Abstructs of our papers ディジタル集積システムにおいては、システム規模の増大と動作速度の高速化 が合間って、より長い伝送線路をより高速な信号が伝搬する必要性が生じている。 近い将来には1GHzを越えるようなシステムの必要性があり、このような領域では 伝送線路がシステムの性能を左右すると考えられる。 本研究では長い伝送線路を信号が高速に伝搬する場合に問題となる表皮効果に ついてその影響を評価した。まず配線の実効的な抵抗を簡単モデルを用いて表 し、周波数成分毎の応答の結合として伝送遅延の評価を行うことで、比較的長 い周期の方形波入力に対しても、伝送遅延を見積もる際に表皮効果の影響を 考慮すべきことを示した。次にこのことを踏まえ、より高い精度で表皮効果を 評価するために、スプリットファイバモデルを用いた表皮効果シミュレータ について、その原理と実現に際しての問題点について考察した。
多導体の容量行列を算出するためのコンパクトなテストストラクチ ャを提案している。高集積化されたシステムにおいてその性能を評 価するためには、幾重にも積層された導体群がもつ結合容量を求め る必要がある。従来の手法では多数のテストパターンを個別に作成 する必要があったが、本手法ではまとまった導体群を独立に駆動で きる構造を作ることで、一つのテストストラクチャでその中に含ま れる導体群の持つ容量行列を求めることが可能となる。また、多数 の導体群についての測定を行う際の測定プローブ数の制限を考慮し 、シフトレジスタを用いた構造を用いることにより、導体数にかか わらず８本の測定プローブのみで測定が可能となる。
Accurate formulas for evaluating self- and mutual capacitances of long interconnections in VLSI are presented. And an optimum aspect ratio of cross-section of VLSI interconnections is discussed in terms of the minimum delay using the new formulas.
ディジタル集積システムにおいては、近い将来には1GHzを越えるよ うなシステムの必要性があり、このような領域では伝送線路がシス テムの性能を左右すると考えられる。本研究では伝送線路を信号が 高速に伝搬する場合に問題となる表皮効果についてその影響を評価 した。まず表皮効果を平面的に解析するためのシミュレーションモ デルとして、スプリットファイバモデルを提案する。次にこれを用 いた解析により配線の断面形状と表皮効果が伝送遅延に及ぼす影響 との関係について評価し、比較的低周波の信号から表皮効果の影響 を考慮する必要があるを示す。最後に導体をスリット状に並べた場 合についての伝送遅延改善効果について評価する。 It will be very important for future large integrated and high speed digital system to be considered interconnection optimization. In operation of over GHz region, it need to consider the skin effect. In this study, we developed a two dimensional skin effect simulator by using the split fiber model, that can treat the skin effect as inductive phenomenon of metal wires. Using this simulator, we calculate propagation delay as the function of wiring aspect ratio with considering skin effect. We found that it need to consider the skin effect in under 1GHz operation. Finally, we evaluate the effectiveness of lamination wire in reducing skin effect.
In this study, we have developed a two dimensional skin effect simulator by using the split fiber model, that can treat the skin effect as inductive phenomenon of metal wires. Using this simulator, we have calculated propagation delay as a function of wiring aspect ratio with considering the skin effect. We estimate propagation delay of both step and slope input and we point out the necessity of considering skin effect in over GHz operation in digital VLSI design.
A compact new test structure using shift register circuits for extracting components of the capacitance matrix of the multi-layer interconnections has been proposed. An extraction method of the capacitance matrix is also presented. As a result of fabrication, capacitance values obtained by measurement are in good agreement with the numerical calculation. We also showed an estimation method of the measurement errors.
高速動作時に影響を及ぼす表皮効果の問題について定量的考察を行った。 電磁波の導体への侵入の遅れによって生じる表皮効果は、導体の断面積 と信号の入射速度の増大によって顕著になり、表皮効果が現れると導体 の実効抵抗率は増加する。本研究ではディジタルシステムにおける遅延 を伴う立上り信号を周波数成分に分解し、各々の伝送線路応答を線形結 合させることで、伝送遅延を求めた。その結果GHzを越える動作周波数を持つ プロセッサにおける大域配線において表皮効果を考慮した 遅延解析が必要であることが分かった。
表皮効果を含む伝送線路中の誘導性要素について、その信号伝送に 与える影響について定性的・定量的に考察を行なった。その結果、 表皮効果については、集積回路中の信号伝送に関しては、これが発 現する動作領域で自己インダクタンスの影響が支配的になることから、 当面のプロセスにおいては伝送遅延を見積もる際には考慮する必要が ないことが確かめられた。一方で自己インダクタンス成分の伝送遅延に 与える影響はGHzを超えるような動作領域では中・長距離の伝送経 路に対して非常に重要になることや、これが、配線幅や配線長の制 限要素となることが確かめられた。
In this study, we evaluated the magnitude of inductive effects on propagation delay in VLSI system with taking skin effect into account. As a result of numerical simulation, we mentioned that it is not important to take the skin effect into account in evaluating propagation delay of VLSI interconnections. Because in such a high frequency operation as the skin effect appears, in place of resistance that is influenced by the skin effect mainly, inductance becomes the dominant component of characteristic impedance of interconnections. On the other hand, it is very important to take the inductance into account in evaluating propagation delay of VLSI interconnections in over GHz operation, and it becomes one of the restriction factors of width or length of interconnections.
A compact new test structure using shift register circuits for extracting components of the capacitance matrix of the multi-layer interconnections has been proposed. An extraction method of the capacitance matrix is also presented. As a result of fabrication, capacitance values obtained by measurement are in good agreement with the numerical calculation. We also showed an estimation method of the measurement errors.
In this study, we evaluated the magnitude of inductive effects on propagation delay in VLSI system with taking skin effect into account. As a result of numerical simulation, we mentioned that it is not important to take the skin effect into account in evaluating propagation delay of VLSI interconnections. Because in such a high frequency operation as the skin effect appears, in place of resistance that is influenced by the skin effect mainly, inductance becomes the dominant component of characteristic impedance of interconnections. On the other hand, it is very important to take the inductance into account in evaluating propagation delay of VLSI interconnections in over GHz operation, and it becomes one of the restriction factors of width or length of interconnections.
A compact new test structure for direct extraction of components of the capacitance matrix for the multi-layer interconnections is presented. In this new method, each component is directly obtained from the measurement data without any calculation. And the total pads are kept 8 independently of the size of target matrix.