集積回路における高速信号伝送技術の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350186
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小野寺 秀俊 京都大学, 情報学研究科, 教授 (80160927)
• 研究分担者: 橋本 昌宜 京都大学, 情報学研究科, 助手 (80335207) ; 小林 和淑 東京大学, 大規模集積システム設計教育センター, 助教授 (70252476)
• キーワード: 高速信号伝送 / LSI配線 / 伝送線路 / 配線構造 / ドライバ駆動力 / スパイラルインダクタ / 応答局面法 / LSI

研究概要

非平衡伝送を想定した長距離高速信号伝送を可能にするVLSI配線構造の検討 伝送線路特性を利用した非平衡信号高速信号伝送を実現する配線構造の検討を行った。長距離高速信号伝送の実現には、線路の減衰と配線間の結合を低く抑える必要がある。35nm,130nmプロセスを想定し、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路を評価対象とした。信号距離に対し必要な配線資源量が指数的に増大することが分かった。信号配線間の結合抑制には、マイクロストリップ構造では信号配線間の距離をある程度とること、コプレーナ構造ではグラウンド配線をはさむことが必要である。
伝送線路特性を考慮した非平衡伝送向けドライバ駆動力決定法の検討 通常のCMOSドライバが伝送線路特性を示す配線を駆動して信号伝送することを想定し、その駆動ドライバの駆動力決定法を検討した。VLSI内の配線の場合、配線抵抗が無視できないため、抵抗による損失を考慮しなければならない。本検討では、配線の損失および特性インピーダンスの周波数依存性を考慮して、波形乱れを起こさず必要十分な電圧を終端まで伝播させるドライバ駆動力決定法を開発した。180-100nmプロセスにおいて実験的に有効性を確認した。
スパイラルインダクタの最適設計法 高速信号伝送を行うためには、高周波発振回路が不可欠である。高周波発振回路はLC共振によって実現されるため、オンチップスパイラルインダクタを設計する必要がある。このインダクタの特性は発振器の特性に強い影響を与えるため正確なモデリング、最適設計が不可欠である。本検討ではインダクタ特性を応答局面法を用いて正確に表現し、それに基づき特性を最適化する手法を開発した。実測したインダクタ特性が応答局面法で正確に表せることを実験的に確認した

研究成果

• [文献書誌] 土谷, 橋本, 小野寺: "VLSI配線の伝送線路特性を考慮した駆動力決定手法"情報処理学会論文誌. 43・5. 1338-1347 (2002)
• [文献書誌] 土谷, 橋本, 小野寺: "配線R(f)L(f)C抽出のための代表周波数決定手法"第16回 回路とシステム(軽井沢)ワークショップ. (発表予定).
• [文献書誌] A.Tsuchiya, M.Hashimoto, H.Onodera: "Frequency Determination for Interconnect RLC Extraction"Proc.SASIMI. (発表予定).
• [文献書誌] H.Hoshino, K.Okada, H.Onodera: "Design Optimization Methodology of On-Chip Spiral Inductor"Proc.SASIMI. (発表予定).
• [文献書誌] M.Hashimoto, D.Hiramatsu, A.Tsuchiya, H.Onodera: "Interconnect Structures for High-Speed Long-Distance Signal Transmission"Proc.IEEE ASIC/SoC Conference. 426-430 (2002)
• [文献書誌] 平松, 土谷, 橋本, 小野寺: "長距離高速信号伝送を可能にするVLSI配線構造の検討"情報処理学会DAシンポジウム. 155-160 (2002)