互連豐富積體電路射頻抗性的譜線特徵與機理模式

《互連豐富積體電路射頻抗性的譜線特徵與機理模式》是依託中山大學，由粟濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：互連豐富積體電路射頻抗性的譜線特徵與機理模式
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：粟濤
• 依託單位：中山大學

中文摘要

射頻電磁干擾是現代電子系統中必須解決的問題。互連豐富積體電路是重要的積體電路。它們的射頻電磁抗擾性值得特別關注。近年的研究雖然在測試、建模和最佳化上有所發展，然而抗擾性的譜線結構沒有被系統研究過，抗擾性頻率特性的成因也不明確。本項目計畫建立一個關於抗擾性機理的模式理論：將寬頻的抗擾性譜分為一系列特徵結構，每個特徵結構對應一種抗擾性模式。項目將研究晶片、封裝和電路板各組成的構形規格以及工藝庫標準單元與抗擾性譜線的關係，找到每種模式所對應的電路物理結構和譜線特徵結構，提出一套描述抗擾性機理的概念，給出計算譜線特徵的具體表達式。項目將使用仿真和測量的方法獲得各種結構電路的抗擾性譜線，提出抗擾性機理各模式的假設，並一一進行實驗確認。項目還將研究不同干擾樣式下機理理論的適用性。通過此項研究，我們將對互連豐富積體電路的抗擾性機理有清楚的認識，並能針對抗擾模式去安排測試方案、確定模型組成和尋找最佳化手段。

結題摘要

射頻電磁干擾是現代電子系統中必須解決的問題。系統或器件能夠承受的最大幹擾性雜波強度稱為抗擾度。抗擾性譜線是抗擾度與干擾頻率的關係，即頻率回響。工業與學術界之前的研究著重於譜線的測量方法和數據採集，而沒有去解釋譜線的成因。本項研究的問題則是譜線的形成原因，內容包括雜波在互連繫統中的傳輸特點和片上電路模組的對雜波的反應機制。按照計畫進行了研究。研究發現，就互連結構來說，在晶片封裝和片上互連之間的相互作用決定了抗擾性譜線中3GHz以下的結構；這種結構還會受到電路板的影響。晶片片上電源網自身，由於其周期性的結構特點，會對雜波的傳輸帶來包含通阻帶結構的濾波特性。阻帶的位置位於毫米波和亞毫米波段。研究還發現，晶片上的數字電路在干擾下會產生延時漂移、延時抖動和延時鎖定的行為。這三種行為具有各自的頻率回響特點，在不同的干擾頻段，分別對數字電路的抗擾度起到主導作用。與傳統的認知不同，研究發現，在許多情況下，造成數字電路失效的不是所謂邏輯錯誤（電平變化），而是時序錯誤（延時變化）。三種行為使得抗擾性呈現低頻恆低，高頻恆高，中間過渡的大體趨勢。由於抖動和鎖定，在某些特別區域，譜線上會呈現反覆振盪的結構。本項研究除了前期研究的成果，在立項期間發表了包括5篇SCI收錄期刊論文在內的一共17項成果（其中2項被接受待刊），培養了13名畢業學生（其中碩士11名學士2名）。這項研究一方面帶來新的認識，積體電路特別是數字電路在干擾下的失效行為和背後原因已經比較清楚，它的譜線結構也比較清楚。另一方面本項研究可為積體電路及其系統的設計提供指引。電源網具有阻隔毫米波亞毫米波的特性，可以用於設計混合積體電路或者多晶片組封裝系統；在邏輯門的延時特性上的結論可以用於設計獲得高抗擾性的電路。