基于穿硅通孔Through Silicon Via(TSV)垂直互连的三维集成电路已成为未来发展的趋势,这种直接通过穿孔实现垂直互连的技术能够提供更短的传输路径和更高的带宽。然而随着单位面积上越来越多的TSV,信号可靠性成了有一大问题。本课题针对这一问题,通过建立噪声模型的方式,从理论层面上分析基于TSV高速传输过程中的噪声问题,并提出了切实可行的设计优化方案。课题中先后建立了TSV自身的三维串扰模型和S参数数学模型,并通过三维软件仿真和数学计算验证模型的准确性。随后针对广泛应用的Si-Interposer互连结构建立模型,并基于模型提出了切实可行的优化思想。基于S参数模型,串扰相关的多项噪声,例如Peak-to-Peak噪声,传输延时以及误码率得到研究,并在最后从系统层面提出了一种优化传输的手段。研究结果表明,课题所采用的串扰噪声模型能够很好的反映出不同环境下TSV传输线的高速串扰问题,所做的S参数模型与EM仿真结果一致,所做的关于Peak-to-Peak噪声以及多根TSV簇延时分析与SPICE的结果表现一致。对于Si-Interposer表面传输线模型相关的多层介质中的传输线串扰问题及优化工作中,所做的数学分析与EM仿真结果相一致。所提出的基于数据传输行为的串扰优化方式,能够以及少的代价的情况下显著提升TSV传输带宽。