一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法技术

本发明专利技术涉及一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法，其包括：先确定差分硅通孔结构；接着分析该差分硅通孔各部分的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导；接着建立差分硅通孔的奇模等效电路和其偶模等效电路；接着在HFSS中建立差分硅通孔三维仿真模型；然后得到该差分硅通孔的Y参数矩阵并计算该差分硅通孔的奇模传输矩阵和该差分硅通孔的偶模传输矩阵；然后求差分硅通孔的奇模特性阻抗Z0o和奇模传播常数βo；然后求该差分硅通孔的偶模特性阻抗Z0e和偶模传播常数βe；然后得出该差分硅通孔的奇模环路电阻Ro、偶模环路电阻Re、环路自电感L和环路互电感Lm；接着在Q3D中建立该差分硅通孔的三维仿真模型并得到Cox、CSig、GSig、CSim和GSim。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信领域，具体涉及一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法。
技术介绍
三维集成电路(3D IC)具有封装密度高、噪声免疫强、功率损耗小、工作速度高和容易实现不同工艺间的异质集成(逻辑，存储器，射频，模拟等等)的优点，并能克服许多传统平面集成电路面临的物理的、工艺的和电的限制。在三维集成电路中，大量的同质或异质的芯片层叠起来，并且使用硅通孔(TSV)作为芯片间的垂直导电通道。这些硅通孔已经成为影响三维集成电路整体性能的关键组件。根据信号的传输方式，硅通孔可分为单端硅通孔和差分信号硅通孔。单端硅通孔包括信号-地硅通孔对(其中一根用作信号传输，另一根作为其返回通路)和同轴硅通孔(其中内部导体用作信号传输，外面的金属环作为其返回通路)。信号-地硅通孔对结构简单，容易加工实现，成本低。同轴硅通孔具有传输损耗小和能有效抑制耦合噪声的优点。然而，它们均不能传输差分信号，所以不能应用于高速三维集成电路。在实际应用中，为了保证高速信号的信号完整性，在高速I/O通道中通常使用差分信号技术。因此，差分硅通孔将成为高速三维集成电路的一个必要组件，它需要使用两根信号硅通孔传输差分信号且其他硅通孔作为其返回通路。差分硅通孔的分布参数包括分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导，这些参数对其电磁特性具有决定性作用。现有的提取差分硅通孔分布参数的方法均使用理论模型计算即解析计算或者数值计算的方法，它们的主要缺点是难以考虑复杂的电磁效应，在高频时误差很大。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本专利技术公开了一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法。技术方案：一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法，包括以下步骤：1)、确定差分硅通孔的结构；2)、分析该差分硅通孔的各部分存在的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导；3)、建立差分硅通孔的奇模等效电路和差分硅通孔的偶模等效电路；4)、在三维全波电磁场仿真软件HFSS中建立该差分硅通孔的三维仿真模型；5)、通过三维全波电磁场仿真软件HFSS得到该差分硅通孔的Y参数矩阵；6)、根据步骤5)得到的差分硅通孔的Y参数矩阵计算该差分硅通孔的奇模传输矩阵和该差分硅通孔的偶模传输矩阵，其中：该差分硅通孔的奇模传输矩阵为： A o B o C o D o = - Y d 2 d 2 Y d 2 d 1 - 1 Y d 2 d 1 - | Y o | Y d 2 d 1 - Y d 1 d 1 Y d 2 d 1 - - - ( 1 ) , ]]>该差分硅通孔的偶模传输矩阵为： A e B e 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、确定差分硅通孔的结构；2)、分析该差分硅通孔的各部分存在的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导；3)、建立差分硅通孔的奇模等效电路和差分硅通孔的偶模等效电路；4)、在三维全波电磁场仿真软件HFSS中建立该差分硅通孔的三维仿真模型；5)、通过三维全波电磁场仿真软件HFSS得到该差分硅通孔的Y参数矩阵；6)、根据步骤5)得到的差分硅通孔的Y参数矩阵计算该差分硅通孔的奇模传输矩阵和该差分硅通孔的偶模传输矩阵，其中：该差分硅通孔的奇模传输矩阵为：AoBoCoDo=-Yd2d2Yd2d1-1Yd2d1-|Yo|Yd2d1-Yd1d1Yd2d1---(1),]]>该差分硅通孔的偶模传输矩阵为：AeBeCeDe=-Yc2c2Yc2c1-1Yc2c1-|Ye|Yc2c1-Yc1c1Yc2c1---(2),]]>其中，|Yo|＝Yd1d1Yd2d2‑Yd1d2Yd2d1，|Ye|＝Yc1c1Yc2c2‑Yc1c2Yc2c1，Yd1d1为差分硅通孔端口1的差模输入导纳，Yd2d2为差分硅通孔端口2的差模输入导纳，Yd2d1为差分硅通孔端口1到端口2的差模转移导纳，Yd1d2为差分硅通孔端口2到端口1的差模转移导纳，Yc1c1为差分硅通孔端口1的共模输入导纳，Yc2c2为差分硅通孔端口2的共模输入导纳，Yc2c1为差分硅通孔端口1到端口2的共模转移导纳，Yc1c2为差分硅通孔端口2到端口1的共模转移导纳；7)、根据有耗差分传输线的奇模传输矩阵的理论表达式得出该差分硅通孔的奇模特性阻抗Z0o和奇模传播常数βo，其中：Z0o=Bo/Co---(3)]]>βo＝arccos(Ao)/l   (4)其中：l表示差分硅通孔的高度；Ao、Bo和Co为差分硅通孔的奇模传输矩阵参数，可由式(1)得到,即Ao=-Yd2d2Yd2d1]]>Bo=-1Yd2d1]]>Co=-|Yo|Yd2d1]]>8)、根据有耗差分传输线的偶模传输矩阵的理论表达式得出该差分硅通孔的偶模特性阻抗Z0e和偶模传播常数βe，其中Z0e=Be/Ce---(5)]]>βe＝arccos(Ae)/l(6)其中，Ae、Be和Ce为差分硅通孔的偶模传输矩阵参数，可由式(2)得到,即Ae=-Yc2c2Yc2c1]]>Be=-1Yc2c1]]>Ce=-|Ye|Yc2c1]]>9)、根据步骤3)建立的差分硅通孔的奇模等效电路和差分硅通孔的偶模等效电路，并结合该差分硅通孔的奇模特性阻抗Z0o和奇模传播常数βo的理论表达式、该硅通孔的偶模特性阻抗Z0e和偶模传播常数βe的理论表达式得出β0Z0o＝Ro+j2πf(L‑Lm)  (7)βeZ0e＝Re+j2πf(L+Lm)  (8)其中，Ro为差分信号硅通孔和其返回通路组成的环路的奇模环路电阻，Re为差分信号硅通孔和其返回通路组成的环路的偶模环路电阻，L为差分信号硅通孔和其返回通路组成的环路的环路自电感，Lm为两根差分信号硅通孔之间的环路互电感，f为差分硅通孔的工作频率，j为虚单位；10)、将步骤9)得到的表达式的实部和虚部分离得出该差分硅通孔的奇模环路电阻Ro、偶模环路电阻Re、环路自电感L和环路互电感Lm：Ro＝Real(βoZ0o)  (9)Re＝Real(βeZ0e)  (10)L=Im ag(βoZ0o)+Im ag(βeZ0e)4πf---(11)]]>Lm=Im ag(βeZ0e)-Im ag(βoZ0o)4πf---(12)]]>其中，Real()表示取括号内表达式的实部，Imag()表示取括号内表达式的虚部；11)、在三维准静态电磁场分布参数提取软件Q3D中建立该差分硅通孔的三维仿真模型；12)、通过三维准静态电磁场分布参数提取软件Q3D得到该差分硅通孔的所有氧化层电容Cox、差分信号硅通孔和其返回通路即接地硅通孔之间的硅衬底电容CSig、差分信号硅通孔和其返回通路即接地硅通孔之间的硅衬底电导GSig、两根差分信号硅通孔之间的硅衬底互电容CSim和两根差分信号硅通孔之间的硅衬底互电导GSim。...

【技术特征摘要】
1.一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、确定差分硅通孔的结构；2)、分析该差分硅通孔的各部分存在的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导；3)、建立差分硅通孔的奇模等效电路和差分硅通孔的偶模等效电路；4)、在三维全波电磁场仿真软件HFSS中建立该差分硅通孔的三维仿真模型；5)、通过三维全波电磁场仿真软件HFSS得到该差分硅通孔的Y参数矩阵；6)、根据步骤5)得到的差分硅通孔的Y参数矩阵计算该差分硅通孔的奇模传输矩阵和该差分硅通孔的偶模传输矩阵，其中：该差分硅通孔的奇模传输矩阵为： A o B o C o D o = - Y d 2 d 2 Y d 2 d 1 - 1 Y d 2 d 1 - | Y o | Y d 2 d 1 - Y d 1 d 1 Y d 2 d 1 - - - ( 1 ) , ]]>该差分硅通孔的偶模传输矩阵为： A e B e C e D e = - Y c 2 c 2 Y c 2 c 1 - 1 Y c 2 c 1 - | Y e | Y c 2 c 1 - Y c 1 c 1 Y c 2 c 1 - - - ( 2 ) , ]]>其中，|Yo|＝Yd1d1Yd2d2-Yd1d2Yd2d1，|Ye|＝Yc1c1Yc2c2-Yc1c2Yc2c1，Yd1d1为差分硅通孔端口1的差模输入导纳，Yd2d2为差分硅通孔端口2的差模输入导纳，Yd2d1为差分硅通孔端口1到端口2的差模转移导纳，Yd1d2为差分硅通孔端口2到端口1的差模转移导纳，Yc1c1为差分硅通孔端口1的共模输入导纳，Yc2c2为差分硅通孔端口2的共模输入导纳，Yc2c1为差分硅通孔端口1到端...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢启军，朱樟明，丁瑞雪，李跃进，杨银堂，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61