[發明專利]針對屏蔽差分硅通孔的RL無源均衡器結構及其設計方法

有效

• 申請號: 201810575644.1
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108988815B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 趙文生;傅楷;徐魁文;董林璽;王高峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H03H7/06
• 分類號: H03H7/06;G06F30/367;G06F30/373;H01L23/48
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開一種針對屏蔽差分硅通孔的RL無源均衡器結構及其設計方法。本發明由多個單元構成；所述單元由硅襯底到金屬層方向依次包括位于硅襯底中的屏蔽差分硅通孔，位于絕緣層中的兩個輸入端口和構成均衡器的片上電阻，以及位于最外層金屬層的片上電容和輸出端口；此結構利用電阻?電感(Resistance?Inductance,RL)諧振電路的思路設計而成。此結構可以有效解決數字差分信號傳輸系統中存在的碼間串擾問題，使傳輸頻帶變得平坦，有效提高了高速數字信號的傳輸質量。

技術領域

本發明屬于無源電子器件技術領域，涉及一種針對差分信號傳輸的RL無源均衡器結構及其設計方法。

背景技術

差分傳輸方式已經成為高速數字信號傳輸系統的一項重要技術。差分傳輸對外界干擾擁有較高的效抑制能力，可有效提升信號的傳輸質量。在三維集成電路中，針對硅通孔技術的差分傳輸結構可以有效提高系統集成度、降低能量損耗、提高系統穩定性。對此，研究人員提出地-信號-信號-地(Ground-Signal-Signal-Ground,G-S-S-G)結構的差分硅通孔傳輸結構來改善高速信號的傳輸質量，但此結構無法消除差分對之間的串擾。中國專利號第105810663 A號專利中提出的屏蔽差分硅通孔(Shield Differential Through-Silicon Via,SD-TSV)結構有效彌補了G-S-S-G結構的不足。此結構可以在傳輸差分信號的同時，有效屏蔽差分對之間的串擾，進而更加改善差分信號傳輸質量。

但隨著信號頻率提高到GHz頻段，由硅通孔結構導致的信號傳輸損耗也變得越來越嚴重。硅通孔周圍的氧化層所形成的氧化層電容會起到隔絕直流泄漏的作用，但會加劇高頻信號泄漏到襯底中。隨著三維集成電路堆疊層數的增加，硅通孔造成的傳輸損耗變得越來越明顯，具體表現在高速數字信號傳輸系統中眼圖的質量變差。研究表明，當硅通孔的堆疊層數超過8層時，高速數字信號的眼圖會完全閉合。此外，差分傳輸結構也很難解決數字通信系統中存在的碼間串擾問題。隨著信號傳輸速率的提高，硅襯底造成的頻率損耗也帶來了顯著的碼間串擾問題。

因此，在針對硅通孔的高速數字信號傳輸系統中需要均衡器來提高信號的傳輸質量。有源均衡器是解決碼間串擾問題最普遍和傳統的方法，但其帶來的限制系統帶寬和過多的接口能量損耗等負面效應影響了其功能的發揮。為解決有源均衡器所帶來的問題，學者們提出利用無源均衡器進行頻率補償的思路。無源均衡器適用于高帶寬、低功耗系統，因此其更具發展潛力。但是針對高速數字信號傳輸系統中屏蔽差分硅通孔傳輸存在的碼間串擾問題還沒有特制的無源均衡器。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，公開一種針對屏蔽差分硅通孔的RL無源均衡器結構及其設計方法，此結構利用電阻-電感(Resistance-Inductance,RL)諧振電路的思路設計而成。此結構可以有效解決數字差分信號傳輸系統中存在的碼間串擾問題，使傳輸頻帶變得平坦，有效提高了高速數字信號的傳輸質量。

本發明針對屏蔽差分硅通孔的RL無源均衡器由多個單元構成，輸入端口位于最底層屏蔽差分硅通孔內部，輸出端口位于最底部金屬層上。

所述單元由硅襯底到金屬層向上方向依次包括位于硅襯底中的屏蔽差分硅通孔，位于最底部金屬層的輸出端口，連接均衡器的片上過孔和位于最外層金屬層的螺旋電感。

所述屏蔽差分硅通孔位于硅襯底中，由內向外依次包括內部差分硅通孔對和屏蔽外殼。所述內部差分硅通孔對由兩個結構相同的柱狀硅通孔組成，用于三維集成電路中層間差分信號的傳輸，其中柱狀硅通孔由金屬內芯和外圈氧化層組成，金屬內芯用于傳輸電流，外圈氧化層用于隔絕直流泄漏。所述屏蔽外殼由環形金屬內芯和內外兩層氧化層組成，用于充當電流返回路徑的同時隔絕外界干擾，其中環形金屬內芯接地用于充當電流返回路徑，內外圈氧化層用于隔絕直流泄漏。