Si集積化アンテナによるチップ間UWB通信における信号干渉

Si集積化アンテナによるチップ間UWB通信における信号干渉
1a-P6-42
新田雅和、木本健太郎、吉川公麿
広島大学ナノデバイス・システム研究センター
Result
Receiving
Antenna
集積化アンテナインターチップ伝送特性
h
Transmitting
Antenna
20
-10
-20
10
2005
2010
2015
5
10
15
20
25
-10
-20
5
送信アンテナの反射係数
L = 6 mmのときの共振周波数
fair = 25 GHz
fSi = 7.25 GHz
10
15
測定系の模式図
S-パラメータ　( Scattering – Parameter )
S11
S12
S21
S22
b1
S S
= 11 12
b2
S21 S22
a1
a2
Z S = Z0
b1
アンテナ伝送利得 ( Ga )
b2
ai - Incident wave
bj - Reflected wave
Ga =
S21 2
( 1 – S11 2 )( 1 – S22 2 )
Output voltage [mV]
0
-5
-10
10 Ω-cmb1  =  S11
b2   S 21
ρ=
h = 0.52 mm
VTL = 0.1 V
0.5
S12   a1 
S 22   a2 
1.0
1.5
Receiving
Antenna
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
5
3.0
0
-5
-10
ρ = 10 Ω-cm
h = 0.52 mm
VTL = 0.15 V
0.5
1.0
1.5
ch1
ch2
10
5
0
-5
-10
ρ = 10 Ω-cm
h = 0.52 mm
VTL = 0.5 V
-15
0.0
2.0
0.5
1.0
1.5
2.0
1.5
2.0
Time [nsec]
Time [nsec]
Output voltage [mV]
15
15
15
10
10
10
5
0
-5
-10
ρ = 10 Ω-cm
h = 0.52 mm
VTL = 0.1 V
-15
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
5
0
-5
-10
-15
0.0
ρ = 10 Ω-cm
h = 0.52 mm
VTL = 0.15 V
0.5
1.0
1.5
2.0
5
0
-5
-10
ρ = 10 Ω-cm
h = 0.52 mm
VTL = 0.5 V
-15
0.0
Time [nsec]
0.5
1.0
Time [nsec]
Summary
15
15
h = 1.04 mm
ρ = 10 Ω-cm
L = 6 mm
10
5
0
0.0
-50
0.0
15
ch1
ch2
10
-15
0.0
2.0
差動信号電圧振幅の伝送線路電圧振幅依存性
アンテナ間垂直距離依存性
0.5
1.0
Transmission line Vp-p [V]
a2
a1
Port1
Transmitting
Antenna
25
15
Time [nsec]
受信信号電圧の干渉電圧依存性
Peak to peak voltage [mV]
Sample
Z0
■アンテナ受信波形の差動信号をとることで
伝送線路からの干渉の抑制が可能
Peak to peak voltage [mV]
180° Hybrid Coupler
20
Differential Signal
h: Inter-chip vertical distance
Transmission
Line
15
アンテナ伝送利得の
アンテナ間距離依存性
Time [nsec]
Transmitting
Antenna
Pulse pattern generator 81134A
Impulse
Forming
Network
Picosecond
Pulse Labs
5214-104
10
アンテナ伝送利得
5
h
180゜ Hybrid Coupler
5
受信アンテナの反射係数
Output voltage [mV]
Sampling oscilloscope Agilent 86100B
ρ = 10 Ω-cm
L = 6 mm
h = 0.26 mm
-50
-7.53 dB/mm
-40
Vertical distance [mm]
ch1
ch2
10
-15
0.0
Receiving
Antenna
Time domain
HP8510C Vector
Network Analyzer
Output voltage [mV]
Transmission Line
Frequency domain
-40
Antenna length = 6 mm
Frequency = 7.23 GHz
-30
Received Signal
受信波形、差動信号の
伝送線路電圧振幅依存性
Measurement Set-up
25
-30
Frequency [GHz]
15
Si集積化アンテナによるチップ間通信
における信号干渉の研究
20
-20
Frequency [GHz]
Frequency [GHz]
L: Antenna length
h: Inter-chip vertical distance
2020
Year
Roadmap of clock frequency by ITRS 2003
ρ = 10 Ω-cm
L = 6 mm
h = 0.26 mm
S22 [dB]
30
-20
0
ρ = 10 Ω-cm
L = 6 mm
h = 0.26 mm
Transmission Gain [dB]
0
L
3 mm
40
0
2000
金属配線による信号干渉
Local clock frequency
Global clock frequency
Output voltage [mV]
シリコン集積化アンテナを用いた
ワイヤレス配線
50
S11 [dB]
Clock frequency [GHz]
ULSIの高速化に限界
(RC時定数による信号遅延)
Output voltage [mV]
60
Transmission Gain [dB]
Background
ρ = 10 Ω-cm
VTL = 0.5 V
■アンテナ間距離を大きくする（挿入基板枚数を
増やす）と基板での損失が大きくなり伝送利得は
下がった
10
5
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Vertical distance [mm]
■ダイポールアンテナの送受信に差動信号を用
いることにより外部配線からの干渉を抑えること
ができた
受信信号電圧のアンテナ間垂直距離依存性
■ 伝送線路の電圧振幅を大きくすると差動信号の電圧振幅は影響を受けるが
その影響は抑制されたものであった。
■ アンテナ間垂直距離を大きくすると差動信号の電圧振幅は減少する。
Acknowledgement
本研究の一部は21世紀COEプログラムにより行われた

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