LSI電源系の容量分散配置とデカップリングによるEMI低減とパワーインテグリティの実現

摘要

従来,LSI電源系の設計において，バイパスコンデンサの配置により電源供給系のインプットインピーダンスを目標値以下まで下げ，パワーインテグリティを向上するという方針が取られてきた．しかし，LSI動作電流の高い周波数成分をPCBに設置したバイパスコンデンサから供給するような設計にするとEMIの増加につながる．そこで，本研究では直流電源供給系にデカップリングインダクタを配置し，スイッチング電流を閉じ込めることでEMI低減を計る．さらにバイパスコンデンサをチップ内，パッケージ上，PCB上に分散配置することでパワーインテグリティも両立する設計手法を提案する．一例として，今回は600MHz以上の周波数帯のスイッチング電流をパッケージ内に閉じ込め，100MHz以上の周波数帯のスイッチング電流をPCB内に閉じ込め，直流電源には1 MHz；以上の周波数帯のスイッチング電流がほとんど流れない設計例を紹介する．%Conventionally a strategy of reducing impedance of DC power distribution network (PDN) for LSI has been adopted to improve the power integrity. However, when the high-frequency component of LSI operation current is supplied from bypass capacitors on the PCB, it can cause EMI increase. To decouple such high-frequency current and reduce EMI, we introduced decoupling inductors on the PDN in combination with bypass capacitors located on chip, package and PCB to improve the power integrity. In this report, we propose a design scheme of the decoupling circuit with an example that confines the high-frequency component above 600 MHz in the package, above 100 MHz in the decoupling circuit on PCB, and DC supply current only contains the frequencies lower than 1 MHz.