半模基片集成波导在高速互连中的应用

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1、g一#％论1．1研究背景第一章绪论随着集成电路技术迅速地曲高速和大规模^向发展，数字电路速率已经达到10Ob／s，甚至更高。而数拊速率的不断埔长，数据传送所要求的带宽也促使信号频率上限达到或超过3GHz。相心脉冲信号的上引和下降沿更加陡峭，．其频谱高端则趋向r璺高的微波毫米波频率范刚，-f达几rGHz。在上述情况下，高速互连越束越变成一个蕈要的课题。在芯H叫(曲tp-¨chjP)、也路板&／(board—to-board)或设备脚(box-to-bax)实现高速低损耗的H连在电路系统醴计巾处在越术

2、越}导到重视。当实现高速连接时，如何降低互琏线的影响和保证信号完整性问题，这是高速H连设计中必须小心处理的难题。里元电路扳罔11高速集成电路结构【’1高速集成电路系统的结构傲¨r以分成肌个层次，即单元电路(UnitCircuit)、芯片(chlp)、}(card)和板(Board)，各个层次2问都是通过多导体互连线来进行信号问能量传递的。如图11所示，作为基本单元的集成芯片被划定在芯¨架上，每个芯片架有几十个金属引出接头，众多的芯片连同且固定架组装在一个基片东南大学硕士学位论文上，形成一块卡。基片

3、一般是一种多介质层的多导体互连线结构，各个芯片通过其固定装置引出接头以及基片中的多导体线相互连接。众多的卡则是在一块更大的基板上相互连接成一个板，各卡之间的信号与能量的传递也是通过板中的多导体互连线进行的。另一方面。各芯片中为数众多的单元电路与电子器件也是通过多导体互连线相互连接的。正如上所示高速电路系统结构的各层次是通过多导体互连线来进行信号和能量的传递，而且电路中多数的单元电路和电子器件也是通过多导体互连线相互连接的，可以说，多导体传输线构成的互连系统是高速电路的神经系统。传统高速互连线形式有

4、微带线、带状线、耦合线等，而微带线和带状线的衰减常数随频率升高而增加，当高速数字信号沿着微带线或带状线传播时，高频分量衰减的幅度大于低频分量衰减的幅度。由于这种与频率有关的损耗，导致高速数字信号的上升沿变缓，进而高速信号经过这些互连线时会产生延迟、反射、衰减、串扰等一系列的信号完整性问题。在集成电路越发紧凑，工作频率越来越高的情况下，传统微带线间的串扰问题也会变的越来越严重。在此情况下，基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide，SIW)这种基于常用PCB等工艺的波导结

5、构被应用在高速互连当中【2。51。这种承载了金属波导损耗小、Q值高优点的结构基片集成波导结构在高速互连中体现了其损耗小，Q值高的有点。同时因为其是封闭结构，多条并排的基片集成波导间的串扰低的特点在高速互连中也有所体现。半模基片集成波导(HalfModeSubstrateIntegratedWaveguide，HMSIW)[6-9]是另一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构。和SIW相比，HMSIW尺寸减小了约一半，所以与SIW相比，在高速互连应用中，HMSIW

6、更具尺寸上的优势。1．2本文研究工作本文主要研究了HMSIW在高速互连中的应用，利用其特有结构，高频低损耗，低串扰的特点，形成新型的高速互连线。同时还分析了SIW互连结构，最后对HMSIW互连结构的串扰特性和微带线串扰特性进行对比分析，以展示HMSIW互连结构在避免串扰方面的独特优势。2第一章绪论全文共分为五章：第一章绪论部分介绍了论文研究背景和所做的工作。第二章介绍了SIW在高速互连中的应用，分析了带宽覆盖整个Ka波段的互连特性。第三章着重研究了HMSIW互连结构的特点。分析了带宽覆盖整个Ka波

7、段的互连特性，并进行了实验验证。第四章对HMSIW互连结构的串扰特性和微带线串扰特性进行了对比研究，以验证HMSlW互连结构在减小串扰方面拥有独特优势。第五章全文总结并提出仍需改进的地方。3第二章基片集成波导在高速互连中的应用基片集成波导(SIW)是吴柯教授等倡导的一种新的导波技术。近年来，基于SIW的微波、毫米波器件研究取得了显著的进展，SIW技术已在实际电路，微波器件设计中得到了实践检验和应用。随着SIW技术的发展，可以预见未来所有的微波无源或有源电路都将能够集成在一块基片上，这将带来微波工业

8、的显著进步。为了叙述的完整性和便于阅读，本章首先对SIW的传播特性进行简单的回顾，进而研究了针对高速互连应用的SIW传输特性。2．1基片集成波导技术回顾2．1．1基片集成波导优点110-131(1)性能方面SIW支持与传统矩形波导中类似的TE模传输，但不支持TM模传输。SIW基本保持了传统矩形金属波导良好的传播特性，但其平面集成特性大大地减小了原有的微波毫米波波导器件以及建立在波导基础上的其它微波无源器件的尺寸、重量和成本。随着SIW技术的发展，可以使微波无源和有源电路都将能够集成