一种解决阵列式芯片IRDROP的电源结构制造技术

本发明专利技术公开了一种解决阵列式芯片IR DROP的电源结构，其特征在于，包括多个电源组；每一所述电源组包括一局部参考电压生成器、分布式稳压器和负载；所述分布式稳压器通过电源组内部供电网络与所述负载连接，用于为所述负载供电；所述局部参考电压生成器与所述分布式稳压器连接，用于为所述分布式稳压器提供参考电压；各所述电源组的局部参考电压生成器、分布式稳压器分别通过稳压器供电网络与外部供电引脚连接，用于获取供电电压。本发明专利技术给出的电源网络设计具有更好的动态性能。源网络设计具有更好的动态性能。源网络设计具有更好的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种解决阵列式芯片IR DROP的电源结构


[0001]本专利技术属于阵列式芯片
，具体涉及一种解决阵列式芯片电源内阻压降(IR DROP)的电源结构。

技术介绍

[0002]阵列式芯片由多个基本单元重复排列形成的阵列和必要的外围电路组成，与普通芯片相比面积较大，电源网络规模也较大。因此，由电源网络内阻导致的电源电压静态压降更为显著，成为影响芯片性能的关键问题之一。如图1、2所示。传统的供电方式包括内部集中式电源稳压器供电和外部引脚直接供电。阵列式芯片电源网络可抽象并简化为图1、2所示的分支结构。每列基本单元位于同一个电源网络分支。每个基本单元被抽象为电源网络内阻R和电流源I(即负载)。假设各个分支相对供电点的最近端电源电压为VDD，每个基本单元消耗电流为I，两个基本单元间的电源网络内阻为R，单个电源分支驱动基本单元数量为N，则各分支最远端电源电压为：VDD
‑
N(N+1)IR/2。
[0003]由上式可知，电源网络上的压降与基本单元数N的平方成正比。当芯片规模较大，电源网络上的压降以平方关系增加。这导致阵列内相对供电点较远的基本单元无法工作在正常的电源电压下，严重影响芯片性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种解决阵列式芯片IR DROP的电源结构。本专利技术通过分布于阵列内的电源稳压器，使阵列内各处供电电压保持基本一致，从而稳定芯片的性能。传统的电源结构采用芯片内集中式电源稳压器供电或外部引脚直接供电。由于电源网络内阻的存在，导致电源电压在距离引脚或电源稳压器较远处产生显著下降，即所谓的IR DROP。本专利技术给出的分布式电源结构将IR DROP大大降低，提高了芯片的电源完整性。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种解决阵列式芯片IR DROP的电源结构，其特征在于，包括多个电源组；每一所述电源组包括一局部参考电压生成器、分布式稳压器和负载；所述分布式稳压器通过电源组内部供电网络与所述负载连接，用于为所述负载供电；所述局部参考电压生成器与所述分布式稳压器连接，用于为所述分布式稳压器提供参考电压；各所述电源组的局部参考电压生成器、分布式稳压器分别通过稳压器供电网络与外部供电引脚连接，用于获取供电电压。
[0007]进一步的，所述局部参考电压生成器提供的参考电压根据所述局部参考电压生成器所在电源组内部供电网络的地电平生成。
[0008]进一步的，各所述电源组构成一阵列结构，所述分布式稳压器嵌入所述阵列结构的内部。
[0009]进一步的，各所述电源组包含的基本单元数相同或不同。
[0010]进一步的，每一所述分布式稳压器分别通过稳压器供电网络与一外部供电引脚连接，各所述分布式稳压器所获得供电电压相同。
[0011]本专利技术的优点如下：
[0012]本专利提出了一种解决像素探测器IR DROP的电源设计。通过将线性稳压器分布式地放置于基本单元组成的阵列内部，避免了单一供电点驱动过长的电源网络。达到稳定电源电压，提高芯片电源完整性的效果。其有益效果主要体现在如下几个方面。
[0013]1.降低IR DROP
[0014]本专利技术采用的分布式稳压器使得电源网络分支的长度大大减小，电源组内产生的最大IRDROP远小于集中式供电。
[0015]2.避免超压供电
[0016]传统集中式的电源设计，一旦产生严重的IR DROP，通常只能通过超压供电予以抵消。然而，超压供电会导致超压工作的电路寿命降低。本专利技术提出的设计，使阵列各处电路都可以工作在正常标称电压下。避免超压工作带来的芯片寿命降低问题。
[0017]3.减弱电源噪声耦合
[0018]由于各个电源稳压器所驱动的电源网络相互独立，一旦有噪声耦合到电源平面，将不会通过电源平面耦合至整个芯片，仅仅影响当前电源稳压器的驱动范围。因此这种分布式的电源设计能够减弱电源噪声的耦合。
[0019]4.更好的动态性能
[0020]本专利技术给出的电源结构，单个电源稳压器的负载远小于集中式供电。当负载电流发生动态变化时，分布式电源稳压器的响应速度要远快于集中式供电，因此本专利技术给出的电源网络设计具有更好的动态性能。
附图说明
[0021]图1为集中式电源稳压器供电结构示意图。
[0022]图2为引脚外部供电结构示意图。
[0023]图3为本专利技术分布式电源稳压器和局部参考电源产生器于阵列内的分布图。
[0024]图4为分布式电源树状结构图。
[0025]附图标记说明：1
‑
电源网络分支，2
‑
基本单元，3
‑
集中式电源稳压器(供电点)，4
‑
供电引脚(供电点)，5
‑
电源组，6
‑
参考电压&稳压器，7
‑
电源组内部供电网络，8
‑
稳压器供电网络，9
‑
负载，10
‑
局部参考电压生成器，11
‑
分布式稳压器。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术进行进一步详细描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0027]本专利给出的分布式电源结构可解决由电源网络内阻带来的电源IR DROP问题。图3给出了本专利技术所提出的电源结构在阵列内的分布示意图。图4给出了本专利技术所提出的电源树状结构示意图，电阻R是“电源组内部供电网络”的寄生参数，电源组内部网络供电的所有电路都是该电源组的负载。下面结合附图详细介绍本专利技术的实施方案。
[0028]1.独立电源组
[0029]本专利技术提出的分布式电源结构将阵列划分为相互独立的数个电源组。每个电源组包含一个分布式稳压器，一个局部参考电压生成器和由若干个基本单元组成的负载。分布式稳压器和局部参考电压生成器由稳压器供电网络供电。稳压器根据局部参考电压生成器提供的参考电压，产生电源组内部供电电压，驱动电源组内部供电网络和负载。各电源组内部供电网络相互独立。各电源组包含的基本单元数可以相同也可以不同。相同数量的基本单元可以保证各组电源负载一致，便于电源稳压器设计。
[0030]2.分布式电源稳压器结构
[0031]本专利技术提出的分布式电源结构包含若干分布式电源稳压器。如图3所示，分布式稳压器嵌入阵列内部，不占用额外空间，因此保持了阵列本身的整齐，对于像素探测器等对基本单元位置敏感的应用，这一点十分必要。每个电源稳压器驱动一个电源组。各稳压器形成如图4所示的树状结构。在各电源组负载相同的情况下，电源稳压器可采用相同设计。否则，电源稳压器的具体设计需根据负载变化，电源稳压器种类包括LDO，DCDC等。由于IR DROP压降大小和电源网络驱动的基本单元数的平方成正比，每个电源稳压器驱动的电源组内部最大的压降远小于传统的集中式供电。假设一个N行的阵列，电源组内部电源分支的最大长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解决阵列式芯片IR DROP的电源结构，其特征在于，包括多个电源组；每一所述电源组包括一局部参考电压生成器、分布式稳压器和负载；所述分布式稳压器通过电源组内部供电网络与所述负载连接，用于为所述负载供电；所述局部参考电压生成器与所述分布式稳压器连接，用于为所述分布式稳压器提供参考电压；各所述电源组的局部参考电压生成器、分布式稳压器分别通过稳压器供电网络与外部供电引脚连接，用于获取供电电压。2.根据权利要求1所述的解决阵列式芯片IR DROP的电源结构，其特征在于，所述局部参考电压生成器提供的参考电压根据所述局...

【专利技术属性】
技术研发人员：李木槿，魏微，张杰，江晓山，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：