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Matsuzawa& Okada Lab.
Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of Technology
Matsuzawa& Okada Lab.
Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of Technology
3パラメータPADモデルを用いたミリ波帯高精度モデリング
◎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
電子物理工学専攻松澤・岡田研究室
2015/3/11
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Matsuzawa& Okada Lab.
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発表内容
• 研究背景, 目的
• ディエンベディング
• 従来の2パラメータPADモデル
• 3パラメータ PADモデル(提案手法)
• シミュレーションと実測結果比較
• まとめ
2015/3/11 S. Kawai, Tokyo Tech.
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研究背景
60GHz帯を用いたGbps級無線通信
IEEE 802.11ad specification
57.24GHz – 65.88 GHz
2.16GHz/ch x 4ch
10.56Gbps/ch in 64QAM
64QAM x 4 channles 42Gbps
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66
240MHz
120MHz
1 2 3 4
1.76 GHz
2.16 GHz
Freq
(GHz)
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研究目的
通信精度の劣化要因
• 位相雑音[1]
• IQミスマッチ[2]
• 利得平坦性
2015/3/11
57.24GHz 65.88GHz
RF帯
Freq.
RF帯における広帯域利得平坦性確保のための高精度シミュレーションモデルの実現
[1] A. Musa, et al., JSSC2011. [2]S. Kawai, et al., RFIC 2013.
S. Kawai, Tokyo Tech.
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ミリ波帯回路素子
IN OUT
TL(Branch)Tr.MOM Cap.
TL(Bend)
TL for bias(R=5kΩ)
TL
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ディエンベディングとは
• 実測結果はPAD等の寄生容量を込む
→寄生素子の影響を取り除く必要がある
• ディエンベディングはモデリングの初期段階
→全ての素子のモデリング精度に影響する
DUT
PAD
Parasitics
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L-2L法
Tmeas_L = TLPAD TL TRPAD
length = L length = 2L
Tmeas_2L = TLPAD T2L TRPAD
(T2L = TL2)
Tmeas_L Tmeas_2L-1 Tmeas_L = TLPAD TRPAD
Canceled Canceled
Tmeas_L Tmeas_LTmeas_2L-1
X X =
[2] J. Song, et al., EPEP2014
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従来の課題
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𝒁𝐬𝒁𝐬𝟐
𝒀𝐬
𝒁𝐬 𝒁𝐬𝟐
𝒀𝐬
TLPADTRPAD
• 伝送線路の測定結果は対称であり、TLPADTRPADも対称 T11=T22, T12=T21
2パラメータのみしか得ることができない
• TLPAD, TRPADは非対称受動素子• 3パラメータによるモデリングが必要
Ideal model
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従来のモデリング
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
π-equivalent
T-equivalent
Frequency [GHz]
Imp
ed
an
ce[Ω
]
𝒁𝟎 =𝑹 + 𝒋𝝎𝑳
𝑮 + 𝒋𝝎𝑪≈
𝑳
𝑪
(𝝎𝑳 ≫ 𝑹,𝝎𝑪 ≫ 𝑮)
𝒁𝐬′
𝒀𝐬′
𝒁𝐬′
𝒀𝐬′
DUT
T-type
𝒁𝐬′′
𝒀𝐬′′
𝒁𝐬′′
𝒀𝐬′′
DUT
π-type
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提案手法
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𝒁𝐬𝒁𝐬𝟐
𝒀𝐬
𝒁𝐬 𝒁𝐬𝟐
𝒀𝐬
L-2L法から3パラメータを得ることはできない。
Assumption:𝒁𝐒𝟐 = 𝒌 × 𝒁𝑺(𝟎 ≤ 𝒌 ≤ 𝟏)
“k”をPAD容量が一定になるよう定める
(今回はk=0.4)。
20
22
24
26
28
30
32
34
36
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
π-type
T-type
Double-T-type
Frequency [GHz]
Cap
acit
an
ce [
pF
]
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ディエンベディング結果
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5段低雑音増幅器での評価
利得誤差1dB以内の高精度シミュレーションを実現
IN
MIM TL
TLVg1
Vg2Vg3
Vg4OUT
Vg5
0
5
10
15
20
25
30
50 55 60 65 70
S 21
[dB
]
Frequency [GHz]
simulationmeasurement
S11
S22
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まとめ
• 従来の2パラメータモデルにおける問題点を伝送線路のディエンベディング結果を元に示した。
• 非対称かつレシプロカルな3パラメータによるPADモデルを提案した。
• 5段低雑音増幅器のシミュレーションと実測の比較を行い、高精度なシミュレーションが実現できることを示した。
2015/3/11 S. Kawai, Tokyo Tech.