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Matsuzawa& Okada Lab.

Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of Technology



伝送線路モデリングにおける

ディエンベディング手法の評価

○河合誠太郎，南亮，岡田健一，松澤昭

東京工業大学工学部電気電子工学科

1





発表内容

• 研究背景

• ディエンベディング手法

－Open-short法

－Thru-only法

－L-2L法

• シミュレーション結果

－ディエンベディング結果

－4段PAに適用した結果

• まとめ

2





研究背景

超高速無線通信

3.5Gbps/ch(QPSK)

7.0Gbps/ch(16QAM)

IEEE 802.11ad • 幅広い帯域を無免許で利用可能

• 近距離高速無線通信として活躍

回路設計においてシミュレーションする際，シミュレーション用の素子は60GHzに対応していないため、伝送線路やトランジスタの正確なモデリングを行う必要がある。

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

fGHz

240

MHz

120

MHz

1 2 3 4

1.76 GHz

2.16 GHz

ディエンベディングの精度が非常に重要

3





ディエンベディングについて

ディエンベディング方法 Open-short 法

Thru-only 法

L-2L 法

測定結果にはコンタクトパッドなどの成分が含まれてしまっているため、取り除かなければならない。

4





Open-short法

open short

Ys

Zs Zs

Ys

60GHzなどの高周波では、shortパターンが理想的なshortとみなす事ができず、インダクタンスやキャパシタンスを含んでしまう。

5





Thru-only法

Thru pattern

Ys

Zs

Ys

Zs

本来含まれている伝送線路の成分を無視してしまっている。

プローブ間がとても近いため、電磁界的な結合が生じる。

6





L－2L法

𝑻𝑳 = 𝑻𝒍𝒑𝒂𝒅 x 𝑻𝑳𝑫𝑼𝑻 x 𝑻𝒓𝒑𝒂𝒅

𝑻𝟐𝑳 = 𝑻𝒍𝒑𝒂𝒅 x 𝑻𝟐𝑳𝑫𝑼𝑻 x 𝑻𝒓𝒑𝒂𝒅

𝑻𝑳 x 𝑻𝟐𝑳−𝟏 x 𝑻𝑳 = 𝑻𝒍𝒑𝒂𝒅 x 𝑻𝒓𝒑𝒂𝒅

余分な成分が含まれない。

コンタクトする位置を正確に決めなければならない。

7





精度評価の方法

理想的には、200μm, 300μm, 400μmそれぞれから求めたα,β,Q,Z0は全て一致するはずである。

ディエンベディングを行った結果から単位長さあたりのα,β,Q,Z0を求める。

① Open-short

② Thru-only

③ L-2L

200μm

300μm

400μm 400μm

300μm

200μm

200μm, 300μm, 400μmそれぞれから求めたα,β,Q,Z0の差の合計が小さいほど精度が良い。

8





Open-short法の結果

5

6

7

8

9

10

11

12

0 10 20 30 40 50 60 70

β/ω

[ra

d/m

m/G

Hz]

Frequency[GHz]

200μm

300μm

400μm

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70

Q

Frequency[GHz]

200μm

300μm

400μm

40

45

50

55

60

65

70

75

0 10 20 30 40 50 60 70

Z0

[Ω]

Frequency[GHz]

200μm

300μm

400μm

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0 10 20 30 40 50 60 70

α[d

B/m

m]

Frequency[GHz]

200μm

300μm

400μm

9





Thru-only法の結果

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 10 20 30 40 50 60 70

α[d

B/m

m]

Frequency[GHz]

200μm300μm400μmmodel

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70

Q

Frequency[GHz]

200μm

300μm

400μm

model

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

0 10 20 30 40 50 60 70

β/ω

[ra

d/m

m/G

Hz]

Frequency[GHz]


40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

0 10 20 30 40 50 60 70

Z0

[Ω]

Frequency[GHz]


10





L-2L法の結果

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60 70

α[d

B/m

m]

Frequency[GHz]


6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

0 10 20 30 40 50 60 70

β/ω

[ra

d/m

m/G

Hz]

Frequency[GHz]


0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60 70

Q

Frequency[GHz]


4045505560657075808590

0 10 20 30 40 50 60 70

Z0

[Ω]

Frequency[GHz]


11





誤差の評価@60GHz

Open-short Thru-only L-2L

Δ α [dB/mm] 0.16 0.11

Δβ/ω

[rad/mm/GHz] 0.9 0.3 0.2

Δ Q 3.7 1.4

Δ Z0 [Ω] 6.9 3.1 1.7

•各ディエンベディング方法によるα,β,Q,Z0の誤差をまとめる。

•各値の誤差が小さいL-2L法が、最も精度の良いディエンベディング方法であるといえる。

12





4段PAに適用した結果

0

5

10

15

20

25

30 40 50 60 70 80

Ga

in[d

B]

Frequency[GHz]

Thru-only

L-2L

Gain:1.5[dB] Peak freq:2.6[GHz]の差が生じた

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まとめ

• 伝送線路のモデリングを行うにあたり、ディエンベディング手法の違いが与える影響について評価した。

• ディエンベディング結果から、L-2L法が最も精度の良いものであった。

• 4段のPAに各手法でディエンベディングした伝送線路を適用したところ、Gainが最大となる周波数に2.6GHzの差が生じた。

• 2.6GHｚは、IEEE 802.11adの1ch(2.16GHz)を大きく上回るものであり、ディエンベディングによる差は無視できるものではない。

14





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