[发明专利]一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法

摘要

本发明涉及一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法，其包括：先确定差分硅通孔结构；接着分析该差分硅通孔各部分的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导；接着建立差分硅通孔的奇模等效电路和其偶模等效电路；接着在HFSS中建立差分硅通孔三维仿真模型；然后得到该差分硅通孔的Y参数矩阵并计算该差分硅通孔的奇模传输矩阵和该差分硅通孔的偶模传输矩阵；然后求差分硅通孔的奇模特性阻抗Z_0o和奇模传播常数β_o；然后求该差分硅通孔的偶模特性阻抗Z_0e和偶模传播常数β_e；然后得出该差分硅通孔的奇模环路电阻R_o、偶模环路电阻R_e、环路自电感L和环路互电感L_m；接着在Q3D中建立该差分硅通孔的三维仿真模型并得到C_ox、C_Sig、G_Sig、C_Sim和G_Sim。

主权项

一种差分硅通孔分布参数的全波提取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、确定差分硅通孔的结构；2)、分析该差分硅通孔的各部分存在的分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导；3)、建立差分硅通孔的奇模等效电路和差分硅通孔的偶模等效电路；4)、在三维全波电磁场仿真软件HFSS中建立该差分硅通孔的三维仿真模型；5)、通过三维全波电磁场仿真软件HFSS得到该差分硅通孔的Y参数矩阵；6)、根据步骤5)得到的差分硅通孔的Y参数矩阵计算该差分硅通孔的奇模传输矩阵和该差分硅通孔的偶模传输矩阵，其中：该差分硅通孔的奇模传输矩阵为：$\left[\begin{array}{cc}{A}_o& B_o\\ C_o& D_o\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{-Y_{d2d2}}{Y_{d2d1}}& \frac{-1}{Y_{d2d1}}\\ \frac{-\left|Y_o\right|}{Y_{d2d1}}& \frac{-Y_{d1d1}}{Y_{d2d1}}\end{array}\right]---\left(1\right),$该差分硅通孔的偶模传输矩阵为：$\left[\begin{array}{cc}{A}_e& B_e\\ C_e& D_e\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{-Y_{c2c2}}{Y_{c2c1}}& \frac{-1}{Y_{c2c1}}\\ \frac{-\left|Y_e\right|}{Y_{c2c1}}& \frac{-Y_{c1c1}}{Y_{c2c1}}\end{array}\right]---\left(2\right),$其中，|Y_o|＝Y_d1d1Y_d2d2‑Y_d1d2Y_d2d1，|Y_e|＝Y_c1c1Y_c2c2‑Y_c1c2Y_c2c1，Y_d1d1为差分硅通孔端口1的差模输入导纳，Y_d2d2为差分硅通孔端口2的差模输入导纳，Y_d2d1为差分硅通孔端口1到端口2的差模转移导纳，Y_d1d2为差分硅通孔端口2到端口1的差模转移导纳，Y_c1c1为差分硅通孔端口1的共模输入导纳，Y_c2c2为差分硅通孔端口2的共模输入导纳，Y_c2c1为差分硅通孔端口1到端口2的共模转移导纳，Y_c1c2为差分硅通孔端口2到端口1的共模转移导纳；7)、根据有耗差分传输线的奇模传输矩阵的理论表达式得出该差分硅通孔的奇模特性阻抗Z_0o和奇模传播常数β_o，其中：$Z_{0o}=\sqrt{B_o/C_o}---\left(3\right)$β_o＝arccos(A_o)/l   (4)其中：l表示差分硅通孔的高度；A_o、B_o和C_o为差分硅通孔的奇模传输矩阵参数，可由式(1)得到,即$A_o=\frac{-Y_{d2d2}}{Y_{d2d1}}$$B_o=\frac{-1}{Y_{d2d1}}$$C_o=\frac{-\left|Y_o\right|}{Y_{d2d1}}$8)、根据有耗差分传输线的偶模传输矩阵的理论表达式得出该差分硅通孔的偶模特性阻抗Z_0e和偶模传播常数β_e，其中$Z_{0e}=\sqrt{B_e/C_e}---\left(5\right)$β_e＝arccos(A_e)/l(6)其中，A_e、B_e和C_e为差分硅通孔的偶模传输矩阵参数，可由式(2)得到,即$A_e=\frac{-Y_{c2c2}}{Y_{c2c1}}$$B_e=\frac{-1}{Y_{c2c1}}$$C_e=\frac{-\left|Y_e\right|}{Y_{c2c1}}$9)、根据步骤3)建立的差分硅通孔的奇模等效电路和差分硅通孔的偶模等效电路，并结合该差分硅通孔的奇模特性阻抗Z_0o和奇模传播常数β_o的理论表达式、该硅通孔的偶模特性阻抗Z_0e和偶模传播常数β_e的理论表达式得出β₀Z_0o＝R_o+j2πf(L‑L_m)  (7)β_eZ_0e＝R_e+j2πf(L+L_m)  (8)其中，R_o为差分信号硅通孔和其返回通路组成的环路的奇模环路电阻，R_e为差分信号硅通孔和其返回通路组成的环路的偶模环路电阻，L为差分信号硅通孔和其返回通路组成的环路的环路自电感，L_m为两根差分信号硅通孔之间的环路互电感，f为差分硅通孔的工作频率，j为虚单位；10)、将步骤9)得到的表达式的实部和虚部分离得出该差分硅通孔的奇模环路电阻R_o、偶模环路电阻R_e、环路自电感L和环路互电感L_m：R_o＝Real(β_oZ_0o)  (9)R_e＝Real(β_eZ_0e)  (10)$L=\frac{Imag\left({\mathrm{\β}}_o{Z}_{0o}\right)+\mathrm{Im}ag\left({\mathrm{\β}}_e{Z}_{0e}\right)}{4\mathrm{\π}f}---\left(11\right)$$L_m=\frac{\mathrm{Im}ag\left({\mathrm{\β}}_e{Z}_{0e}\right)-\mathrm{Im}ag\left({\mathrm{\β}}_o{Z}_{0o}\right)}{4\mathrm{\π}f}---\left(12\right)$其中，Real()表示取括号内表达式的实部，Imag()表示取括号内表达式的虚部；11)、在三维准静态电磁场分布参数提取软件Q3D中建立该差分硅通孔的三维仿真模型；12)、通过三维准静态电磁场分布参数提取软件Q3D得到该差分硅通孔的所有氧化层电容C_ox、差分信号硅通孔和其返回通路即接地硅通孔之间的硅衬底电容C_Sig、差分信号硅通孔和其返回通路即接地硅通孔之间的硅衬底电导G_Sig、两根差分信号硅通孔之间的硅衬底互电容C_Sim和两根差分信号硅通孔之间的硅衬底互电导G_Sim。