CN110704069A - 一种适用于tsv阵列并行传输的二维传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输方法及装置。该方法在待传输的二进制随机信息序列进入TSV传输通道之前，对该二进制随机信息序列进行码流适配，形成与TSV阵列传输通道数量和分布相适应的二维码流，然后进行Turbo乘积码编码生成二维码字；将上述方法编码的二维码字以并行传输方式通过TSV阵列传输通道之后，对接收到的二维码字进行Turbo乘积码译码，获得译码码字，最后通过译码码流适配器转换得到最终的信息序列。本方案在不改变TSV结构、不增加硬件成本的情况下，具有数据传输吞吐量大、编码时延低、传输可靠性高等优点，减小了TSV阵列中耦合串扰对信号传输的影响。

Description

一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输方法及装置
技术领域
本发明属于面向高频/高速应用的三维集成电路技术领域，涉及三维集成电路的电互联技术和信号传输技术，具体涉及一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输方法，以及相应的传输装置。
背景技术
随着现代电子技术的不断发展，信息电子产品的封装集成度不断提高，传统的用一块印制电路板(printed circuit board，PCB)作为所有芯片的母板，通过PCB板上的铜导线将功能芯片连接成一个电路系统的方式已经无法满足信息电子产品集成度进一步提升的要求。系统级封装技术(system in package，SIP)作为三维集成与封装中的一种重要技术，成为能够使信息系统集成度不断提高延续的另一条技术途径。三维系统级封装技术是采用微互连技术将不同集成电路工艺技术制造而成的若干裸芯片和微型无源器件集成在同一个小型硅转接板中，形成具有系统功能的高性能微型组件。所谓3D封装，就是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内与垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。
硅通孔(through silicon via，TSV)技术是实现三维系统级封装垂直电互连的核心技术。通过TSV形成垂直互连结构可以显著缩短信号传输距离，减小信号衰减从而提升系统性能。为了很好的利用目前已经成熟的芯片技术，降低3D SIP的实现难度，将不同类型芯片封装到同一个硅转接板(interposer)上，是一种可行的方案。
硅转接板中主要结构包括垂直方向上密布的TSV结构和上下表面水平方向上水平重布线层(re-distribution layer，RDL)。转接板中的TSV和RDL为芯片与芯片间的信息传输提供了最短的传输路径。芯片间信息传输性能主要的由转接板的结构所决定。由于硅转接板的半导体材料特性，贯穿其间的垂直信号传输通道TSV不可避免地与转接板发生相互作用，对信号传输产生重要影响。
随着电子产品集成度越来越高，要求TSV阵列密度越来愈大，这样就造成TSV阵列之间间距减小，就会造成很大的信号串扰。现有的研究提出TSV间码间串扰的影响主要集中在相邻TSV之间，TSV与其相邻TSV之间以电容、电感耦合的方式形成串扰，串扰强度与TSV间距有直接的关系，码间串扰成为影响传输性能的重要因素。
现有的解决TSV码间串扰的方法主要集中在采用新工艺方法来抑制TSV码间串扰，通过改变TSV结构，添加各类屏蔽结构来抑制耦合。这些方法需要很高的工艺加工精度，并严重占用芯片面积，增加产品成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输方法及装置，首先提出一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输的编译码方法；然后基于该编译码方法提出一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输的装置。本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，在不改变TSV结构的基础上，将TSV传输通道看作是具有噪声，串扰的并行传输信道，引入Turbo乘积码，将Turbo乘积码的二维编码特性与TSV阵列并行传输特性相结合。本方案能够在不影响TSV结构、不增加工艺成本的情况下，高效地提升传输效率、克服误码，减小耦合串扰对信号传输的影响。
为了达到以上目的，本发明首先公开一种适合TSV阵列并行传输的二维传输方法，包括以下步骤：
在待传输的二进制信息序列进入TSV传输通道之前，对该二进制信息序列进行编码码流适配，将待传输信息序列转换成适应于TSV传输通道数量和分布的二维码流；
进一步地，将二维码流进行Turbo乘积码编码，形成Turbo码二维码字；
进一步地，将Turbo乘积码二维码字，采用并行传输的方式，通过带有噪声和串扰的TSV阵列传输通道进行并行传输，其中二维码字的行列码元数量与TSV阵列传输通道的行列数量对应，二维码字中的每个码元各通过一个TSV传输通道并行传输，每个二维码字一次性并行通过TSV阵列传输通道传输；
在二维码字通过TSV阵列传输通道后，首先对接收到的二维码字进行Turbo乘积码译码，获得译码后的二维码流，然后通过译码适配器将二维码流转换为二进制信息序列，实现信息传输。
本发明还公开一种采用上述方法的适用于TSV阵列并行传输的二维传输装置，包括基于TSV传输的Turbo乘积码编码装置，基于TSV传输的Turbo乘积码译码装置。
在上述基于TSV传输的Turbo乘积码编码装置中主要包括编码码流适配器及Turbo乘积码编码器。
编码码流适配器，用于将待传输的二进制信息序列在进入TSV传输通道之前，根据TSV传输通道数量和分布，转换成匹配TSV阵列二维传输所需的二维码流。
Turbo乘积码编码器，连接上述码流适配器，用于在待传输的二维码流进入TSV传输通道之前，对该二维码流进行Turbo乘积码编码，得到Turbo码二维码字；
在上述基于TSV传输的Turbo乘积码译码装置中主要包括Turbo乘积码译码器及译码码流适配器。
Turbo乘积码译码器，用于在采用以上所述方法编码的二维码字通过TSV传输通道之后，对接收到的二维码字进行Turbo乘积码译码，将二维码字转换成二维码流。
译码码流适配器，连接所述Turbo乘积码译码器，用于对所述Turbo乘积码译码器得到的二维码流转换成二进制信息传输序列。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1)不改变硬件结构，不会减少TSV数量，只需添加相应的编译码算法，对制造工艺没有额外要求。
2)Turbo乘积码是具有优异译码性能的一种二维编码，其二维码字特性与TSV阵列二维分布具有良好的适应性，可以通过并行传输方式极大提高信息传输吞吐量；
3)Turbo乘积码的编码复杂度低，可以进行并行译码；此外，Turbo乘积码适合于硬件电路实现。
4)Turbo乘积码的子码采用汉明码或扩展汉明码，编译简单，易于实现。
5)信号传输误码率极低，有超强的纠错能力，极大的克服了TSV间的码间串扰对信号传输的影响，提高了传输系统的可靠性。
附图说明
图1是TSV阵列相邻传输信道串扰分析模型图。
图2是Turbo码编码结构示意图。
图3是TSV阵列结构示意图。
图4是TSV阵列Turbo乘积码并行传输装置系统框图。
图5是Turbo乘积码并行传输方案流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例，对本发明作进一步详细描述。
本发明的核心步骤为编码步骤和译码步骤，即通过特定的Turbo乘积码编码、译码方案克服TSV间的码间串扰对信号传输的影响，提高传输系统的可靠性。
本发明的一个实施例中：首先建立TSV阵列传输信道模型，在该模型中分析噪声、串扰对信号传输的具体影响，然后再在信道模型中加入Turbo乘积码编译码。具体方案分为三部分：电磁仿真部分、编码部分、译码部分。如上所述，电磁仿真部分是用来分析信道中的TSV间的串扰，并不是本发明必须有的部分。
1)电磁仿真部分：
首先使用电磁仿真软件建立4端口模型，然后再进行电磁仿真得出S参数，再对其进行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶逆变换)运算。进行过IFFT运算的S参数则对应着信道中的TSV间的串扰。
图1是TSV阵列相邻传输信道串扰分析模型图。其中Xi(i＝1，2)为信道的信号输入端，Yi(i＝1，2)为信道的信号输出端，Zi(i＝1，2)为信道中的高斯噪声，gii(i＝1，2)是本信道的增益，gij(i，j＝1，2and i≠j)是相邻信道产生的增益，即TSV间的码间串扰。
2)编码部分：
图2是Turbo乘积码的编码结构示意图。Turbo乘积码由行子码和列子码组成，其中行子码和列子码可以是汉明码、扩展汉明码或者BCH码等基本信道编码。
图3是TSV阵列结构示意图。TSV阵列传输通道为二维排列的垂直传输通道，行、列TSV数量分别为n1、n2个，所有TSV传输通道可同时传输二进制信息码元。
设定TSV传输阵列的传输通道数量为n1×n2。将待传输的二进制信息序列通过编码适配器转换为k1×k2位的二维码流msg，对其分别进行行编码和列编码。行列编码的子码均采用汉明码编码，编码后的行和列分别成为(n1，k1)和(n2，k2)汉明码，即每个码字含有k1×k2位信息码，(n1×n2-k1×k2)位校验码；从而得到n1×n2的Turbo乘积码二维码字。编码完成以后，将Turbo乘积码二维码字送入TSV阵列传输信道进行并行传输。
需要说明的是，上述Turbo乘积码的参数值只是举例，本发明也可以采用其它数值。
3)译码部分：
在通过TSV传输信道后，就对二维码字进行译码。根据行列子码编码顺序，采用对应的迭代译码算法对Turbo乘积码进行译码，恢复出k1×k2位二维码流，再通过译码适配器恢复原始信息序列，实现信息传输。
图4是TSV阵列Turbo乘积码并行传输装置系统框图。其中包括编码码流适配器，用于将待传输的二进制信息序列在进入TSV传输通道之前，根据TSV传输通道数量和分布，转换成匹配TSV阵列二维传输所需的二维码流；Turbo乘积码编码器，用于对上述二维码流进行Turbo乘积码编码，获得Turbo码二维码字；Turbo乘积码译码器，用于在采用上述方法编码的二维码字通过TSV传输通道之后，对接收到的二维码字进行Turbo乘积码译码，将二维码字转换成二维码流；译码码流适配器，连接所述Turbo乘积码译码器，用于对所述Turbo乘积码译码器得到的二维码流转换成二进制信息传输序列。Turbo乘积码并行传输方案的流程如图5所示。
下面提供一具体应用实例。在本实例中，TSV阵列传输信息速率为10Gbps。进行电磁全波仿真之后，可以得到S参数，包括S21，S31参数。S21表示主信道的频域特性，S31表示参考信道对主信道的频域特性。然后对两个参数进行IFFT运算后，得到相应的时域特性，分别对应为主信道增益g11＝0.921，以及参考信道对主信道增益，即TSV阵列间的干扰，g12＝-0.013。
在确定了信道增益后，可根据图2得到传输增益和串扰信号取值。在本实例中，TSV阵列传输通道数量和分布为n1×n2＝64×64＝4096。先将信息序列通过编码码流适配器，产生k1×k2＝57×57＝3249位的二维传输码流msg；然后进行Turbo乘积码编码，得到n1×n2＝64×64＝4096位的Turbo乘积码二维码字。每个二维码字中码元数量和分布与TSV阵列传输通道对应，确保每个二维码字一次性通过TSV阵列完成并行传输。
在上述产生的二维码字通过包含TSV阵列的传输信道后，对接收到的二维码字进行Turbo乘积码译码。译码采用典型Turbo乘积码Chase译码算法，译码完成后得到k1×k2＝57×57的二维码流，再通过译码码流适配器将其转换为原始二进制信息序列，实现信息传输。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，凡是在本发明技术的核心思想基础上进行的等同变化和改进，而不脱离本发明的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输方法，其特征在于，在待传输的二进制信息序列进入TSV传输通道之前，对该二进制随机信息序列进行码流适配，转换成二维码流，之后对二维码流进行二维并行信道编码，形成二维码字送入TSV传输通道进行并行传输；
在二维码字通过TSV阵列传输通道后，首先对接收到的二维码字进行译码，获得译码码字，然后通过译码适配器将译码后的二维码字转换为二进制信息序列，实现信息传输。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TSV传输通道为包含TSV阵列的二维传输通道，传输过程中采用所有TSV传输通道同时传输的并行传输模式。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道编码采用以汉明码或拓展汉明码为子码的Turbo乘积码，其编译码的过程包括以下步骤：
在待传输的二进制随机信息序列进入TSV传输通道之前，对该二进制信息序列进行编码码流适配，将待传输信息序列转换成适应于TSV传输通道数量和分布的二维码流；
将二维码流进行Turbo乘积码编码，得到Turbo乘积码二维码字；
将Turbo乘积码码字，采用并行传输的方式，通过带有噪声和串扰的TSV阵列传输通道，进行并行传输；
在二维码字通过TSV阵列传输通道后，首先进行Turbo乘积码译码，将二维码字转换成二维码流，然后通过译码适配器将二维码流转换为二进制信息序列，得到最终的信息序列。
4.一种适用于TSV阵列并行传输的二维传输装置，其特征在于，包括编码装置和译码装置；
所述编码装置的作用是将随机信息序列编译成适合TSV传输通道传输的二维码字；
所述译码装置的作用是将编码后的二维码字转换为二进制信息序列，得到最终的信息序列。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述编码装置是基于TSV传输的Turbo乘积码的编码装置，包括编码码流适配器和Turbo乘积码编码器；所述编码码流适配器，用于将待传输的二进制信息序列在进入TSV传输通道之前，根据TSV传输通道数量和分布，转换成匹配TSV阵列二维传输所需的二维码流；所述Turbo乘积码编码器，连接上述码流适配器，用于在待传输的二维码流进入TSV传输通道之前，对该二维码流进行Turbo乘积码编码，得到Turbo乘积码二维码字。
6.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述译码装置是基于TSV传输的Turbo乘积码译码装置，包括Turbo乘积码译码器和译码码流适配器；所述Turbo乘积码译码器，用于在采用权利要求1所述方法编码的二维码字通过TSV传输通道之后，对接收到的二维码字进行Turbo乘积码译码，将二维码字转换成二维码流；所述译码码流适配器，连接所述Turbo乘积码译码器，用于对所述Turbo乘积码译码器得到的二维码流转换成二进制信息传输序列，得到最终的信息序列。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030204806A1 (en) * 2002-04-26 2003-10-30 Fuji Xerox Co., Ltd. Signal transmission system
CN107483150A (zh) * 2017-08-10 2017-12-15 北京信息科技大学 基于tsv传输的信道级联码编码方法和信号传输方法及装置
CN107659319A (zh) * 2016-07-25 2018-02-02 深圳超级数据链技术有限公司 一种对Turbo乘积码编码的方法和装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030204806A1 (en) * 2002-04-26 2003-10-30 Fuji Xerox Co., Ltd. Signal transmission system
CN107659319A (zh) * 2016-07-25 2018-02-02 深圳超级数据链技术有限公司 一种对Turbo乘积码编码的方法和装置
CN107483150A (zh) * 2017-08-10 2017-12-15 北京信息科技大学 基于tsv传输的信道级联码编码方法和信号传输方法及装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李振松等: "基于TSV阵列传输的信道编码方案", 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 *
林宏等: "Turbo乘积码构造方法的研究", 《电子工程师》 *
熊玉平: "一种交错并行高速TPC译码器的设计", 《电讯技术》 *

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