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ミリ波帯電力増幅器における発振安定性の検討

ミリ波帯電力増幅器における発振安定性の検討. ○ 松下 幸太 , 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. 発表内容. ・研究背景 ・電力増幅器概要 ・発振原因 - デカップリングキャパシタ - トランジスタ ・発振対策の一例 ・まとめ. 研究背景. ミリ波帯の中でも特に 60GHz 帯は低電力ならば世界的に無免許で使用することが可能. 5um. 　酸素と共振. [1] 総務省　電波利用 HP http://www.tele.soumu.go.jp/index.htm.

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ミリ波帯電力増幅器における発振安定性の検討

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Presentation Transcript

  1. ミリ波帯電力増幅器における発振安定性の検討ミリ波帯電力増幅器における発振安定性の検討 ○松下幸太,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

  2. 発表内容 ・研究背景 ・電力増幅器概要 ・発振原因 - デカップリングキャパシタ - トランジスタ ・発振対策の一例 ・まとめ K. Matsushita, Tokyo Tech

  3. 研究背景 ミリ波帯の中でも特に60GHz帯は低電力ならば世界的に無免許で使用することが可能 5um 　酸素と共振 [1] 総務省　電波利用HP http://www.tele.soumu.go.jp/index.htm [2] Rec. ITU-R P.676-2, Feb. 1997 電力増幅器 RF Front-end ミキサからの小さな信号を送信に十分な大きさまで増幅 K. Matsushita, Tokyo Tech

  4. 電力増幅器における発振 ・正帰還回路を設けていなくても、寄生素子によりフィードバックがかかり、発振の可能性 ・安定係数Kが1を下回ると発振の可能性がある ・低周波で起きる発振と高周波で起きる発振がある 安定係数 正帰還回路 K. Matsushita, Tokyo Tech

  5. モデリング 伝送線路モデル トランジスタモデル ・表皮効果の影響を考慮 ・スケーラブルモデル 減衰量α 提供モデル alpha[dB/mm] モデル回路 チップ写真 Frequency[GHz] 位相変化量β beta[deg/mm] 回路図 利得特性 Frequency[GHz] K. Matsushita, Tokyo Tech K. Matsushita, Tokyo Tech

  6. 電力増幅器　チップ写真 ・伝送線路によるマッチング ・シングルエンド4段PA ・省面積化のためにL字の伝送線路を使用 DC 920mm RFout 4th stage 160/0.06um 1st stage 40/0.06um 3rd stage 80/0.06um 2nd stage 60/0.06um RFin 1620mm K. Matsushita, Tokyo Tech

  7. 電力増幅器　実測結果 電力増幅器の利得 安定係数 (1を切ると発振) Stab.Fact. 問題点： 52.5GHz付近で発振してしまう 原因 ・モデルの誤差 -キャパシタ -プローブ -デカップリングキャパシタ -トランジスタ -伝送線路 ・モデル化できていないもの • GNDのインダクタンス　 K. Matsushita, Tokyo Tech

  8. デカップリングキャパシタ 線路の両側に短めのデカップリングCap.を配置することで高周波での使用を可能にした。 [1] T. Suzuki, et al., ISSCC 2008. [2] Y. Natsukari, et al., VLSI Circuits 2009. 長さを持つため、デカップリングキャパシタを特性インピーダンスの低い伝送線路のようにモデル化 K. Matsushita, Tokyo Tech

  9. Meas. Decup original Decup 1/2 発振の考察１ デカップリングの長さ • デカップリングを短くする • デカップリングが期待した性能を発揮できてない可能性がある。 • 短くすることでCが小さくなるため電源線部分でフィードバックが起きる。 低周波(5GHz付近)で安定性が悪くなることを確認 K. Matsushita, Tokyo Tech

  10. 発振の考察2 トランジスタの誤差 引き出し線:50mm 引き出し線:10mm Transistor Transistor 引き出し線 引き出し線 引き出し線10mm 引き出し線50mm ※測定結果からPADと線路をディエンベディング。 引き出し線が短いとプローブ同士の干渉が起き、測定誤差が出やすい K. Matsushita, Tokyo Tech

  11. 発振の考察2トランジスタの誤差 Meas. 引き出し線10mm 引き出し線50mm 新しいTr.モデルを4段電力増幅器に入れ込む インバンド(56GHz付近)で発振することを確認 トランジスタのフィードバック量の誤差が発振に大きく影響する事がわかった。 K. Matsushita, Tokyo Tech

  12. 発振対策の一例 w/o Res. w/o Cap. w/ Res. w/ Cap. ・抵抗の挿入 利得減少 Resistance 5 [W] MIM TL ・クロスカップルキャパシタ Capacitance10[fF] K. Matsushita, Tokyo Tech

  13. まとめ ・引き出し線の長さなど測定環境の差によって、トランジスタの測定結果に影響を与えることを示した。 ・測定誤差などによって変化するトランジスタのフィードバック量の誤差が60GHz帯では大きく発振に影響を及ぼす事を示した。 K. Matsushita, Tokyo Tech

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