[发明专利]用于集成电路的功率分配系统

说明书

技术领域

本发明关于用于集成电路(IC)的功率分配。更明确而言，本发明关于用于连接至印刷电路板(PCB)的IC的功率分配。

背景技术

近年来，一直需要高速操作电路装置，故一直在上面开展研究。可高速操作的电路装置将实现急剧地缩短以前花费较长时间的处理时间，允许以前认为不可能执行的处理，并将会使使用一装置而非多个装置来执行大量任务成为可能，因而减小处理成本并贡献服务、设施、功能等的发展。

一电路的供应电压不应随时间而实质变化。即便电路的电流消耗在较短时间周期不会实质上波动，但在供应电压实质变化的情况下，电路(包括IC)将会出现故障。基本功率分配任务可简单规定为：功率分配必须横跨负载信号频谱支持负载电流，同时维持负载电压在用于可靠操作的可接受限制内。若供应电压实质变化，则电路(包括IC)可能无法维持正常操作，且电路的输出电压可能会变化，从而使其无法提供正常的输出信号。输出电压变化可视为输出信号内的噪声。若噪声较大，则电路甚至可能出现故障。

针对此原因，功率分配系统及功率布线系统系设计以具有一低阻抗。设计这些系统不仅用以具有一低直流(DC)电阻，而且相对于交流电流(AC)或高频信号具有一低阻抗。

若功率分配系统及功率布线系统之阻抗较低，则即便在电路消耗电流波动时，供应电压之波动仍较小且电路噪声也较小。电路可正常操作，因此装置(包括电路)正常操作。

假定功率分配系统及功率布线系统的阻抗为Z且电路消耗电流的一波动为ΔI，则一供应电压波动ΔV表示为

ΔV＝Z·ΔI

因为此波动的一部分变成一噪声信号，故一噪声电压V_n表示为(其中k为一0至1的系数)：

V_noise＝k·ΔV＝kZ·ΔI

从这些公式可明白，若功率分配系统及功率布线系统的阻抗Z较小，则供应电压波动ΔV及噪声电压V_noise也会较小。因此，电路(包括任何IC)可正常操作。

大多数目前IC很少试图控制IC(IC晶粒)中的这些电抗组件与封装内电容之间的阻尼及这些IC内部功率连接与应用PCB级功率递送系统的其它部分之间的较大电感路径。此外，总电感为个别PCB设计的一函数。此点使固有IC封装低通滤波器的截止频率及阻尼因子依赖于应用PCB设计。若PCB功率递送系统阻抗为电感性和/或若PCB功率分配系统(有时称为功率网络布线)电阻阻抗过低，则在IC封装内会发生不合需要的共振。

已使用各种技术来减轻功率分配系统与功率布线系统(下文将简称功率分配系统)的阻抗。这些技术包括：

1.精细间隔滤波器零；

2.高损耗介电质；

3.高趋肤损耗互连；

4.使用高等效串联电阻(ESR)电容器；

5.使用旁路电容器；

6.增加电力线断面；以及

7.分布式RC网络以阻尼固有极点。

使用精细间隔滤波器零由Larry Smith论述并基本上由Baudendistel在“在多层印刷电路板上解耦的功率总线”(密苏里大学-罗拉分校电磁兼容性实验室，TR94-8-023，1994年5月)中所论述的技术的一实施方案，如下所述。

高损耗介电质是一用于功率布线的绝缘体材料，其借助一变化电场在高损耗介电材料内转动分子偶极所作的功来吸收能量。其横跨这些功率轨表现为一频率相依性电阻，在高频下比低频下吸收更多能量。此点论述于(例如)Novak′258(美国专利6,104,258)及Novak′774(美国专利第6,727,774号)，如下述。

高趋肤损耗会增加功率布线阻抗。一方面，此损耗减小功率分配系统递送电流的能力，局部地增加噪声振幅。另一方面，因为高趋肤损耗系消耗性的，故其抑制功率布线网络内的共振并抑制噪声传播。