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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

1





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.

2





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)


3





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.

4





ミリ波帯回路素子

IN OUT

TL(Branch)Tr.MOM Cap.

TL(Bend)

TL for bias(R=5kΩ)

TL


5





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


6





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


7





従来の課題

2015/3/11

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


8





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


9





提案手法

2015/3/11

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

]


10





ディエンベディング結果


11





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


12





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。


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