CN103117968B - 一种基于电感耦合的无线通信补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于三维芯片堆叠技术领域，公开了一种基于电感耦合的无线通信补偿方法，该方法包括下述步骤S1将电感通道矩阵分成第一组通道和第二组通道；S2在时钟上升沿控制所述第一组通道为信号传输通道且第二组通道为补偿通道；在时钟下降沿控制第二组通道为信号传输通道且第一组通道为补偿通道；S3当信号传输通道发送数据0的个数大于1的个数时，补偿通道发送数据1；当信号传输通道发送数据1的个数大于0的个数时，补偿通道发送数据0。本发明经过数字补偿后的电感通道矩阵内0和1个数相当，且分布均匀，不会出现由于0或1密度过大而使其中1或0信号被覆盖的情况，降低了误码率，保证了通信的有效性。
Description
技术领域
本发明属于三维芯片堆叠技术领域，更具体地，涉及一种基于电感耦合的无线通信补偿方法。
背景技术
集成电路生产工艺以及集成电路设计技术的发展使得人们可以在同一块芯片上实现更多的功能，甚至集成整个***，也就是通常所说的***级芯片(System on Chip，SOC)。SOC使芯片集成度迅速提高，***成本迅速降低，电子设备更加智能化，但同时也使得芯片尺寸变得越来越大，设计越来越复杂。更重要的是，现有的工艺技术还不能把异构功能模块有效整合，如处理器与动态随机存储器等。
由于SOC存在这样的一些问题，研究人员发展出三维芯片堆叠的***集成方式，将不同的功能部件按相应要求分别进行设计和生产，然后再将这些芯片堆叠在一起形成三维结构。三维芯片堆叠解决了SOC存在的许多问题，并使得***集成度进一步提高，是今后芯片设计技术和***集成技术的重要发展方向。实现三维芯片堆叠，需要解决许多相关问题，其中最重要的是如何将这些堆叠的芯片连接起来，互联技术的性能将直接影响整个堆叠***的性能。互联技术是实现三维堆叠***的关键技术。
无线互联技术是一类比较独特和新颖的互联技术，电感耦合互联技术就是其中的一种。电感耦合互联技术的基本原理如图1所示，芯片之间没有直接的金属连接，而是利用位于上下层芯片上的耦合电感形成互联。其中上层芯片需要经过减薄工艺对芯片厚度进行减薄，使得耦合电感之间的距离足够小，耦合度足够大。对于互联技术，通常关注其成本、可靠性、适用范围、速度、密度和功耗等几个方面。
相比其它互联技术，电感耦合互联技术在成本、性能等方面具有众多优点：第一，电感耦合互联技术使用现有的成熟的芯片制造工艺、芯片减薄工艺和堆叠封装工艺，因此实现成本低、可靠性高；第二，由于通信距离短，且不需要ESD电路，所以互联速度快。第三，相对于电容耦合，电感耦合互联所要求的耦合电感之间的距离可以比较大，因此上下层芯片不需要面对面的堆叠，且可以实现多芯片的堆叠，设计灵活性高；第四，电感耦合互联技术使用电流驱动方式，相比其他无线互联技术，如电容耦合互联技术，可适应更低的工作电压和更先进的工艺。
电感耦合互联技术具有低成本、高可靠性、高速度等特点，同时也具有很好的设计灵活性，而进一步提高电感耦合互联的性能，需要在互联的高密度和低功耗两个方面进行深入研究。所谓高密度，是指在单位面积上实现更多的互联通道，满足***更大带宽的需求。
国外学者和研究机构已经在电感耦合互联技术的高密度方面进行了许多研究工作，但国内还没有见到相关文献报道。实际上，单个通道的耦合电感尺寸可以做得很小，而影响通道密度的原因主要是，当通道紧密排列在一起时，通道之间干扰的影响将变得很大，使得通道不能正常工作，如图2所示。因此，有效的抗干扰方法是实现高密度互联的关键。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于电感耦合的无线通信补偿方法，旨在解决现有技术的抗干扰能力弱导致不能实现高密度互联的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于电感耦合的无线通信补偿方法，包括下述步骤：
S1：将电感通道矩阵分成第一组通道和第二组通道；
S2：在时钟上升沿控制所述第一组通道为信号传输通道且所述第二组通道为补偿通道；在时钟下降沿控制所述第二组通道为信号传输通道且所述第一组通道为补偿通道；
S3：当所述信号传输通道发送数据0的个数大于数据1的个数时，所述补偿通道发送数据1；当所述信号传输通道发送数据1的个数大于数据0的个数时，所述补偿通道发送数据0。
更进一步地，当所述补偿通道位于所述电感通道矩阵的中间时，通过将与补偿通道相邻且非对角线位置的四个信号传输通道中发送数据0的个数与数据1的个数进行比较，当数据0的个数大于数据1的个数时，补偿通道发送数据1；当数据0的个数小于数据1的个数时，补偿通道发送数据0；当数据0的个数等于数据1的个数时，补偿通道不发送信号。
更进一步地，当补偿通道位于所述电感通道矩阵的边沿且非角的位置时，通过将与补偿通道相邻且非对角线位置的三个信号传输通道中发送数据0的个数与数据1的个数进行比较，当数据0的个数大于数据1的个数时，补偿通道发送数据1；当数据0的个数小于数据1的个数时，补偿通道发送数据0。
更进一步地，当补偿通道位于所述电感通道矩阵的角落位置时，通过将与补偿通道相邻且非对角线位置的两个信号传输通道中发送数据0的个数与数据1的个数进行比较，当数据0的个数大于数据1的个数时，补偿通道发送数据1；当数据0的个数小于数据1的个数时，补偿通道发送数据0；当数据0的个数等于数据1的个数时，补偿通道不发送信号。
本发明经过数字补偿后的电感通道矩阵内“0”和“1”个数相当，且分布均匀，不会出现由于“0”或“1”密度过大而使其中“1”或“0”信号被覆盖的情况，降低了误码率，保证了通信的有效性。
附图说明
图1是现有技术提供的三维芯片的堆叠结构示意图；
图2是现有技术提供的单个电感对相邻通道的干扰示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于电感耦合的无线通信补偿方法的实现流程图；
图4是本发明实施例提供的电感通道矩阵分组示意图；
图5是本发明实施例提供的电感通道矩阵时分复用分组示意图；
图6是本发明实施例提供的闲置通道对相邻通道进行数字补偿示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
主动补偿机制是在通道发送数据的同时，其相邻通道的发送端也产生一个相应的补偿信号，用以抵消相邻通道的接收端所受的干扰。主动补偿需要比较准确地估计干扰的大小，而干扰大小与电感形状尺寸、工艺参数、通道间距等因素相关，这样使设计变得非常复杂，尤其是在电感尺寸不断减小的情况下问题变得更加突出，使得主动补偿的方式难以实现。
时分复用是将通道进行分组，每组工作在不同的时间段，因为一个时间段内只有一组通道在工作，所以产生的干扰会大大减小。两相时分复用将通道分成两组，此时可以直接利用时钟信号的两个相位，因此两相的方式实现相对比较简单，但两相时分复用的问题是还不足以将干扰降低到可接受的程度，尤其是在电感尺寸进一步减小的情况下；四相时分复用将通道分成了四组，此时虽然可以将干扰降低到可接受的程度，但实现复杂度相比两相的方式大大增加，而且进一步限制了速度的提高。
本发明将两相时分复用与数字补偿结合技术，应用于电感耦合的三维芯片堆叠封装中。通道间干扰是影响电感耦合无线互联性能的重要因素。两相时分复用将耦合电感通道分为交错分布排列的两组，每组工作在不同的时段，减少了通道间干扰的产生；配合数字补偿机制，利用闲置通道发送补偿信号，使通道矩阵中“0”和“1”的数量基本相当，且分布均匀，进一步减小干扰的强度。本发明的实现电路简单、对传输速度限制较小，有效的将干扰降低到足够低的水平。
如图3所示，本发明实施例提供的基于电感耦合的无线通信补偿方法包括下述步骤：
S1：将电感通道矩阵分成第一组通道a和第二组通道b；
S2：在时钟上升沿控制第一组通道a为信号传输通道且第二组通道b为补偿通道；在时钟下降沿控制第二组通道b为信号传输通道且第一组通道a为补偿通道；
S3：当信号传输通道发送数据0的个数大于1的个数时，补偿通道发送数据1；当信号传输通道发送数据1的个数大于0的个数时，补偿通道发送数据0。
图4示出了电感通道矩阵分组；图5示出了电感通道矩阵时分复用分组；图6示出了闲置通道对相邻通道进行数字补偿；现结合附图详述如下：
第一组通道a在时钟上升沿作为信号传输通道，第二组通道b在时钟上升沿作为补偿通道；第二组通道b在时钟下降沿作为信号传输通道，第一组通道a在时钟下降沿作为补偿通道；当补偿通道b3位于通道矩阵的中间时，通过将与补偿通道相邻且非对角线位置的四个信号传输通道a1、a3、a4、a5中发送0的个数与1的个数进行比较，当0的个数大于1的个数时，补偿通道b3发送1；当0的个数小于1的个数时，补偿通道b3发送0；当发送0的个数等于1的个数时，补偿通道b3不发送信号。当补偿通道b2位于通道矩阵的边沿且非角的位置时，通过比较与补偿通道b2相邻且非对角线位置的三个信号传输通道a1、a2、a4中发送0的个数与1的个数，当0的个数大于1的个数时，补偿通道b2发送1；当0的个数小于1的个数时，补偿通道b2发送0。当补偿通道b1位于通道矩阵的角落位置时，通过比较与补偿通道b1相邻且非对角线位置的两个信号传输通道a1、a3中发送0的个数与1的个数，当0的个数大于1的个数时，补偿通道b1发送1；当0的个数小于1的个数时，补偿通道b1发送0；当发送0的个数等于1的个数时，补偿通道b1不发送信号。
本发明实施例提供的基于电感耦合的无线通信补偿方法主要应用于电感耦合的三维芯片堆叠封装中，用以减小通道间信号干扰，提高传输效率。
本发明实施例将两片或多片芯片堆叠封装。芯片间通过片上金属电感耦合实现互联。片上电感一般采用芯片顶层和次顶层金属制成，电感尺寸与芯片间距相比拟。上下芯片上一对发送、接收电感在垂直方向上对准，构成一个信号通道。高频率数字信号通过驱动电路转化为快速变化的电流，流经发送电感；发送电感产生的磁通量变化，在接收电感产生互感电流，经接收电路放大后，还原出数字信号。多个电感通道呈矩阵形式排列，利用两相时分复用和数字补偿技术减小由于电感紧密排列带来的相互干扰。
本发明将两相时分复用与数字补偿相结合的方式，一方面，利用两相时分复用实现相对比较简单、对速度的限制比较小的特点；另一方面，加入“补偿”的机制，“补偿”与“分时”共同作用，将干扰的影响降低到足够低的水平。两相时分复用将通道分成两组，并且交错分布排列。当某个通道发送数据“0”，而其对角线上的4个邻近通道发送数据“1”时，那么邻近通道产生的干扰就会影响到数据“0”的发送。注意到，当一组通道工作时，另一组通道处于闲置状态，因此，可以利用处于闲置状态的通道做数字补偿。在上述情况中，利用4个处于闲置状态的通道发送数据“0”，用以抵消4个对角线上通道所产生干扰的影响，从而保证通道的正常工作。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于电感耦合的无线通信补偿方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：将电感通道矩阵分成第一组通道和第二组通道；
S2：在时钟上升沿控制所述第一组通道为信号传输通道且所述第二组通道为补偿通道；在时钟下降沿控制所述第二组通道为信号传输通道且所述第一组通道为补偿通道；
S3：当所述信号传输通道发送数据0的个数大于数据1的个数时，所述补偿通道发送数据1；当所述信号传输通道发送数据1的个数大于数据0的个数时，所述补偿通道发送数据0。
2.如权利要求1所述的无线通信补偿方法，其特征在于，当所述补偿通道位于所述电感通道矩阵的中间时，通过将与补偿通道相邻且非对角线位置的四个信号传输通道中发送数据0的个数与数据1的个数进行比较，当数据0的个数大于数据1的个数时，补偿通道发送数据1；当数据0的个数小于数据1的个数时，补偿通道发送数据0；当数据0的个数等于数据1的个数时，补偿通道不发送信号。
3.如权利要求1所述的无线通信补偿方法，其特征在于，当补偿通道位于所述电感通道矩阵的边沿且非角的位置时，通过将与补偿通道相邻且非对角线位置的三个信号传输通道中发送数据0的个数与数据1的个数进行比较，当数据0的个数大于数据1的个数时，补偿通道发送数据1；当数据0的个数小于数据1的个数时，补偿通道发送数据0。
4.如权利要求1所述的无线通信补偿方法，其特征在于，当补偿通道位于所述电感通道矩阵的角落位置时，通过将与补偿通道相邻且非对角线位置的两个信号传输通道中发送数据0的个数与数据1的个数进行比较，当数据0的个数大于数据1的个数时，补偿通道发送数据1；当数据0的个数小于数据1的个数时，补偿通道发送数据0；当数据0的个数等于数据1的个数时，补偿通道不发送信号。
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