• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권4호
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• pp.75-79
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• 2013

A power distribution network (PDN) is a network that provides connection between the voltage source supply and the power/ground terminals of a microprocessor chip. It consists of a voltage regulator module, a printed circuit board, a package substrate, a microprocessor chip as well as decoupling capacitors. For power integrity analysis, the board and package layouts have to be transformed into an electrical network of resistor, inductor and capacitor components which may be expressed using the S-parameters models. This modeling process generally takes from several hours up to a few days for a complete board or package layout. When the board and package layouts change, they need to be re-extracted and the S-parameters models also need to be re-generated for power integrity assessment. This not only consumes a lot of resources such as time and manpower, the task of PDN modeling is also tedious and mundane. In this paper, a block-based PDN modeling is proposed. Here, the board or package layout is partitioned into sub-blocks and each of them is modeled independently. In the event of a change in power rails routing, only the affected sub-blocks will be reextracted and re-modeled. Simulation results show that the proposed block-based PDN modeling not only can save at least 75% of processing time but it can, at the same time, keep the modeling accuracy on par with the traditional PDN modeling methodology.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권4호
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• pp.15-22
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• 2004

이 논문은 PCB의 PDN(Power Distribution Network) 시스템을 고려한 채널 분석을 나타내었다. 설계자가 원하는 PDN 시스템을 설계하기 위하여, 전체 주파수 범위의 PDN이 요구하는 임피던스를 얻는 유용한 설계방법을 제안하였다. 제안된 방법은 주파수 영역과 관계된 계층적 배치 접관방식과 보트와 decoupling 커패시터 사이의 current 흐름의 간섭을 고려한 path-based equivalent 회로를 기본으로 하였다. 비록 빠르고 쉬운 계산을 위한 lumped model일지라도, 실험 결과는 제안된 모델이 numerical 분석처럼 거의 정확함을 보였다. PDN 시스텐의 분석은 패키지 인덕턴스가 파워 노이즈, 데이터 채널을 통한 신호 이동에 영향을 받는다는 것을 보여주고 있으나, 보드 PDN 또한 정확한 채널 신호를 위해 무시할 수 없다는 것을 보여준다. 따라서 설계자는 반드시 초고속 디지털 시스템의 첫 스팩 설계로부터 보드, 패키지, 칩 등을 동시에 디자인을 해야 한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권4호
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• pp.41-45
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• 2013

Modern electronic devices such as tablets and smartphones are getting more powerful and efficient. The demand in feature sets, functionality and usability increase exponentially and this has posed a great challenge to the design of a power distribution network (PDN). Power rails merging is a popular option used today in a PDN design as numerous power rails are no longer feasible due to form factor limitation and cost constraint. In this paper, the criteria and limitations for power rails merging are discussed. Despite having all the advantages such as pin count reduction, decoupling capacitors sharing, lower impedance and cost saving, power rails merging can however, introduce coupling noise to the system. In view of this, a PDN design with power rails merging that fulfills design recommendations and specifications such as noise target, power well placement, voltage supply values as well as power supply quadrant assignment is extremely important.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권7호
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• pp.76-81
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• 2011

본 논문에서는 비아 절단 구조를 제안하고 2층 구조의 DRAM 패키지 기판 설계에 적용하여 낮은 임피던스를 가지는 파워 분배망(Power Distribution Network)을 구현하였다. 제안한 신규 비아 구조는 비아의 일부가 절단된 형태이고 본딩 패드와 결합하여 넓은 배선 면적을 필요로 하지 않는 장점을 가진다. 또한 비아 절단 구조를 적용한 설계에서는 본딩 패드에서 VSSQ까지의 배선 경로를 효과적으로 단축시킴으로써 PDN 임피던스를 개선시킬 수 있다. DRAM 패키지 기판 상의 윈도우 영역 형성과 동시에 비아의 일부 영역이 제거되므로 비아 절단 구조 제작을 위한 추가적인 공정은 없다. 또한 비아 홀 내부를 솔더 레지스트로 채움으로써 버(Burr) 발생을 최소화하였으며, 이를 패키지 기판 단면 촬영을 통해 검증하였다. 비아 절단 구조의 적용 및 VDDQ/VSSQ 배치에 의한 PDN 임피던스 변화를 검증하기 위해서 3차원 전자장 시뮬레이션 및 네트워크 분석기 측정을 통해 기존 방식을 적용한 패키지 기판과 비교 검증을 진행하였다. 신규 DRAM 패키지 기판은 대부분의 주파수 범위에서 보다 우수한 PDN 임피던스를 가졌으며, 이는 제안한 비아 절단 구조와 파워/그라운드 설계 배치가 PDN 임피던스 감소에 효과적임을 증명한다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.110-120
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• 2010

본 논문에서는 대 면적 기판 집적 도파관 전력 분배 네트워크(Substrate Integrated Waveguide Power Distribution Network: SIW PDN)의 출력 단자 간 위상차를 제거하기 위해 유전체 나사를 적용한 가변 기판 집적 도파관(SIW: Substrate Integrated Waveguide)을 제안한다. 본 제안 구조는 가변 기판 집적 도파관에 비 도금된 비아 홀에 부분적으로 유전체 나사를 삽입하여 S-parameter의 크기에 거의 영향을 주지 않고 위상 천이를 이룬다. 이로써, 유전체 나사가 삽입되지 않은 가변 기판 집적 도파관이 적용된 대 면적 SIW PDN($370\;mm{\times}195\;mm$)의 측정된 ${\pm}33.9^{\circ}$의 위상 차이가 본 제안 구조를 통하여 ${\pm}4.65^{\circ}$까지 크게 감소되었다. 본 논문에서 제안된 유전체 나사를 이용한 가변 SIW는 향후 초경량, 고성능 기판 집적 위상 배열 시스템 및 대 면적 SIW 회로 응용에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

• 전기학회논문지
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• 제56권11호
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• pp.1988-1991
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• 2007

This study investigates the performances of the signaling techniques including differential signals for the power-distribution network(PDN)s with and without the slit, using a rigorous evaluation method 'Modal Analysis', validated by being compared to the FDTD simulation up to 5 GHz.

• Journal of electromagnetic engineering and science
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• 제11권4호
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• pp.282-289
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• 2011

GHz electromagnetic interference (EMI) characteristics are analyzed for a 3dimensional (3D) stacked chip power distribution network (PDN) with through silicon via (TSV) connections. The EMI problem is mostly raised by P/G (power/ground) noise due to high switching current magnitudes and high PDN impedances. The 3D stacked chip PDN is decomposed into P/G TSVs and vertically stacked capacitive chip PDNs. The TSV inductances combine with the chip PDN capacitances produce resonances and increase the PDN impedance level in the GHz frequency range. These effects depend on stacking configurations and P/G TSV designs and are analyzed using the P/G TSV model and chip PDN model. When a small size chip PDN and a large size chip PDN are stacked, the small one's impedance is more seriously affected by TSV effects and shows higher levels. As a P/G TSV location is moved to a corner of the chip PDNs, larger PDN impedances appear. When P/G TSV numbers are enlarged, the TSV effects push the resonances to a higher frequency range. As a small size chip PDN is located closer to the center of a large size chip PDN, the TSV effects are enhanced.

• 전자공학회논문지
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• 제49권9호
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• pp.259-269
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• 2012

전원 전압이 낮아지고, 칩의 동작 속도가 빨라짐에 따라 온-칩 인덕턴스를 포함한 power distribution network (PDN) 분석이 중요해 질 것으로 예측된다. 본 논문에서는 일반적인 온-칩 전력 격자 구조에 적용시킬 수 있는 효과적인 인덕턴스 추출방법에 대해 제안한다. Chip layout에 적용할 수 있는 loop 인덕턴스 모델을 제시하고, 그 모델을 사용하여 post layout RC extraction netlist로 부터 인덕턴스를 포함한 netlist를 추출할 수 있는 tool을 개발하였다. 제안된 loop 인덕턴스 모델과 개발된 tool의 정확성은 회로 simulation을 통해 PEEC 모델과 비교하여 검증하였다. 인덕턴스 추출 방법을 실제 chip layout에 적용시켜 on-chip inductance를 포함한 PDN의 voltage fluctuation을 예측하였다. 패키지와 PCB 모델을 포함한 co-simulation 모델을 구성하여 on-chip inductance의 영향을 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권4호
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• pp.9-15
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• 2006

이 논문은 코어와 I/O 회로가 포함된 PEEC(Partial Equivalent Electrical Circuit) PDN(Power Distribution Networks)의 임피던스 변화에 따른 칩의 성능 분석을 나타내었다. I/O 전원에 연결된 코어 전원 잡음이 I/O 스위칭에 어떠한 영향이 미치는지 시뮬레이션 결과를 통하여 보였다. 또한 직접 설계한 $7{\times}5$인치 DLL(Delay Locked Loop)시험 보드를 사용하여 칩의 동작 지점에 따른 전원 잡음의 효과를 분석하였다. $50{\sim}400MHz$에 주파수 대역에 따른 DLL의 지터를 측정하고 시뮬레이션 결과로 얻어진 임피던스 값과 비교하였다. PDN의 공진 피크가 100MHz 주파수에서 1옴보다 큰 임피던스를 갖기 때문에 DLL의 지터는 주파수가 100MHz 근처에서 증가함을 보여준다. 타겟 임피던스를 줄이기 위한 방법인 디커플링 커패시터에 따른 칩과 보드의 임피던스 변화를 보였다. 따라서 전원 공급망 설계는 디커플링 커패시터와 함께 코어 스위칭 전류와 I/O 스위칭 전류를 같이 고려해야 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 Techno-Fair 및 추계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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• pp.130-131
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• 2007

This study investigates the performances of the signaling techniques including differential signals for the power-distribution network(PDN)s with and without the slit, using a rigorous evaluation method, validated by the FDTD simulation up to 5 GHz.