Tokyo Tech Template - Matsuzawa and Okada

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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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11
Thank you for your attention!
Matsuzawa
Matsuzawa
Lab.
& Okada
Lab.
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