CAM의 di/dt 분석 및 주파수특성 분석을 통한 그라운드바운스의 감소방안

Abstract

Content Addressable Memory(CAM)는 메모리에 저장된 데이터들 중 원하는 데이터가 위치한 주소를 알려주는 동작을 하는 IP(Intellectual Property)이다. 장점으로는 속도가 매우 빠르다는 것을 들 수 있지만, 전력소모가 크고 그라운드바운스(Ground Bounce)가 크다는 단점을 지니고 있다. 이러한 단점은 성능을 저하시키고 오동작을 유발하기 때문에, 고성능의 CAM을 설계하기 위해서는 이러한 단점을 줄이기 위한 연구가 필요하다. 본 논문은 CAM에서 발생하는 그라운드바운스의 주요 원인인 di/dt에 대하여 분석하고, 이를 감소시키는 방안을 제시하였다. 우선 CAM의 구조 및 동작순서에 대하여 서술하였다. 그리고 그라운드바운스가 생기는 이유와 그것이 CAM의 성능을 저하시키거나 오동작을 유발하는 이유에 대해 살펴보았다. 특히 CAM에서 그라운드바운스의 주요 원인인 di/dt를 분석하였다. 레이아웃에 의한 기생인덕턴스 성분을 고려한 CAM의 그라운드 구조를 모델링한 후, 미스매치인 CAM 셀의 개수에 따른 di/dt의 최대크기를 살펴보았다. 그 결과 레이아웃을 고려하였을 때 di/dt 크기가 최대인 경우는 기존에 비해 더 커진다는 것을 확인하였다. 그리고 그라운드바운스의 특성분석을 통해 이를 감소시키는 방안을 제시하였다. 그라운드바운스의 주파수특성을 퓨리에변환(Fourier Transform)을 통해 분석하고, 고역통과필터(High-Pass Filter)를 통해 그라운드바운스를 감소시키는 방법을 제안하였다. 특히 고역통과필터 내부에 존재하는 커패시터의 크기에 따른 그라운드바운스의 감소량을 제시하였다.; The key function of a content addressable memory (CAM) is searching the entries (contents) stored in a CAM that matches compared input signals. CAM provides in-comparable search speed compared to RAM by accessing and comparing the entire memory entries in parallel, which causes high power consumption and large ground bounce. These lower device’s performance and result in unstable operation. Therefore the researches to prevent these problems are necessary. This thesis analyzed di/dt which causes the ground bounce in CAM. The reasons of ground bounce occurrence and the bad effects in CAM are provided. After studying the structure and operation of CAM, the di/dt generation in CAM is addressed. Specially the variations of di/dt magnitude as the number of mismatched cells are analyzed. The layout consideration in ground path structure in CAM is provided. It is the result that worst case di/dt is different whether the layout structure of ground path is considered or not. characteristic of ground bounce is studied by using fourier transform which shows that ground bounce exists in high frequency bandwidth. By adding high-pass filter in position of ground which influences in the performance and reliability of CAM, ground bounce magnitude was reduced. The results are presented in form of waveforms and figures.