互连线/有损多导体传输线等效与仿真

• 作 者: 李国林
• 机 构: 清华大学
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2002年期
• 关键词: 互连线 信号完整性 有损多导体传输线 模式分解 直线法 集成电路 电路仿真器 模式亲密度

随着现代集成电路的密度、时钟频率、以及复杂度的提高，互连线分析成为目前几乎所有电路仿真器所必需的功能。互连线时域脉冲信号所表现出来的振荡、延时、畸变、和串音，可能会严重恶化信号完整性。互连线设计可以在多个层面上进行，如片上，封装，多芯片组件，电路印制板，和母板，等。随着工作频率的提升，互连线长度和波长可以相提并论，从而传统的集总器件等效已经不再适用于分析互连线的性能特征，传输线模型成为必然的考虑。而且，由于集肤效应在高频区域成为影响互连线特性的主因，因而获得和频率相关的有损传输线参数成为我们研究的课题。在该课题的研究中，通过对电波导和多导体传输线理论的探讨和进一步深化，
1.我们提出了一个新概念，模式亲密度，用于描述损耗(包括导体损耗和介质损耗)对电波导模式的扰动。这个新概念还被应用于解释不可分解的有损多导体传输线。
2.我们提出了一种新的矩阵类型，镜像对称矩阵，用于描述镜像对称结构(如芯片的管脚)相互作用矩阵中的镜像反射关系。通过对镜像对称矩阵数学性质的研究，我们提出了对称传输线方程奇偶模分解的一般理论。
3.我们提出了对三导体传输线的线模分解方法，这个方法比传统的c/π模分解更加易于处理。
4.我们提出了子层不一致网格划分方法，用于解决直线法求解波导全波场本征方程不收敛的问题。这个方法扩展了计算范围。
5.我们考察了传输线的全波等效问题，全波方法采用直线法，用单一方法得到了很宽频带内将金属损耗考虑在内的和频率相关的传输线参数，并将提取出来的全波参数和准TEM波参数进行了对比。我们特别研究了金属损耗和介质损耗，并给出了可以直接应用于CAD工具的近似理论公式，同时，我们考察了曲线上的三个频率分界点。
6.我们考察了损耗对互连线信号传输的影响，包括延时和串音等，并分析了高损与低损的界分问题。
最后，我们特别指出，模式亲密度这个新概念的提出，深化了对损耗对电波导模式扰动的认识；而新提出的镜像对称矩阵，也可以为其他具有镜像对称结构物理系统的处理带来极大的方便。