应用FDTD-SPICE技术的高速互连结构时域分析

摘要

随着电子技术如半导体器件和电子信息技术的飞速发展,高速大规模集成电路芯片的集成度和工作速度随着其功能的增强而不断增加,信号脉冲的速度越来越快,作为集成电路系统中信号互连线的多导体传输线,其时域响应分析成了保证高速电子信息系统正常工作的必须环节.传统的分析技术是首先对其进行电磁建模,然后提取其等效的电路参数,再将结果输入通用的电路仿真器进行仿真分析.但上述方法在高度集成化的现代高频高速电路系统中有下列两方面的局限性:(1)无法实现对有源器件参数的准确提取;(2)无法以等效电路来方便地替代高频互连网络.针对上述困难,该文提出了二种新技术--用FDTD-SPICE方法来直接对高速互连封装结构进行时域响应分析,而无须进行等效电路参数的提取.在时域有限差分法进行电磁场全波模拟的基础上,结合Maxwell的旋度方程,该文将时域有限差分法和电路仿真器SPICE在时域直接连接,二者通过计算结构中的一系列端口进行互连.这种方法可以方便的处理非均匀以及不连续结构,与FDTD方法相比,在对层间互连结构和多层结构的分析时更具有突出的优越性,由于是将电路元件作为统一的电磁场仿真的一部分来进行全波模拟,避免了参数提取后再进行全SPICE电路仿真的二次过程.该文对多导体互连线进行了电磁场全波模拟,并提取其等效的频变特征阻抗参数,再用SPICE仿真器进行了电路元件-传输线的一体化模拟,利用FDTD-SPICE方法,该文对信号完整性分析中的常见问题如串扰,地弹,趋肤效应等进行了仿真分析,并对结果进行了讨论.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1背景介绍

1.2互连和封装结构电磁特性研究的现状概述

1.2.1引言

1.2.2互连和封装结构电磁建模分析方法综述

1.3本论文的主要工作及特点

第二章基于时域有限差分法的平面互连结构全波分析

2.1引言

2.2时域有限差分法

2.2.1时域有限差分法的特点

2.2.2有限差分法

2.2.3 Yee氏网格

2.2.4 Maxwell旋度方程的有限差分表示

2.2.5数值色散

2.2.6数值稳定性

2.3吸收边界条件(Absorbing Boundary Conditions)

2.3.1 Mur吸收边界条件

2.3.2 PML吸收边界条件

2.4微波电路和集成电路的时域有限差分法分析

2.4.1激励源的设置

2.4.2均匀多导体互连线等效电路频变分布参数的提取

2.5结论

第三章应用FDTD-SPICE的平面互连结构全波分析

3.1引言

3.2 FDTD-SPICE方法简介

3.2.1 FDTD法分析混合电路的历史回顾

3.2.2 FDTD与SPICE程序的结合模型

3.3 FDTD-SPICE论基础和计算流程

3.3.1诺顿等效电路法（电流源近似）

3.3.2戴维宁等效电路法（电压源近似）

3.4实例计算

3.4.1 FDTD法分析数字信号的时间和空间步长选取

3.4.2地弹分析

3.4.3串扰计算

3.4.4趋肤效应

3.4.5非理想回路结构分析

3.4.6 FDTD-SPICE计算效率分析

3.5 FDTD-SPICE方法的优点

3.6结论

结束语

附录Hspice简介

参考文献

致谢