一種基於電感耦合的無線通信補償方法
2023-06-11 19:13:41 2
專利名稱：一種基於電感耦合的無線通信補償方法
技術領域：
本發明屬於三維晶片堆疊技術領域，更具體地，涉及一種基於電感耦合的無線通信補償方法。
背景技術：
集成電路生產工藝以及集成電路設計技術的發展使得人們可以在同一塊晶片上實現更多的功能，甚至集成整個系統，也就是通常所說的系統級晶片(System on Chip,SOC) 50C使晶片集成度迅速提高，系統成本迅速降低，電子設備更加智能化，但同時也使得晶片尺寸變得越來越大，設計越來越複雜。更重要的是，現有的工藝技術還不能把異構功能模塊有效整合，如處理器與動態隨機存儲器等。由於SOC存在這樣的一些問題，研究人員發展出三維晶片堆疊的系統集成方式，將不同的功能部件按相應要求分別進行設計和生產，然後再將這些晶片堆疊在一起形成三維結構。三維晶片堆疊解決了 SOC存在的許多問題，並使得系統集成度進一步提高，是今後晶片設計技術和系統集成技術的重要發展方向。實現三維晶片堆疊，需要解決許多相關問題，其中最重要的是如何將這些堆疊的晶片連接起來，互聯技術的性能將直接影響整個堆疊系統的性能。互聯技術是實現三維堆疊系統的關鍵技術。無線互聯技術是一類比較獨特和新穎的互聯技術，電感耦合互聯技術就是其中的一種。電感耦合互聯技術的基本原理如圖1所示，晶片之間沒有直接的金屬連接，而是利用位於上下層晶片上的耦合電感形成互聯。其中上層晶片需要經過減薄工藝對晶片厚度進行減薄，使得耦合電感之間的距離足夠小，耦合度足夠大。對於互聯技術，通常關注其成本、可靠性、適用範圍、速度、密度和功耗等幾個方面。相比其它互聯技術，電感耦合互聯技術在成本、性能等方面具有眾多優點:第一，電感耦合互聯技術使用現有的成熟的晶片製造工藝、晶片減薄工藝和堆疊封裝工藝，因此實現成本低、可靠性高；第二，由於通信距離短，且不需要ESD電路，所以互聯速度快。第三，相對於電容耦合，電感耦合互聯所要求的耦合電感之間的距離可以比較大，因此上下層晶片不需要面對面的堆疊，且可以實現多晶片的堆疊，設計靈活性高；第四，電感耦合互聯技術使用電流驅動方式，相比其他無線互聯技術，如電容耦合互聯技術，可適應更低的工作電壓和更先進的工藝。電感耦合互聯技術具有低成本、高可靠性、高速度等特點，同時也具有很好的設計靈活性，而進一步提高電感耦合互聯的性能，需要在互聯的高密度和低功耗兩個方面進行深入研究。所謂高密度，是指在單位面積上實現更多的互聯通道，滿足系統更大帶寬的需求。國外學者和研究機構已經在電感耦合互聯技術的高密度方面進行了許多研究工作，但國內還沒有見到相關文獻報導。實際上，單個通道的耦合電感尺寸可以做得很小，而影響通道密度的原因主要是，當通道緊密排列在一起時，通道之間幹擾的影響將變得很大，使得通道不能正常工作，如圖2所示。因此，有效的抗幹擾方法是實現高密度互聯的關鍵。
發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明的目的在於提供一種基於電感耦合的無線通信補償方法，旨在解決現有技術的抗幹擾能力弱導致不能實現高密度互聯的問題。為實現上述目的，本發明提供了一種基於電感耦合的無線通信補償方法，包括下述步驟:S1:將電感通道矩陣分成第一組通道和第二組通道；S2:在時鐘上升沿控制所述第一組通道為信號傳輸通道且所述第二組通道為補償通道；在時鐘下降沿控制所述第二組通道為信號傳輸通道且所述第一組通道為補償通道；S3:當所述信號傳輸通道發送數據0的個數大於I的個數時，所述補償通道發送數據I ;當所述信號傳輸通道發送數據I的個數大於0的個數時，所述補償通道發送數據O。更進一步地，當所述補償通道位於所述電感通道矩陣的中間時，通過將與補償通道相鄰且非對角線位置的四個信號傳輸通道中發送0的個數與I的個數進行比較，當0的個數大於I的個數時，補償通道發送I;當0的個數小於I的個數時，補償通道發送0 ;當0的個數等於I的個數時，補償通道不發送信號。更進一步地，當補償通道位於通道矩陣的邊沿且非角的位置時，通過將與補償通道相鄰且非對角線位置的三個信號傳輸通道中發送0的個數與I的個數進行比較，當0的個數大於I的個數時，補償通道發送I;當0的個數小於I的個數時，補償通道發送O。更進一步地，當補償通道位於通道矩陣的角落位置時，通過將與補償通道相鄰且非對角線位置的兩個信號傳輸通道中發送0的個數與I的個數進行比較，當0的個數大於I的個數時，補償通道發送I;當0的個數小於I的個數時，補償通道發送0 ;當0的個數等於I的個數時，補償通道不發送信號。本發明經過數字補償後的電感通道矩陣內「 0 」和「 I 」個數相當，且分布均勻，不會出現由於「0」或「I」密度過大而使其中「I」或「0」信號被覆蓋的情況，降低了誤碼率，保證了通信的有效性。
圖1是現有技術提供的三維晶片的堆疊結構示意圖；圖2是現有技術提供的單個電感對相鄰通道的幹擾示意圖；圖3是本發明實施例提供的一種基於電感耦合的無線通信補償方法的實現流程圖；圖4是本發明實施例提供的電感通道矩陣分組示意圖；圖5是本發明實施例提供的電感通道矩陣時分復用分組示意圖；圖6是本發明實施例提供的閒置通道對相鄰通道進行數字補償示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
主動補償機制是在通道發送數據的同時，其相鄰通道的發送端也產生一個相應的補償信號，用以抵消相鄰通道的接收端所受的幹擾。主動補償需要比較準確地估計幹擾的大小，而幹擾大小與電感形狀尺寸、工藝參數、通道間距等因素相關，這樣使設計變得非常複雜，尤其是在電感尺寸不斷減小的情況下問題變得更加突出，使得主動補償的方式難以實現。時分復用是將通道進行分組，每組工作在不同的時間段，因為一個時間段內只有一組通道在工作，所以產生的幹擾會大大減小。兩相時分復用將通道分成兩組，此時可以直接利用時鐘信號的兩個相位，因此兩相的方式實現相對比較簡單，但兩相時分復用的問題是還不足以將幹擾降低到可接受的程度，尤其是在電感尺寸進一步減小的情況下；四相時分復用將通道分成了四組，此時雖然可以將幹擾降低到可接受的程度，但實現複雜度相比兩相的方式大大增加，而且進一步限制了速度的提高。本發明將兩相時分復用與數字補償結合技術，應用於電感耦合的三維晶片堆疊封裝中。通道間幹擾是影響電感耦合無線互聯性能的重要因素。兩相時分復用將耦合電感通道分為交錯分布排列的兩組，每組工作在不同的時段，減少了通道間幹擾的產生；配合數字補償機制，利用閒置通道發送補償信號，使通道矩陣中「0」和「 I 」的數量基本相當，且分布均勻，進一步減小幹擾的強度。本發明的實現電路簡單、對傳輸速度限制較小，有效的將幹擾降低到足夠低的水平。如圖3所示，本發明實施例提供的基於電感耦合的無線通信補償方法包括下述步驟:S1:將電感通道矩陣分成第一組通道a和第二組通道b ；S2:在時鐘上升沿控制第一組通道a為信號傳輸通道且第二組通道b為補償通道；在時鐘下降沿控制第二組通道b為信號傳輸通道且第一組通道a為補償通道；S3:當信號傳輸通道發送數據0的個數大於I的個數時，補償通道發送數據I ;當信號傳輸通道發送數據I的個數大於0的個數時，補償通道發送數據O。圖4示出了電感通道矩陣分組；圖5示出了電感通道矩陣時分復用分組；圖6示出了閒置通道對相鄰通道進行數字補償；現結合附圖詳述如下:第一組通道a在時鐘上升沿作為信號傳輸通道，第二組通道b在時鐘上升沿作為補償通道；第二組通道b在時鐘下降沿作為信號傳輸通道，第一組通道a在時鐘下降沿作為補償通道；當補償通道b3位於通道矩陣的中間時，通過將與補償通道相鄰且非對角線位置的四個信號傳輸通道al、a3、a4、a5中發送0的個數與I的個數進行比較，當0的個數大於I的個數時，補償通道b3發送I ;當0的個數小於I的個數時，補償通道b3發送0 ;當發送0的個數等於I的個數時，補償通道b3不發送信號。當補償通道b2位於通道矩陣的邊沿且非角的位置時，通過比較與補償通道b2相鄰且非對角線位置的三個信號傳輸通道al、a2、a4中發送0的個數與I的個數，當0的個數大於I的個數時，補償通道b2發送I ;當0的個數小於I的個數時，補償通道b2發送O。當補償通道bl位於通道矩陣的角落位置時，通過比較與補償通道bl相鄰且非對角線位置的兩個信號傳輸通道al、a3中發送0的個數與I的個數，當0的個數大於I的個數時，補償通道bl發送I ;當0的個數小於I的個數時，補償通道bl發送0 ;當發送0的個數等於I的個數時，補償通道bl不發送信號。本發明實施例提供的基於電感耦合的無線通信補償方法主要應用於電感耦合的三維晶片堆疊封裝中，用以減小通道間信號幹擾，提高傳輸效率。本發明實施例將兩片或多片晶片堆疊封裝。晶片間通過片上金屬電感耦合實現互聯。片上電感一般採用晶片頂層和次頂層金屬製成，電感尺寸與晶片間距相比擬。上下晶片上一對發送、接收電感在垂直方向上對準，構成一個信號通道。高頻率數位訊號通過驅動電路轉化為快速變化的電流，流經發送電感；發送電感產生的磁通量變化，在接收電感產生互感電流，經接收電路放大後，還原出數位訊號。多個電感通道呈矩陣形式排列，利用兩相時分復用和數字補償技術減小由於電感緊密排列帶來的相互幹擾。本發明將兩相時分復用與數字補償相結合的方式，一方面，利用兩相時分復用實現相對比較簡單、對速度的限制比較小的特點；另一方面，加入「補償」的機制，「補償」與「分時」共同作用，將幹擾的影響降低到足夠低的水平。兩相時分復用將通道分成兩組，並且交錯分布排列。當某個通道發送數據「0」，而其對角線上的4個鄰近通道發送數據「I」時，那麼鄰近通道產生的幹擾就會影響到數據「0」的發送。注意到，當一組通道工作時，另一組通道處於閒置狀態，因此，可以利用處於閒置狀態的通道做數字補償。在上述情況中，利用4個處於閒置狀態的通道發送數據「0」，用以抵消4個對角線上通道所產生幹擾的影響，從而保證通道的正常工作。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於電感耦合的無線通信補償方法，其特徵在於，包括下述步驟: 51:將電感通道矩陣分成第一組通道和第二組通道； 52:在時鐘上升沿控制所述第一組通道為信號傳輸通道且所述第二組通道為補償通道；在時鐘下降沿控制所述第二組通道為信號傳輸通道且所述第一組通道為補償通道； 53:當所述信號傳輸通道發送數據O的個數大於I的個數時，所述補償通道發送數據I ;當所述信號傳輸通道發送數據I的個數大於O的個數時，所述補償通道發送數據O。
2.如權利要求1所述的無線通信補償方法，其特徵在於，當所述補償通道位於所述電感通道矩陣的中間時，通過將與補償通道相鄰且非對角線位置的四個信號傳輸通道中發送O的個數與I的個數進行比較，當O的個數大於I的個數時，補償通道發送I ;當O的個數小於I的個數時，補償通道發送O ;當O的個數等於I的個數時，補償通道不發送信號。
3.如權利要求1所述的無線通信補償方法，其特徵在於，當補償通道位於通道矩陣的邊沿且非角的位置時，通過將與補償通道相鄰且非對角線位置的三個信號傳輸通道中發送O的個數與I的個數進行比較，當O的個數大於I的個數時，補償通道發送I ;當O的個數小於I的個數時，補償通道發送O。
4.如權利要求1所述的無線通信補償方法，其特徵在於，當補償通道位於通道矩陣的角落位置時，通過將與補償通道相鄰且非對角線位置的兩個信號傳輸通道中發送O的個數與I的個數進行比較，當O的個數大於I的個數時，補償通道發送I ;當O的個數小於I的個數時，補償通道發送O ;當O的個數等於I的個數時，補償通道不發送信號。
全文摘要
本發明屬於三維晶片堆疊技術領域，公開了一種基於電感耦合的無線通信補償方法，該方法包括下述步驟S1將電感通道矩陣分成第一組通道和第二組通道；S2在時鐘上升沿控制所述第一組通道為信號傳輸通道且第二組通道為補償通道；在時鐘下降沿控制第二組通道為信號傳輸通道且第一組通道為補償通道；S3當信號傳輸通道發送數據0的個數大於1的個數時，補償通道發送數據1；當信號傳輸通道發送數據1的個數大於0的個數時，補償通道發送數據0。本發明經過數字補償後的電感通道矩陣內0和1個數相當，且分布均勻，不會出現由於0或1密度過大而使其中1或0信號被覆蓋的情況，降低了誤碼率，保證了通信的有效性。
文檔編號H04L25/03GK103117968SQ20131002831
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者鄒雪城, 王保存, 餘國義, 張力, 陳曉飛, 鄭朝霞, 鄒志革, 雷鑑銘 申請人:華中科技大學