A Research on the Coupling of Transmission L ines in 60 GHz Circuit D esign

Matsuzawa& Okada Lab.

Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of TechnologyMatsuzawa

& Okada Lab.Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of Technology

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

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発表内容

• 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

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研究背景

7 [Gbps/Ch](16QAM)

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　　　

近距離超高速無線に適している。

10.6 [Gbps/Ch](64QAM)IEEE 802.11ad

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66fGHz

240MHz

120MHz

1 2 3 4

1.76 GHz

2.16 GHz

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

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レイアウト（例： 4 段電力増幅器）

1500μmx

850μm

T 型伝送線路伝送線路キャパシタ

MIM TL（デカップリング）トランジスタ

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研究目的

信号線間距離とカップリングの影響を検討する

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。

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 ）

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伝送線路（ TL ）の構造• 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

GSS 4

5

15

Sub320

MT 2.8 GND

GND

S

μmd

3.5 um

um

um

um

um umM2M1

S

μmLGND GND GND

7




IN OUT

Vdd

Vg

1 段増幅器シミュレーション

μm

μmd

L

• 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

8




TL の長さを変えた場合（線路間5μm ）

• 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 0.4dB 程度変化

S11

S22

L

GND:5μm信号線

信号線

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

Gain[dB]

Frequency[GHz]

L=0μmL=10μmL=50μmL=200μm

9




6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

Gai

n[d

B]

Frequency[GHz]

No CouplingGND 5μmGND 15μmGND 30μm

S11

S22

• 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 )

線路間の長さを変えた場合（ TL200μm ）

200μm

GND:d μm

信号線

信号線

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伝送線路間のアイソレーション

-90

-80

-70

-60

-50

-40

0 10 20 30 40 50 60 70

Iso

rati

on

[dB

]

Distance[μm]

L=10

L=50

L=200

Port 1

Port 4

Port 2

Port 3

TL1

TL2

• 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。

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まとめ

• 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。

• 60GH ｚ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。

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