每當 CMOS VLSI 設she計ji中zhong的de邏luo輯ji電dian路lu切qie換huan狀zhuang態tai時shi，都dou會hui消xiao耗hao一yi些xie電dian能neng，因yin為wei晶jing體ti管guan電dian容rong會hui充chong電dian到dao定ding義yi的de邏luo輯ji電dian平ping。雖sui然ran我wo們men希xi望wang功gong耗hao盡jin可ke能neng小xiao，但dan微wei小xiao的de功gong耗hao也ye會hui導dao致zhi許xu多duo邏luo輯ji電dian路lu在zai運yun行xing時shi產chan生sheng巨ju大da的de動dong態tai功gong耗hao。在zai設she計ji器qi件jian時shi，必bi須xu估gu算suan芯xin片pian在zai運yun行xing過guo程cheng中zhong以yi熱re量liang形xing式shi耗hao散san的de電dian能neng。這zhe樣yang做zuo的de目mu的de是shi確que定ding以yi下xia事shi項xiang：必要的冷卻措施、對散熱器的潛在需求、是否應包括裸露的接地焊盤
，或者是否需要通過特殊封裝來確保可靠性。

集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)估(gu)算(suan)技(ji)術(shu)涉(she)及(ji)在(zai)邏(luo)輯(ji)仿(fang)真(zhen)或(huo)電(dian)氣(qi)仿(fang)真(zhen)中(zhong)檢(jian)查(zha)核(he)心(xin)邏(luo)輯(ji)。結(jie)合(he)使(shi)用(yong)這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)
，通(tong)過(guo)估(gu)計(ji)給(gei)定(ding)時(shi)間(jian)間(jian)隔(ge)內(nei)影(ying)響(xiang)總(zong)散(san)熱(re)量(liang)的(de)邏(luo)輯(ji)元(yuan)件(jian)總(zong)數(shu)，粗(cu)略(lve)估(gu)計(ji) CMOS VLSI 產品的功耗。

現代集成電路結構複雜
，估算 VLSI 設she計ji中zhong的de功gong耗hao並bing非fei易yi事shi。這zhe些xie產chan品pin包bao含han多duo個ge邏luo輯ji塊kuai
，其qi中zhong一yi些xie邏luo輯ji塊kuai獨du立li運yun行xing，在zai任ren意yi給gei定ding時shi間jian內nei可ke能neng僅jin有you部bu分fen邏luo輯ji塊kuai在zai工gong作zuo。雖sui然ran兩liang個ge不bu同tong的de比bi特te流liu可ke能neng承cheng載zai相xiang同tong的de輸shu入ru功gong率lv，但dan這zhe並bing不bu一yi定ding意yi味wei著zhe在zai所suo有you情qing況kuang下xia都dou會hui產chan生sheng相xiang同tong的de翻fan轉zhuan。邏luo輯ji輸shu入ru接jie收shou到dao的de不bu同tong比bi特te流liu將jiang激ji發fa設she計ji中zhong的de各ge種zhong信xin號hao變bian化hua，從cong而er產chan生sheng不bu同tong的de功gong耗hao。

jirangonghaozaihendachengdushangqujueyujichengdianludeshurushujuhejiegou
，namebixushiyongyixiejiyuluojifangzhenqidegailvfangfalaiquedingxinhaoqiehuanhuodong。luojiyuanjianzaiqiehuanqijianyehuichanshenggonghao。luojiyuanjiangonghaodejisuangongshiruxia：

基於漏極電壓 (Vdd) 和切換速度的邏輯元件總功耗

這裏的 C 代表切換邏輯電路中充電/放電的總電容。電壓項指的是 PDN 提供的漏極電壓（標稱值）。漏電電流通常被忽略，盡管它在熱仿真中至關重要（見下文）。需要注意的是，這是無功功率：以熱量形式耗散的電能取決於結中的導通電阻，可以使用構成邏輯元件的晶體管的精確 SPICE 模型來進行仿真。

雖然速度不是最快的，但可以比較全麵的確定平均信號變化的方法是使用蒙特卡洛仿真並對結果進行統計分析。在掌握平均翻轉（例如，每個時鍾周期消耗電能的邏輯元件的平均數量）後，可以將這個值乘以每個邏輯元件的預期功耗

，從而獲得總功耗。由於邏輯元件具有內部電阻
，其中一小部分將以熱量的形式耗散。

在擁有數十億個晶體管的現代微處理器中
，這會產生大量熱量，因此設計人員需要進行仿真評估。

在獲得動態切換的功耗估算值後，就可以使用該值進行電路仿真或器件熱仿真，檢查封裝和電路板特性如何影響從器件到周圍的電路板、空氣和任何散熱器的熱傳遞。這些封裝級仿真有助於初步的可靠性評估，並可能促使設計人員在做原型設計之前進行一些更改。

考慮到這種情況一般發生在 VLSI 設(she)計(ji)階(jie)段(duan)，因(yin)此(ci)通(tong)常(chang)無(wu)法(fa)準(zhun)確(que)體(ti)現(xian)設(she)計(ji)封(feng)裝(zhuang)。但(dan)是(shi)

，這(zhe)依(yi)然(ran)為(wei)設(she)計(ji)團(tuan)隊(dui)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)機(ji)會(hui)，他(ta)們(men)可(ke)以(yi)評(ping)估(gu)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)的(de)封(feng)裝(zhuang)
，預(yu)測(ce)在(zai)各(ge)種(zhong)條(tiao)件(jian)下(xia)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)平(ping)衡(heng)的(de)溫(wen)度(du)。這(zhe)類(lei)可(ke)靠(kao)性(xing)仿(fang)真(zhen)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)場(chang)求(qiu)解(jie)器(qi)來(lai)完(wan)成(cheng)
，有(you)時(shi)是(shi)涉(she)及(ji)空(kong)氣(qi)流(liu)動(dong)的(de)多(duo)物(wu)理(li)場(chang)問(wen)題(ti)
，有(you)時(shi)是(shi)利(li)用(yong)熱(re)方(fang)程(cheng)計(ji)算(suan)的(de)簡(jian)單(dan)溫(wen)度(du)仿(fang)真(zhen)。

根據預期的信號變化評估功耗後，便可進行封裝仿真。設計人員可以創建最壞情況場景，估算散熱和溫升，進而評估產品的可靠性。

對dui於yu芯xin片pian設she計ji師shi來lai說shuo，因yin為wei需xu要yao提ti前qian評ping估gu封feng裝zhuang，所suo以yi必bi須xu在zai原yuan型xing設she計ji之zhi前qian進jin行xing這zhe些xie仿fang真zhen。就jiu像xiang封feng裝zhuang底di部bu的de熱re焊han盤pan一yi樣yang，一yi些xie簡jian單dan的de封feng裝zhuang元yuan件jian可ke能neng會hui對dui工gong作zuo溫wen度du產chan生sheng很hen大da的de影ying響xiang。通tong過guo使shi用yong更geng有you效xiao的de係xi統tong分fen析xi軟ruan件jian，設she計ji團tuan隊dui可ke以yi在zai簡jian化hua的de工gong作zuo流liu程cheng中zhong執zhi行xing這zhe些xie關guan鍵jian任ren務wu
，將jiang它ta們men作zuo為wei芯xin片pian設she計ji和he可ke靠kao性xing評ping估gu的de一yi部bu分fen。

在 VLSI shejizhong，yigezhongyaodekaolvyinsushishebeizaigaowenxiayunxingshideloudiandianliu。ruguoshejibudang，hexinluojizhongdegaosufanzhuankenenghuidaozhishebeiwendushenggao，zhidaoloudiandianliuzhanjushebeizhongyireliangxingshihaosandedabufendianneng。zhezhongshengwenkenenghuidaozhireshikong，zuizhongshixinpianshaohuibingshixiao。kaolvdaozhegeyinsuhuiyingxiangshebeizhongxiangyingdejueduizuigaowendu，zaifangzhenzhongxuyaojianzhatasuodailaidekekaoxingwenti。

借助 Cadence 的全套係統分析工具，使用信號切換來估量設備的功耗變得更加簡單。VLSI 設計師可以評估其產品的可靠性，並根據需要實施獨特的封裝選項，以應對設計中的功耗和溫升問題。Cadence Celsius EC Solver 技術旨在幫助電子係統設計師快速準確地解決當今最具挑戰性的熱/電子產品散熱管理問題。Celsius EC Solver 可以分析複雜電子係統的流體流動和傳熱。該軟件使用專有的多層次非結構化（MLUS）網格劃分技術來解決對流、傳導和輻射問題
，可以分析電子組件、外殼和電力電子中的氣流、溫度和傳熱
，求解自然對流、強製對流
、太陽能加熱和液體冷卻問題。

文章來源：Cadence楷登PCB及封裝資源中心