，由於瞬間的高電流需求而引起的電壓降。這種情況通常發生在晶片進行高頻率切換或突發性工作負載時。像是大量的 FF 切換、突發性的記憶體存取等。
$$
V_{\text{dynamic}} = f(I(t), R_{\text{PDN}}, L_{\text{PDN}}, C_{\text{local}})
$$- PDN 全部特性（R + L + C）決定。
Engineering Change Order (ECO)
亡羊補牢
工程變更命令 (Engineering Change Order)。在晶片設計流程中，指的是在設計已經非常接近完成（甚至已經佈局好電路圖）的階段，為了修復少數錯誤（如電壓不穩、時序錯誤）而進行的小規模修改 。
先用 Cadence Innovus 或 Synopsys ICC2 做完佈局後，發現某些區域的 IR drop 過高，導致時序不良。這時候就可以透過 ECO 來進行局部的修改，而不需要重新設計整個晶片。
Sign off
晶片在 Tape-out 之前，所有要最終確認、最終檢查的流程。
Timing Sign-off
使用 Tempus（Cadence）/ PrimeTime（Synopsys） 進行靜態時序分析 (Static Timing Analysis, STA)
- 確認所有的 timing constraint 都被滿足
- slack 都是正的
- setup / hold 都沒有 violation
Power Sign-off
使用 Voltus（Cadence）/ RedHawk（Synopsys） 進行電源完整性分析 (Power Integrity Analysis, PIA)，產生 Heat Map
- 確認 IR drop 都在允許範圍內
- 確認 L di/dt drop 都在允許範圍內
Physical Sign-off
使用 Calibre（Mentor Siemens）/ Pegasus（Cadence） 進行物理驗證 (Physical Verification, PV)
- 確認沒有 DRC violation
- 確認沒有 LVS mismatch
- 確認沒有 antenna effect 問題
Slack
要求到達時間（Required Time） − 實際到達時間（Arrival Time）
- 正 slack：表示有多餘的時間，timing constraint 被滿足
- 負 slack：表示時間不夠，timing constraint 被違反
- 零 slack：表示剛好符合 timing constraint
電子電路筆記
電容
用於維持穩定與提供瞬間能量
濾波
電源線上會有雜訊與波動，電容可以幫助濾除這些高頻雜訊，電壓高了就吸一點，電壓低了就吐一點，讓電壓保持穩定。
耦合
電容的中間是絕緣體，所以直流電是流不過去的。
但是，交流電可以通過電容，因為交流電的電壓會不斷變化，導致電容兩端的電場也在變化，形成交流電流，可以用來傳遞交流信號。
瞬間能量供應
當電路需要瞬間大量電流時，電容可以快速釋放儲存的能量，滿足電路的需求，避免電壓下降過多，導致系統不穩定或錯誤運作。
像是拍照時的閃光燈，需要瞬間大量電流，電容就會在平常時候慢慢充電，等到需要閃光燈時，再快速放電，提供足夠的電流。