[01110669]基于物联网传感节点的信号处理SoC芯片技术研究

本项目针对三维集成电路的设计需求,研究了基于TSV技术的SoC设计方法,包括芯片关键堆叠单元-TSV的建模、分析与应用和片上低功耗高能效芯片电路分析验证。经过三年的项目组织和实施,课题组已完成项目合同书规定的研究工作。主要研究内容包括：TSV寄生参数提取、分析与验证;TSV基RF无源器件开发应用;低压低功耗数字LDO设计;高能效10位SAR-ADC设计验证等。研究成果对基于物联网传输节点的信号处理SoC芯片设计具有一定参考意义。所提技术成果情况简要如下： 1)新型同轴硅通孔建模与分析。本项研究提出了硅基同轴硅通孔的结构,解析提取了硅通孔的RLCG等效电学参数,并从插入损耗、特征阻抗、串扰噪声、眼图与动态功耗等方面验证该同轴通孔的电学特性。 2)3D射频无源器件技术。本项研究采用片上冗余的硅通孔作为片上螺旋电感器,仿真分析了3-D螺旋电感器电学特性,并结合片内平行板电容器,设计一款二阶耦合谐振带通滤波器。研究结果表明,该带通滤波器尺寸紧凑,通带插入损耗小于2.4dB,回波损耗大于24dB,相对带宽达到31.5%,适用于微型化无线通信系统应用。 3)高瞬态响应的数字LDO设计。针对传统数字LDO瞬态响应差的特点,本项研究提出二分法查找策略,通过二分法迅速查找与调整功率管导通数目,并采用模拟辅助技术降低输出俯冲电压;后仿真结果表明,该数字LDO恢复时间为3.3μS, 俯冲电压降低至187mV,品质因数（FOM）为0.42pS。 4)高能效SAR ADC设计。本项研究设计一款应用于低功耗SoC的10 位SAR-ADC。该ADC带自时钟功能,无需额外振荡器与时钟产生器,并采用自动开关切换方案,以增强ADC的能效。实验结果表明,该SAR-ADC的信号-失真噪声比 （SNDR） 和无杂散动态范围 （SFDR）分别达到了57.7dB与68.9dB,FOM为7.5 FJ/conv.-step。 相关研究成果涉及的理论和技术具有广泛的应用价值,提出的同轴硅通孔技术及冗余通孔利用方案降低了设计成本,高能效的片上芯片设计技术达到了节约资源与能源的目的。所提出的的理论与设计技术具有一定实用性,可望应用于三维SoC设计中,为浙江经济和社会发展做出贡献。