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2009/09/16Matsuzawa& Okada Lab.Matsuzawa& Okada Lab.

ミリ波帯CMOS回路設計のためのマルチラインディエンベディング手法

の検討

◎文仙啓吾, 高山直輝, 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

2009/09/16 K. Bunsen, Tokyo Tech

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Matsuzawa& Okada Lab.Matsuzawa& Okada Lab.

発表内容

• 背景• ディエンベディングと従来手法• 提案手法と実測データへの適用• まとめ


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背景

[2] 総務省電波利用HP http://www.tele.soumu.go.jp/index.htm

・広い周波数帯が無免許で開放されている

・近距離で高速な無線通信が可能

周波数 [GHz]10 20 30 60 100 200 300

0.01

0.1

1

10

100

[1] Rec. ITU-R P.676-2, Feb. 1997

減衰が大きく遠くまで飛ばない反面，干渉を受けにくい

60GHz帯の特徴

IEEE 802.15.3c・QPSK ⇒ 3Gbps・16QAM ⇒ 6Gbps


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ディエンベディング

伝送線路，キャパシタ，トランジスタ等，必要な素子を試作して測定

測定技術が重要

測定結果をモデル化し，シミュレーションに組み込む

高周波では測定パッドの寄生成分の影響がより大きい

パッドの影響を取り除く作業

ディエンベディング


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従来手法

• Open-Short法オープンとショートのパッドのダミーパターンを計測し，

寄生成分を計算する

→オープン・ショートのダミー

パターンの非理想性が問題

• Thru-Only法パッドを出来るだけ近づけてパッドのみの影響を計測する

→プローブ間の干渉が問題


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提案手法

オープン・ショートのダミーパターンを使用しない

プローブ間の干渉を避けるため距離を離す

複数の伝送線路を用いたディエンベディング手法

1.長さの異なる伝送線路の測定2.伝送線路のディエンベディング[3]3.並列寄生成分の計算4.直列寄生成分の計算

手順

[3]Alain M. Mangan, Sorin P. Voinigescu, Ming-Ta Yang and Mihai Tazlauanu, “De-Embedding Transmission Line Measurements for Accurate Modeling of IC Designs,”IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 53, no. 2, pp. 235-241, Feb. 2006.

パッドの寄生成分


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伝送線路のディエンベディング

-1

T T

T

左右反対にして

伝送線路のみの特性

並列に並べる

Y


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並列寄生成分の計算測定データ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

12

21

TLTL

TLTL

YYYY

TLY

YYX Y

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+′

′+′′

′′

+′

′+

=

P

S

P

S

mTL

ZZZZ

ZZ

ZZ

ZZZZ

1

1

21

22

22

21

∆∆

∆∆Y

( ) 221S2 ZZZZ ′−′+=′∆1TL1TL YZY =′∆ 2TL2TL YZY =′∆

pZ1

≈+ (1,2)Y(1,1)Y XX

( ) ( ) 1111

2121

>>⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅

+⋅+⋅ TLTLsTLTLP YYZYYZ

が成り立つとき


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直列寄生成分の計算

切片の値がパッドの直列寄生成分に対応

( )0021 LjRZS ω+⋅=

以上でパッドの寄生成分を求めることが出来た


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実測データへの適用

• 長さが 200µm, 300µm, 400µm の３本の伝送線路で測定

• 200µm, 400µmの測定データからパッドの寄生成分を求め，それぞれの伝送線路に対してディエンベディング

今回用いた伝送線路の構造今回用いたパッドの構造


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ディエンベディング結果

異なる長さの伝送線路の特性インピーダンスの差が約1Ω以内におさまった

3035

4045

5055

60

6570

0 20 40 60 80 100 120frequency[GHz]

特性インピーダンス

[]

200um 300um 400um


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まとめ

• 複数の伝送線路を用いたディエンベディング手法を提案

• 実測データに適用したところ，異なる長さの伝送線路の特性インピーダンスの差が1Ω程度となり，従来手法の3Ω程度と比べて，差を小さくすることが出来た


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参考文献

• [1] Rec. ITU-R P.676-2, Feb. 1997

• [2] 総務省電波利用HP http://www.tele.soumu.go.jp/index.htm

• [3] Alain M. Mangan, Sorin P. Voinigescu, Ming-Ta Yang and Mihai Tazlauanu, “De-Embedding Transmission Line Measurements for Accurate Modeling of IC Designs,”IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 53, no. 2, pp. 235-241, Feb. 2006.


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伝送線路の伝播定数

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120frequency[GHz]

α[n

eper

/m]

alpha_200 alpha_300 alpha_400

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 20 40 60 80 100 120frequency[GHz]

β[ra

d/m

]

beta_200 beta_300 beta_400


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直列成分のプロット

020406080

100120140160

0 100 200 300 400 500線路長[◊m]

インダクタンス[pH]

200um

300um

400um

実測データ（60GHz）


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理想伝送線路への適用

3035

4045

5055

60

6570

0 20 40 60 80 100 120frequency[GHz]

特性インピーダンス

[ ]

200um 300um 400um 理想伝送線路

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