TSV三维集成电路与电路板电磁敏感度行为级协同分析方法研究

The proposed project is to carry out a comprehensive and in-depth research on electromagnetic susceptibility of future 3D integrated circuit (IC) structure with through-silicon-via (TSV) technology together with printed circuit board (PCB), and a systematic study on related electromagnetic modeling, behavioral co-analysis, and test validation methods. It consists of five parts: 1) developing equivalent source-modeling methods for near-field interference in small space; 2) constructing transmission-path models of 3D IC, TSV, and PCB for electromagnetic susceptibility studies; 3) developing electromagnetic-susceptibility models for active circuits in 3D IC; 4) studying efficient IC-TSV-PCB co-analysis methods; 5) developing test-validation methods. At the completion of the proposed project, quantitative analysis of electromagnetic susceptibility from the PCB level down to the IC level becomes feasible, and electromagnetic susceptibility (and thus immunity) of 3D IC and TSV can be evaluated. Then, target distribution of electromagnetic susceptibility (or immunity) as well as co-design between IC and PCB can be realized, leading to a co-analysis methodology for studying electromagnetic susceptibility of IC and PCB.

本项目针对未来TSV三维集成电路与电路板电磁敏感度开展全面深入的研究，系统研究TSV三维集成电路与电路板电磁敏感度分析的建模方法、行为级协同分析方法和试验验证方法。研究内容分为五个方面：一是研究微小空间近场强耦合下干扰源的等效源建模方法；二是研究TSV三维集成电路与电路板电磁敏感度分析中传输通道的建模方法；三是研究TSV三维集成电路电磁敏感性模型的建立方法；四是研究TSV三维集成电路与电路板电磁敏感度的行为级协同分析方法；五是研究TSV三维集成电路与电路板电磁敏感度分析的试验验证方法。项目完成后能定量分析从板级到集成电路的电磁敏感度，能对TSV三维集成电路的敏感特性或抗干扰特性进行分析评估，进而在系统级自顶向下敏感度指标分解的综合设计中实现从板级到集成电路敏感度的"指标分配"和"协同设计"，最终形成一种电路板与集成电路敏感度协同分析的方法。

本课题目的是针对未来TSV三维集成电路与电路板的电磁敏感性开展全面深入的研究，主要解决四个问题：第一个是解决微小空间近场强耦合作用下干扰源的等效源建模方法问题；第二个是针对未来三维IC-TSV-PCB结构，解决传输通道的快速建模方法问题；第三个是解决TSV三维集成电路电磁敏感性模型的建立问题；第四个是综合干扰源的建模、传输通道建模、集成电路敏感特性建模，实现三维IC-TSV-PCB结构电磁敏感性的协同仿真分析和指标分配。. 本课题主要研究微小空间近场强耦合下干扰源的等效源建模方法，研究三维IC-TSV-PCB结构传输通道的建模方法，研究TSV三维集成电路电磁敏感性模型的建立方法，研究TSV三维集成电路与PCB电磁敏感性的协同分析和指标量化分解的方法，研究TSV三维集成电路与PCB电磁敏感性分析的试验验证方法。. 本课题的主要创新工作如下：.1、提出了一种将外界电磁干扰建立为干扰源的等效源建模新方法，根据此方法可将任意复杂电磁环境的干扰等效为电流源（或电压源）模型；提出了利用等效偶极子源来替代干扰源的等效模型构建方法，利用此方法可以将近场测试数据转换为远场辐射电平，即利用近场结果预测远场发射。.2、提出了一种包含平面对谐振特性影响的分段式过孔建模方法，将电源/地平面对的影响考虑到了过孔模型中，大大提高了建模的精度，使大型复杂多层PCB板的精确建模成为可能。.3、提出了二维/三维集成电路敏感性模型的统一建模方法，为对实际集成电路电磁敏感性的分析提供了可能。提出了二维/三维集成电路电磁敏感性的协同分析方法，为现有的二维/三维集成电路电磁敏感性分析提供了有效的量化设计手段。.4、研制了宽带近场磁场探头和电场探头，已成功应用到某飞机设计研究院、某航天研究院等多个型号任务研制过程中。设计了一种新型S型终端紧耦合电磁带隙结构，提出了一种新型嵌入蛇形EBG结构，设计了小型化的嵌入蛇形桥平面EBG结构，提出了一种小型化的三层嵌入式EBG结构，这些结构可应用到多层板的电源/地平面设计中，隔离同步开关噪声。