由于封装或PCB电感遇到了缩放不均衡问题,片上电感受到越来越多的研究人员关注,其具有更紧凑的结构和更小的寄生效应。传统的片上平面螺旋电感一般位于顶层金属层,消耗了大量的全局布线资源。而且,螺旋电感还需要附加的金属条屏蔽机制以减小耦合效应,这将进一步增加其消耗的面积。随着2.5D和3D芯片架构的普及,硅通孔（Through-Silicon-Via,简称TSV）已被广泛使用,其中很大一部分冗余TSV用于保证热/可制造/可靠性的目的。本文利用这些冗余的TSV构建可用于2.5D/3D芯片的片上TSV电感,该电感具有更优异的性能。为了更好将TSV电感应用于系统电路设计中,快速进行电路设计空间探索,需要准确有效地对TSV电感的电性能进行分析。传统的等效电路提取方法存在精度低,可扩展性差的问题。本文提出了完整的TSV电感等效电路提取方案,可以精确地对片上TSV电感进行建模,准确地捕捉到衬底耦合,信号串扰,趋肤效应和邻近效应。所提出的方法能够以非常高的精度提取TSV电感等效电路,拟合精度可达10^-5-10^-4量级。此外该模型还具有优异的可扩展性能,而且使得TSV电感的仿真时间减少两个数量级左右,增强了电路设计的空间探索能力。为了进一步提高TSV电感的性能,适应三维集成电路（Three-Dimensional Integrated Circuit,简称3D IC）领域更快的技术迭代趋势,本文还提出了磁芯TSV电感及对应的优化方案,该方案能够指导磁芯TSV电感的设计。相比于TSV电感,该磁芯TSV电感的电感值L和品质因数Q分别提高了7.7倍和1.3倍。最后通过DC-DC转换器的设计对磁芯TSV电感进行了验证,相比于传统的平面螺旋电感,TSV电感和磁芯TSV电感分别节省了3.4倍和12.6倍的面积。此外,将TSV电感等效电路转化方法应用于磁芯TSV电感也具有较高的拟合精度,精度可达10^-4;最后还对磁芯TSV电感的气隙结构进行了初步分析,该结构能够进一步提高磁芯TSV电感的品质因数,并且能给设计人员带来更多的设计灵活性。