随着数字电路速率及时钟频率的不断提高,在高速系统中,高速信号经过互连线时会产生延迟、反射、衰减、串扰、色散等信号完整性问题。信号完整性问题已成为高速数字系统设计是否成功的关键问题之一。对于传输速率达几百Mbps甚至数Gbps的高速数字信号,其有效频谱已扩展至微波甚至毫米波频段,在复杂互连系统中传输时已表现出明显的波特性,因此信号完整性问题的分析本质上是求解一个复杂的电磁场边值问题。为了精确分析这种复杂的电磁效应,唯一可行的方法是采用基于电磁场理论的全波电磁分析方法。高速电路板上高密度的布线以及大量的导通孔,也称为过孔,使得电路板上的电磁环境极其复杂。过孔互连的负面影响主要有两个方面：一是作为传输线的不连续性结构在传输线上引起反射；：二是由于其结构的开放性,或者向自由空间中辐射电磁波,或者在两个金属平面激励起径向辐射波。虽然在低频范围可以忽略其辐射效应,但是当频率很高时,此效应不能被忽略。比如在连接器下的引脚过孔以及BGA的焊盘过孔的传输不连续性,导致信号间的串扰和信号传输变差以及电源分配网络的同步开关噪声。近年来大规模集成电路迅速地向高速度和大规模方向发展,时钟频率达到几百MHz乃至几GHz,数据率达儿Gbps以上,而相应脉冲信号的上升/下降沿更加陡峭,脉宽可达ps量级,其频谱高端则趋向更高的微波毫米波频率范围,可达几十GHz。集成电路芯片布线网中的互连线、焊盘以及过孔等也逐渐呈现“传输线”效应,尤其对高速电路部分以及较长的互连线(如时钟线)更为明显,必须对此种效应进行精确估算才能确保系统的可靠设计。这也就是本文的研究的目的也就在此。本文围绕电磁建模仿真这一主题思想,在频域和时域(经傅立叶变换)对高速互连系统中的过孔进行研究,主要研究过孔是如何影响高速信号传输的；然后从这些分析结果中得出结论,建立高速电路设计规则,从而指导高速电路的信号完整性设计,解决高速电路信号完整性问题；其目的在于确保高速系统可靠的数据传输,保证高速电路系统具有良好的信号完整性。在设计高速板的时候,对过孔的研究是非常有意义和必要的,这正是本文重点讨论的主题。本文以过孔的阻抗连续性这一中心,论述了过孔阻抗优化及其过孔阻抗在高速串行链路的重要性,重点研究的主要内容如下：1.阐明特性阻抗的本质,重点分析了时域反射原理的重要衡量参数反射系数,并用梯格图来直观反映反射系数,这样可以更清楚反射的实质。运用电容与电感的基本物理概念来分析特性阻抗测试时呈现电容性与电感性的机理。2.分析了优化过孔特性阻抗的几个途径：焊盘、反焊盘、孔径以及反钻,并分别讨论了差分信号内信号与接地孔的位置对特性阻抗的影响以及高速连接器行间引脚过孔错位对信号串扰的影响。3.归纳了高速串行链路的挑战与主要问题,分别对链路的两个最有代表性的功能器件：BGA和DC cap进行优化,然后搭建串行链路仿真对比,着力体现过孔的特性阻抗对串行链路信号传输的影响。本文对过孔特性阻抗以及串行链路分析来自实际的工程经验,可以对高速系统设计中的过孔研究和设计有一定的参考价值。