基于硅通孔的三维集成电路不仅具有更高的集成度、更短的互连线长度、更好的噪声抑制能力、更低的功率损耗和更快的数据传输速率等诸多优势。然而,随着芯片工作频率的上升,三维集成电路中各组件之间的噪声耦合带来严重的电磁干扰和信号完整性问题。因此,本文将针对三维集成电路中差分传输通道的信号完整性问题展开深入研究,相关工作分为以下三部分:本文的第一部分内容主要针对三维集成电路中的差分传输通道开展电路建模和性能分析。本文将分别针对上述地-信号-信号-地(GSSG)型硅通孔和水平方向上的片上差分互连线以及两者共同组成的整个差分传输通道进行电路建模和特性分析。在第二部分中,本文将基于先前提出的简化电路模型,针对三种差分传输通道开展无源均衡器设计。针对不同类型的差分传输通道,本文分别提出了基于系统传递函数和基于码间串扰消除算法的无源均衡器设计方法。第三部分主要致力于研究和解决传统差分传输通道中的串扰问题。本文提出了屏蔽差分环形硅通孔结构,借助多物理场仿真软件研究了屏蔽差分环形硅通孔的热力学特性。之后,本文研究了屏蔽差分环形硅通孔中存在的浮硅效应,精确提取了浮硅效应导致的非线性MOS电容,传输结构的时域和频域特性。最后,本文针对屏蔽差分传输结构开展了无源均衡器设计方法,以进一步提升高速数字信号传输质量。综上所述,本文从三维集成电路中差分传输通道的电路模型和优化设计展开研究,建立了各传输通道的等效电路模型,并针对不同通道开展了无源均衡器的设计。本文研究的内容具有现实意义和实用价值,不仅为相关研究领域提供了基础的科研资料,更针对三维集成电路在实际应用中存在的信号完整性问题提出了可行的解决方案。