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3D-IC技术的出现为集成电路产业的持续发展带来了新的动力,然而,由于3D-IC新的结构特性,电源完整性问题变得更为显著,并成为制约3D-IC技术应用的主要问题之一。为缓解3D-IC出现的电源完整性问题,需要对3D-IC电源分布网络进行精确的建模,并对3D-IC电源分布网络进行全面的时域和频域分析以了解其各方面特性,最后根据其各方面特性对其进行优化。本文的主要工作如下:1)3D-IC电源分布网络建模方面。首先,本文为基于TSV的3D-IC建立了一个考虑硅衬底效应的3D-IC电源分布网络分布式模型,该模型由P/G(Power/Ground)TSV对模型和片上电源分布网络模型组成。电源/地TSV对模型是在已有模型基础上,引入凸点和接触孔的RLGC集总模型而建立的,该模型可以更好地体现电源/地TSV对的电学特性;片上电源分布网络模型则是基于J.S.Pak[3]提出的模型,通过共形映射法将硅衬底效应引入单元模块模型而建立的,该模型可以有效地反应硅衬底对电源分布网络电学特性的影响。经实验证明,本文建立的3D-IC电源分布网络模型可以有效、快速地估算3D-IC电源分布网络阻抗。其次,本文根据“Rents Rule”功耗模型[63],提出了一种探索性的电流分布模型。最后,在考虑封装、PCB板以及VRM的情况下,本文为3D-IC整体电源分布网络建立了集总电路模型。2)3D-IC电源分布网络分析方面。首先,在频域分析方面,本文以基本傅里叶分析算法为基础,对其进行了改进,提出了ADFT算法,该算法与Hspice瞬态分析之间的误差仅有0.093%,并且模拟速度至少提升了10倍。ADFT算法还可以利用多核进行并行分析,大大提高了算法的工作效率。其次,在时域分析方面,本文将电流翻转时间加入最差噪声算法的电流约束,并利用Knuth–Yao四边形不等式法对最差噪声算法进行了加速,加速后算法的时间复杂度从)(2mn O降为nmn O)log(。最后,基于3D-IC电源分布网络分布式解析模型以及集总电路模型,本文利用改进离散傅里叶变换算法以及最差噪声算法搭建了一套完整的3D-IC电源分布网络分析流程,该流程可以对3D-IC电源分布网络进行全面的频域与时域分析。基于该分析流程,本文对3D-IC电源分布网络的频域和时域特性进行了全面的分析。频域特性分析包括谐振现象分析、去耦电容分布以及层与层之间互连阻抗分析,时域特性分析则包括最差噪声分析和“过冲”现象分析。