编号 毕业设计题 目集成电路串扰问题的仿真分析学生姓名###学 号#######系 部信息工程系专 业信息工程班 级#####指导教师####二〇一二年六月 集成电路串扰问题的仿真分析摘 要本文研究了集成电路设计理论与计算电磁学中的相关知识，其主要目的是研究如何解决串扰对电路的危害论文以HFSS仿真实验为基础，对串扰问题的主要参数进行了详细的分析，并且通过总结对各个参数进行优化，对于实际设计具有一定的理论指导意义和应用参考价值通过HFSS等仿真软件对集成电路进行电磁场的仿真分析；分析具体的集成电路串扰问题论文首先简单介绍集成电路串扰问题的来源及国内外进展，然后详细介绍了集成电路串扰问题的原理，包括串扰的基本概念和表现方式并且重点运用HFSS的仿真方法，实现了集成电路串扰问题的仿真给出了串扰问题表现形式，并描述了集成电路串扰问题综合布线的危害通过实验仿真得出不论是耦合长度、线间距还是介质层厚度各个参数都对集成电路的串扰问题产生影响，并且可以通过改变各参数来减小串扰问题 关键词：集成电路，串扰问题，HFSS仿真Modeling and simulation of crosstalks in integrated circuitsAbstractIn this paper, the knowledge of the integrated circuit design theory and computational electromagnetics are studied. The main purpose is to study how to solve the interference to circuit hazards. It is based on the HFSS simulation experiments, carried out a detailed analysis of the main parameters of the crosstalk, and by summing up the various parameters to optimize the theoretical significance and application of reference value for the actual design. Analysis of specific IC crosstalk problems by simulation analysis simulation software HFSS and other integrated circuits to electromagnetic fields; Firstly, a brief IC crosstalk source and domestic and international progress, and then described in detail the principle of crosstalk in integrated circuits, including the basic concepts of crosstalk and performance. And focuses on the use of the HFSS simulation method, it realizes the integrated circuit crosstalk simulation. Given in the form of crosstalk performance, and describes the hazards of the wiring of the integrated circuit crosstalk. Experimental simulation, and evaluate whether it is the coupling length, line spacing or dielectric layer thickness parameters impact of crosstalk in integrated circuits, and can change the parameters to reduce the crosstalk problem.Key Words：integrated circuit；Crosstalk；HFSS simulation目 录摘 要 iAbstract ii第一章 引 言 - 1 -1.1目前集成电路行业的发展状况 - 1 -1.1.1世界集成电路产业发展现状 - 1 -1.1.2集成电路技术发展趋势 - 4 -1.1.3我国集成电路产业现状 - 4 -1.1.4目前此领域的研究背景 - 6 -1.2信号完整性 - 8 -1.3 串扰理论分析 - 9 -1.3.1互感 - 10 -1.3.2互容 - 11 -1.3.3近端串扰 - 12 -1.3.4远端串扰 - 12 -1.4本论文研究的问题和意义 - 13 -第二章 串扰导致的几种影响 - 14 -2.1串扰引起的误触发 - 14 -2.2串扰引起的时序障碍 - 15 -2.2.1串扰引起的时延改变 - 15 -2.2.2时延故障模型 - 17 -2.2.3精确串扰通路时延故障 - 19 -2.2.4 串扰引起跃迁时间的变化 - 20 -第三章 串扰问题的仿真及分析 - 21 -3．1微带线间串扰的仿真模型建立 - 21 -3．2各参数对串扰的影响及仿真 - 23 -3.2.1信号频率对串扰强度的影响 - 23 -3.2.2介质板厚度对串扰的影响 - 24 -3.2.3微带线长度对串扰的影响 - 27 -3.2.4微带线间距对串扰的影响 - 29 -3.2.5隔离带法抑制串扰 - 30 -3.3对仿真结果进行分析总结 - 34 -第四章 总结与展望 - 36 -参考文献 - 37 -致谢 - 38 -- 36 - 第一章 引 言随着电子产品功能的日益复杂和性能的提高，印刷电路板的密度和其相关器件的频率都不断攀升，保持并提高系统的速度与性能成为设计者面前的一个重要课题。
信号频率变高，边沿变陡，印刷电路板的尺寸变小，布线密度加大等都使得串扰在高速PCB设计中的影响显著增加串扰问题是客观存在，但超过一定的界限可能引起电路的误触发，导致系统无法正常工作设计者必须了解串扰产生的机理，并且在设计中应用恰当的方法，使串扰产生的负面影响最小化1.1 目前集成电路行业的发展状况1.1.1 世界集成电路产业发展现状集成电路产业是知识密集、技术密集和资金密集型产业，世界集成电路产业发 展迅速，技术日新月异目前,以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业,成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元,而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界GNP的3%,现代经济发展的数据表明,每l~2元的集成电路产值,带动了10元左右电子工业产值的形成,进而带动了100元GDP的增长目前,发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山(2001年为43.6%)预计未来10年内,世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长,2010年将达到6000~8000亿美元。
作为当今世界经济竞争的焦点,拥有自主版权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障美国、日本、韩国和台湾地区是当今世界集成电路产业的佼佼者，尤其美、日和欧洲等国家占据产业链的上游，掌握着设计、生产、装备等核心技术随着信息产品市场需求的增长，尤其通过通信、计算机与互联网、电子商务、数字视听等电子产品的需求增长，世界集成电路市场在其带动下高速增长2005年世界集成电路市场规模为2357亿美元，预计2010年间平均每年增长不低于10％，总规模将达到4247亿美元 多年来，世界集成电路产业一直以3－4倍于国民经济增长速度迅猛发展，新技术、新产品不断涌现目前，世界集成电路大生产已经进入纳米时代，全球多条90纳米/12英寸的生产线用于规模化生产，基于70－65纳米水平线宽的生产技术已基本成形，Intel公司的CPU芯片已经采用45纳米的生产工艺目前，世界最高水平的单片集成电路芯片上所容纳的元器件数量已经达到80多亿个 集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍据专家预测,今后20年左右,集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展面对集成电路产业如此迅猛的发展势头和诱人前景，发达国家以及许多发展中国家和地区纷纷制定21 世纪集成电路中长期发展规划，抢占制高点，以掌握未来信息技术核心的主动权。
美国半导体技术协会成立了微电子学高级研究公司，重点研究8-10 年后微电子领域可能出现的技术日本实施超尖端电子技术开发计划，主要开发2005-2010 年半导体技术，并成立超大型硅(硅为制造集成电路的主要材料)研究所，开发18 英寸硅片关键技术集成电路最重要的生产过程包括:开发EAD(电子设计自动化)工具，利用EAD 进行集成电路设计，根据设计结果在硅圆片上加工芯片(主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀)，对加工完毕的芯片进行测试，为芯片进行封装，最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面20 世纪80 年代中期我国集成电路的加工水平为5 微米，其后，经历了3、1、0.8、0.5、0.35 微米的发展，目前达到了0.18 微米的水平，而当前国际水平为0.09 微米(90 纳米)，我国与之相差约为2-3 代1) 设计工具与设计方法随着集成电路复杂程度的不断提高，单个芯片容纳器件的数量急剧增加，其设计工具也由最初的手工绘制转为计算机辅助设计(CAD)，相应的设计工具根据市场需求迅速发展，出现了专门的EAD 工具供应商目前，EAD 主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys 和Mentor 等少数企业所垄断。
中国华大集成电路设计中心是国内唯一一家EDA 开发和产品供应商由于整机系统不断向轻、薄、小的方向发展，集成电路结构也由简单功能转向具备更多和更为复杂的功能，如彩电由5 片机到3 片机直到现在的单片机，用集成电路也经历了由多片到单片的变化目前，SOC 作为系统级集成电路，能在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储处理和I/O 等功能，将数字电路、存储器、MUP、MCU、DSP 等集成在一块芯片上实现一个完整系统的功能它的制造主要涉及深亚微米技术，特殊电路的工艺兼容技术，设计方法的研究，嵌入式IP 核设计技术，测试策略和可测性技术，软硬件协同设计技术和安全保密技术SOC 以IP 复用为基础，把已有优化的子系统甚至系统级模块纳入到新的系统设计之中，实现了集成电路设计能力的第4 次飞跃2) 制造工艺与相关设备集成电路加工制造是一项与专用设备密切相关的技术，俗称“一代设备，一代工艺，一代产品”在集成电路制造技术中，最关键的是薄膜生成技术和光刻技术光刻技术的主要设备是曝光机和刻蚀机，目前在130nm 的节点是193nmDUV(Deep Ultraviolet Lithography)或是以光学延展的248nmDUV 为主要技术，而在100nm 的节点。