IR降

在电流流动过程中，电路的两个端点之间的电势差称为IR降．在电流流动过程中，落在任何电阻(R)上的电压(V)是电流(I)和电阻(R)的乘积。IR降有时被称为欧姆定律，可以写成:

V = I * r

电路中的IR下降是由多个因素造成的，如rush电流、电源带、供电不足、供电网络阻抗高、供电网络架构等。

IR Drop的类型

局部和全局红外滴是红外滴的两种基本类型。当一组邻近的栅极同时开关时，这被称为“局部红外跌落”。术语“全局IR下降”是指当芯片的一个部分的活动导致另一个部分的IR下降时发生的现象。

红外滴分析

在红外滴分析中，器件中的电源均匀分布在整个设计的所有金属层中。这些金属层具有有限的电阻，当电压施加到这些金属线上时，电流开始流过金属层，并且由于金属线的电阻和电流而损失了一些电压。对于红外滴分析，使用了许多工具，包括Apache的Redhawk和Cadence的Voltage Storm。

来自Apache IR drop分析的Redhawk用于设计流程的不同阶段。当更改成本高昂且对项目时间表影响很小时，从设计周期开始就使用Redhawk进行IR drop分析是可取的。它可以通过电网设计进行检测和校正。这也减少了在执行最终静态和动态电压的签断步骤中所需的调整数量。因此，“红鹰”可以在设计过程中的任何时候使用。

另一方面，来自Cadence的Voltage storm使用动态IR drop来分析瞬态drop的影响。它有助于优化去耦电容器的数量，以减少电路设计中的漏电。基于矢量和较少矢量的方法用于测量电压风暴工具的消耗。

红外跌落冲击

如果压降过高，电路将没有足够的电压，导致定时故障。如果IR下降增加时钟倾斜，则会导致保持时间违反，否则将是设置时间违反。

集成电路设计中的红外衰减

在专用集成电路设计中，通常会出现两种类型的红外跌落，即静态跌落和动态跌落。

静态红外滴是任何给定设计的平均电压降。它是由电网的RC决定的，它将电源连接到适当的标准电池[3]。静态红外衰减表示为:

动态IR滴指晶体管的高开关活性引起的电压损失。它由逻辑的切换时间决定，受时钟周期的影响较小。动态IR降公式为:

图1:ASIC设计中的红外衰减

半导体的IR下降

芯片中的每个晶体管都需要电力。金属层用于在微处理器周围分配电力。尽管物理芯片尺寸几乎保持不变，但由于制造工艺的显著减少，导线的尺寸已经缩小。当电流流过电阻时，电压下降，这被称为IR降。当晶体管的电压降低时，它会变慢，这可能会影响电路定时。如果它发生在设计的关键路径上，则可能导致功能故障，因此必须避免。在半导体设计中，IR降是功能电压的降低，这意味着电源电压的微小变化可能占数字摆动的比例越来越大，可能导致不准确的逻辑结果。

PCB设计中的IR下降

电压通过一个平面或迹线连接到器件引脚，它有电阻，被称为pcb上的IR降。在这种情况下，由于欧姆定律，电压会损失。能量由电能转化为热能，电压值也随之降低。

PCB设计人员可以使用IR-drop分析来检测平面是否有太多的孔，痕迹是否太窄和太长，或者偏差是否足够大。电压下降在某些情况下会发生。可以使用现场求解器来确定电阻，并且可以使用模拟来查看电流、电压降低和温度升高的结果。接地路径应采用低电阻。我们的目标是尽可能减少功耗。每一次电压下降都会产生热量，这可能会引起附近组件的热问题。当电压降得过低时，电源电压可能会低于电源电压的下容差，导致电气元件失效。功率完整性是电路设计中的一个重要标准，在设计任何电路时都必须注意这一点。图2为PCB上的红外跌落分析。PCB设计人员可以使用红外滴分析来检测平面是否有太多的孔，是否有太窄太长或没有放置足够的通孔。

图2:PCB上的红外跌落分析