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ミリ波帯カスコード回路における MAG および安定性の改善

ミリ波帯カスコード回路における MAG および安定性の改善. ○瀬尾 有 輝 , ト 慶 紅 , 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. 背景・目的 ゲインブーストカスコード 従来手法，提案手法 シミュレーション結果 MAG ，安定係数 結論・課題. 背景・目的. 60GHz 帯の特徴.  伝搬中の減衰が大きい.  幅広い帯域を無免許で利用　 可能. 7 [ Gbps / Ch ](16QAM). 近 距離用高速無線通信 への利用が期待される. 10.6 [Gbps/Ch](64QAM).

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ミリ波帯カスコード回路における MAG および安定性の改善

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Presentation Transcript

  1. ミリ波帯カスコード回路におけるMAGおよび安定性の改善ミリ波帯カスコード回路におけるMAGおよび安定性の改善 ○瀬尾 有輝, ト 慶紅, 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 • 背景・目的 • ゲインブーストカスコード • 従来手法，提案手法 • シミュレーション結果 • MAG，安定係数 • 結論・課題 Y.Seo, Tokyo Tech

  3. 背景・目的 60GHz帯の特徴 伝搬中の減衰が大きい  幅広い帯域を無免許で利用　 可能 7 [Gbps/Ch](16QAM) 近距離用高速無線通信 への利用が期待される 10.6 [Gbps/Ch](64QAM) IEEE 802.11ad • ミリ波帯での利得向上を目的に，ゲインブーストを用いたカスコード回路が提案されている 安定性が劣化 ゲインブーストカスコードにおいて，安定性を改善しつつ更なる利得の向上 Y.Seo, Tokyo Tech

  4. ゲインブーストカスコード(従来回路)  Cgsを打ち消すことで利得が向上  Lを大きくすることで利得が向上  Lを大きくすると安定性が劣化 [1] A. Niknejad, et al., mm-Wave Silicon Technology 60GHz and Beyond, Springer. 2007. [2] H. Hsieh, et al, IEEE RFIC, Jun. 2011.  大きなLを使えず利得向上に限界

  5. ゲインブーストカスコード(提案回路)  抵抗Rを加えることで 安定性の改善 L→大による安定性の劣化の補償  Lを大きくし更なる 利得の向上

  6. 安定係数の計算式 Lを大きくすると安定係数 Kは小さくなる Rを大きくすると安定係数Kは大きくなる

  7. 安定係数 R=0 R=10 R=50 R=100 抵抗無しに比べてより高いインダクタを利用可能 　　　　　　　　　さらなる利得の向上が期待

  8. MAG(最大電力利得) • 抵抗を大きくするとMAGは小さくなってしまう • インダクタを絞って設計 85 pH (抵抗補償なしでも安定性劣化小さい) 260 pH (補償しなければ劣化が激しい)

  9. 最小安定係数(>1GHz) • 整合をとったときに安定係数が1を超える(絶対安定領域)と想定した場合の評価基準として0以上を設定 • 85 pHでは常に安定係数が0を超えている • 260 pHではおよそ40 Ωで安定係数を0以上に改善 Y.Seo, Tokyo Tech

  10. 最小安定係数 vs. MAG@60GHz • Lを大きくすることでMAGが向上 • Rを大きくすることで安定性の改善 提案回路 R=40～ R=0 従来回路 R=0 従来回路 Y.Seo, Tokyo Tech

  11. レイアウト • M1のドレインとM2のソース間， M2とインダクタ間の配線を最短にすることで寄生成分を小さくする Common Source & Common Gate 100um G 120um 10um D G D S M2 S M1 20um 100um Y.Seo, Tokyo Tech

  12. 結論・課題 • 結論 • ゲインブーストカスコード回路におけるMAGおよび安定性の改善について検討 • インダクタだけでなく抵抗も加えることで安定性を改善し，更なる利得の向上を確認 • 従来回路に対して提案回路では2.3 dBの利得の向上を達成 • 課題 • NFおよび線形性の解析 Y.Seo, Tokyo Tech

  13. ご清聴ありがとうございました Y.Seo, Tokyo Tech

  14. C TL Tr curve T-Junction MIM TL RF PAD 独自PDK(ADS) タイルベースのレイアウトを使用 5mm pitch Y.Seo, Tokyo Tech

  15. StabFact.@260pH R大 Y.Seo, Tokyo Tech

  16. StabFact.@Valley L=260 pH • L=260 pHにおいて安定係数の谷の部分をプロット． • 抵抗値が70 Ωのとき，安定係数が0.5を超える． Y.Seo, Tokyo Tech

  17. MAG，安定係数 85 pH 260 pH

  18. Calculation of Vgs If: There are still have which affect the voltage dropped in Cgs. It is difficult to get the relationship of Y.Seo, Tokyo Tech

  19. Cascode NF calculation Gain-boost Cas. with R Gain-boost Cas. Common Cas. Assume: Y.Seo, Tokyo Tech

  20. Cascode NF calculation [2] @60 GHz Appropriate selection the inductance can improve the NF Y.Seo, Tokyo Tech

  21. Linearity calculation Linearity become worse as the inductance added Y.Seo, Tokyo Tech

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