随着集成电路特征尺寸的缩小、工作频率的提高以及集成度的扩大，集成电路中互连线成为影响系统整体性能的主要因素。尤其在深亚微米集成电路中，互连线显示出微波传输线效应，导致互连线的时延超过了门电路的时延，互连线的功耗超过了门电路的功耗。因此互连线的分析与优化成为高速集成电路设计的关键。本文的工作围绕着高速集成电路中互连线信号响应与功耗的分析优化展开。以传输线为互连线的电路模型，通过提出高效的分析方法，得到互连线的时域响应、时延以及功耗等特性，然后以互连线的性能为优化目标，对互连线的结构和尺寸进行优化。此外，论文对互连线的参数提取进行了测试验证并提供了两种测试验证方法。论文还研究了集成电路系统设计对互连线性能的影响。具体内容介绍如下： 针对基于传输线模型的树型互连线，提出了多种时延模型和时域响应分析方法。第一种：基于传输线模型的树型互连线时延模型。其核心是对树型互连线进行拓扑结构简化，并利用二阶矩量匹配对传输函数进行模型降阶，从而求得时延的解析公式。第二种：具有缓冲器插入的时钟树时延模型。由于缓冲器将时钟树划分为具有相同结构的子树，因此通过求子树的时延可以得到时钟树的时延。第三种：基于矩量匹配的树型互连线时域响应分析方法。该方法利用ABCD矩阵的级联特性和树型互连线的拓扑结构通过迭代计算求得树型互连线的精确传输函数，并利用不同阶次的矩量匹配对传输函数进行降阶，可得到满足不同精度要求的树型互连线时域响应。其中采用二阶矩量匹配可以得到时域响应和时延的解析公式，其时间复杂度与树型互连线的分支数成正比。第四种：基于傅立叶级数的时钟树时域响应分析方法。时钟树的时域响应可以由前几项傅立叶级数之和来逼近，其时间复杂度与所取的项数成正比，精度随所取项数的增加而提高。第五种：基于快速傅立叶变换的树型互连线时域响应分析方法。该方法的优点是可以分析由任意信号激励的树型互连线。以上五种树型互连线的信号响应分析方法，它们的精度均高于目前最广泛使用的ELMORE模型，效率均高于SPICE电路分析软件，适合于大规模集成电路快速仿真和高层次综合。 以传输线为互连线的电路模型，发展了互连线的动态功耗模型。该模型基于周期信号的傅立叶级数分析，利用帕斯瓦尔定理得到互连线的动态功耗解析公式，其值由多个基于傅立叶级数之项求和来逼近。该模型的时间复杂度与所项数成正比，精度随项数的增加而提高。该模型可以分析多种结构的互连线，包括单根传输线，树型传输线以及耦合多导体传输线。 以时延、带宽、功耗以及面积等性能为目标，提出了全局互连线的优化方法。针对较长的全局互连线，对其进行了缓冲器插入、线宽和线间距的同时优化；而对较短的全局互连线，对其进行了线宽和线间距的同时优化。此外，针对130纳米到45纳米各种深亚微米工艺，论文提供了全局互连线的最优参数。 以0.25微米和0.18微米工艺集成电路中互连线为实例，提出了互连线参数提取的两种测量验证方法，以验证参数提取的精度。第一种方法：对互连线的散射参数进行测试，然后通过电路综合得到互连线的电路参数，将其与通过数值方法提取出的互连线电路参数进行比较。第二种方法：将通过数值方法提取的互连线电路参数转化为散射参数，将其与测量得到的散射参数进行比较。 以欧几里德译码器为实例，研究了集成电路系统设计对互连线性能的影响。根据欧几里德译码算法的阶数特性，提出了高效的欧几里德译码器。该译码器可以减少约30％的电路资源，并且降低约30％的互连线时延和约6％的互连线功耗。因此，好的系统设计在降低电路规模的同时，可以有效地提高互连线的性能。