A Research on the Coupling of Transmission Lines in 60 GHz Circuit Design ヌルル ファジュリ, ◯河合 誠太郎, 岡田 健一, 松澤 昭 東京工業大学大学院 理工学研究科電子物理工学専攻 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & of Okada Lab. Tokyo Institute Technology 発表内容 1 • 研究背景・目的 • 伝送線路の構造 • 伝送線路間カップリングシミュレーション - 1段増幅器シミュレーション - 伝送線路間のアイソレーション • まとめ Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 研究背景 60GHz帯の特徴 空気中の減衰が大きい 広帯域を無免許で利用可能 2 2.16 GHz 240 MHz 120 MHz 1.76 GHz 1 2 3 4 fGHz 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 7 [Gbps/Ch](16QAM) 近距離超高速無線に適している。 10.6 [Gbps/Ch](64QAM) IEEE 802.11ad Gbps級無線通信が可能 様々な機器への適用 コスト削減のため、 小面積化が必要 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology レイアウト(例:4段電力増幅器) 3 MIM TL T型伝送線路 キャパシタ トランジスタ 伝送線路 (デカップリング) 1500μm x 850μm Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 研究目的 4 L字型の伝送線路を使うこ とにより小面積化を行なっ ている。 (左図は6段電力増幅器 470μmx400μm) 小面積化のため、レイアウトをできるだけ詰めたい 信号線間でカップリングし、シミュレーションと実測の ズレの原因となる可能性がある。 信号線間距離とカップリングの影響を検討する Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 伝送線路(TL)の構造 5 2.8 um 5 um GND 4 um S S MT G • 信号線幅:4μm GND-GND幅:15μm • MTが信号線、M1~M2をGND シールド • 特性インピーダンス:50Ω 3.5 um M2 M1 320 um 15 um Sub GND d μm L μm GND S GND S GND Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 1段増幅器シミュレーション 6 Vdd IN OUT L μm d μm Vg • トランジスタ入力側と出力側の伝送線路が カップリングした場合を想定(エネルギー差が あるため) • カップリングするTLの長さ及びTL間距離を変 えた場合の影響についてシミュレーション Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology TLの長さを変えた場合(線路間5μm) L 信号線 GND:5μm 信号線 S22 9.0 Gain[dB] 8.5 8.0 7.5 L=0μm L=10μm L=50μm L=200μm 7.0 6.5 S11 6.0 57 • • 58 59 60 61 62 63 Frequency[GHz] 64 65 66 短いTL(50μm程度)ではカップリングの影響なし 200μmのような長いTLではカップリングの影響で利得が最大 Matsuzawa Lab. 0.4dB程度変化 Matsuzawa & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 7 線路間の長さを変えた場合(TL200μm) 8 200μm 信号線 GND:d μm S22 信号線 9.0 Gain[dB] 8.5 8.0 7.5 No Coupling GND 5μm GND 15μm GND 30μm 7.0 6.5 S11 6.0 57 58 59 60 61 62 63 Frequency[GHz] 64 65 66 • カップリングの影響はGNDを間に必要量入れることに より抑えることができる(200μmではGND30μm程度) Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 伝送線路間のアイソレーション 9 -40 L=10 Isoration[dB] TL2 Port 4 Port 1 L=50 -50 TL1 Port 3 Port 2 L=200 -60 -70 -80 -90 0 • • 10 20 30 40 Distance[μm] 50 60 線路間のアイソレーションについてシミュレーション を行った。 1段アンプのシミュレーションとこの結果から、カップ リングの影響を無視するためには-58dB程度のア イソレーションが必要である。 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 70 まとめ 10 • 60GHz帯の回路設計における、伝送線路間 カップリングについて検討を行った。 • TL間の距離が近く、またそのTLが長い場合 にはカップリングの影響を受け利得が低下す ることを確認した。 • 60GHz帯のレイアウトにおいて、カップリング の影響を無視するためにはアイソレーション が-58dB程度必要であることを示した。 Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology 11 Thank you for your attention! Matsuzawa Matsuzawa Lab. & Okada Lab. Tokyo Institute of Technology
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