基于NoC的片上互連模型分析與設(shè)計.pdf

1、半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展使現(xiàn)代集成電路工藝進(jìn)入深亞微米及納米階段，片上網(wǎng)絡(luò)（Network-on-chip，NoC）的出現(xiàn)成為必然。片上網(wǎng)絡(luò)解決了片上系統(tǒng)（SoC）由于單一總線帶來的擴(kuò)展性問題以及單一時鐘帶來的同步問題，因而得到了廣泛使用。然而，作為片上系統(tǒng)SoC的擴(kuò)展，NoC的內(nèi)部互連極為復(fù)雜，在高通信速率的情況下，互連線會產(chǎn)生損耗、反射、串?dāng)_、電磁干擾等效應(yīng)，從而影響信號質(zhì)量。因此，對NoC片上互連模型的研究已經(jīng)成為先進(jìn)集成電路的一個主

2、要方向和熱點(diǎn)。本文結(jié)合片上互連網(wǎng)絡(luò)的特性以及非理想效應(yīng)，對高速互連信號傳輸進(jìn)行了深入探討。
　　本研究首先討論了片上網(wǎng)絡(luò)互連的研究背景及意義，介紹了NoC基本結(jié)構(gòu)以及其互連的設(shè)計難點(diǎn)和有待解決的問題。然后分析傳輸線瞬態(tài)模型，包括分布式RC模型和分布式RLC模型。針對瞬態(tài)模型評估了互連上可能出現(xiàn)的信號完整性問題，并通過軟件仿真了傳輸線上可能出現(xiàn)的損耗、串?dāng)_及反射情況。其次，討論了在深亞微米及高頻情況下的傳輸線效應(yīng)，介紹了差分傳輸線適

3、用的混合模式S參數(shù)理論，并在HFSS仿真環(huán)境下搭建了差分傳輸線模型，對其S參數(shù)進(jìn)行了研究。長距離傳輸線的損耗越來越嚴(yán)重，通過提取差分傳輸線電阻、電容和電感寄生參數(shù)得到了分布式RLC的等效電路模型。然后，針對提取的RLC電路模型，建立偏微分方程和電報方程，并推導(dǎo)出差分傳輸線損耗解析模型，模型結(jié)果與Ansoft HFSS的仿真結(jié)果相比，平均誤差為5.20％。同時本文也研究了傳輸線拐角因差模阻抗與共模阻抗的不匹配導(dǎo)致的反射效應(yīng)。通過Ansof

4、t HFSS以及ADS的聯(lián)合仿真對比了四種不同結(jié)構(gòu)拐角傳輸線對散射系數(shù)以及共模噪聲的影響。最后，為了補(bǔ)償NoC長距離傳輸過程中的碼間干擾及損耗，本文提出了基于電流模式邏輯的高速收發(fā)器結(jié)構(gòu)。首先介紹了典型的高速接口電路的基本結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)NoC高速互連線的性能需要，選擇 CML電路結(jié)構(gòu)作為發(fā)送器，并給出了其兩種擴(kuò)展帶寬的結(jié)構(gòu)。對CML發(fā)送器進(jìn)行改進(jìn)，通過增加預(yù)加重模塊改善碼間干擾現(xiàn)象。最后在130nm工藝下建立了帶有發(fā)送端預(yù)加重以及接收端