[发明专利]针对屏蔽差分硅通孔的RL无源均衡器结构及其设计方法

说明书

本发明公开一种针对屏蔽差分硅通孔的RL无源均衡器结构及其设计方法。本发明由多个单元构成；所述单元由硅衬底到金属层方向依次包括位于硅衬底中的屏蔽差分硅通孔，位于绝缘层中的两个输入端口和构成均衡器的片上电阻，以及位于最外层金属层的片上电容和输出端口；此结构利用电阻‑电感(Resistance‑Inductance,RL)谐振电路的思路设计而成。此结构可以有效解决数字差分信号传输系统中存在的码间串扰问题，使传输频带变得平坦，有效提高了高速数字信号的传输质量。

技术领域

本发明属于无源电子器件技术领域，涉及一种针对差分信号传输的RL无源均衡器结构及其设计方法。

背景技术

差分传输方式已经成为高速数字信号传输系统的一项重要技术。差分传输对外界干扰拥有较高的效抑制能力，可有效提升信号的传输质量。在三维集成电路中，针对硅通孔技术的差分传输结构可以有效提高系统集成度、降低能量损耗、提高系统稳定性。对此，研究人员提出地-信号-信号-地(Ground-Signal-Signal-Ground,G-S-S-G)结构的差分硅通孔传输结构来改善高速信号的传输质量，但此结构无法消除差分对之间的串扰。中国专利号第105810663 A号专利中提出的屏蔽差分硅通孔(Shield Differential Through-Silicon Via,SD-TSV)结构有效弥补了G-S-S-G结构的不足。此结构可以在传输差分信号的同时，有效屏蔽差分对之间的串扰，进而更加改善差分信号传输质量。

但随着信号频率提高到GHz频段，由硅通孔结构导致的信号传输损耗也变得越来越严重。硅通孔周围的氧化层所形成的氧化层电容会起到隔绝直流泄漏的作用，但会加剧高频信号泄漏到衬底中。随着三维集成电路堆叠层数的增加，硅通孔造成的传输损耗变得越来越明显，具体表现在高速数字信号传输系统中眼图的质量变差。研究表明，当硅通孔的堆叠层数超过8层时，高速数字信号的眼图会完全闭合。此外，差分传输结构也很难解决数字通信系统中存在的码间串扰问题。随着信号传输速率的提高，硅衬底造成的频率损耗也带来了显著的码间串扰问题。

因此，在针对硅通孔的高速数字信号传输系统中需要均衡器来提高信号的传输质量。有源均衡器是解决码间串扰问题最普遍和传统的方法，但其带来的限制系统带宽和过多的接口能量损耗等负面效应影响了其功能的发挥。为解决有源均衡器所带来的问题，学者们提出利用无源均衡器进行频率补偿的思路。无源均衡器适用于高带宽、低功耗系统，因此其更具发展潜力。但是针对高速数字信号传输系统中屏蔽差分硅通孔传输存在的码间串扰问题还没有特制的无源均衡器。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，公开一种针对屏蔽差分硅通孔的RL无源均衡器结构及其设计方法，此结构利用电阻-电感(Resistance-Inductance,RL)谐振电路的思路设计而成。此结构可以有效解决数字差分信号传输系统中存在的码间串扰问题，使传输频带变得平坦，有效提高了高速数字信号的传输质量。

本发明针对屏蔽差分硅通孔的RL无源均衡器由多个单元构成，输入端口位于最底层屏蔽差分硅通孔内部，输出端口位于最底部金属层上。

所述单元由硅衬底到金属层向上方向依次包括位于硅衬底中的屏蔽差分硅通孔，位于最底部金属层的输出端口，连接均衡器的片上过孔和位于最外层金属层的螺旋电感。

所述屏蔽差分硅通孔位于硅衬底中，由内向外依次包括内部差分硅通孔对和屏蔽外壳。所述内部差分硅通孔对由两个结构相同的柱状硅通孔组成，用于三维集成电路中层间差分信号的传输，其中柱状硅通孔由金属内芯和外圈氧化层组成，金属内芯用于传输电流，外圈氧化层用于隔绝直流泄漏。所述屏蔽外壳由环形金属内芯和内外两层氧化层组成，用于充当电流返回路径的同时隔绝外界干扰，其中环形金属内芯接地用于充当电流返回路径，内外圈氧化层用于隔绝直流泄漏。