[논문]온칩 인덕터의 필드 솔버 기반의 패드 효과 디임베딩 방법 연구

유영길; 이한영

온칩 인덕터의 필드 솔버 기반의 패드 효과 디임베딩 방법 연구
A study on the Field Solver Based pad effect deembedding technique of on-chip Inductor 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.44 no.7 = no.361, 2007년, pp.96 - 104

유영길 (대림대학 전자정보통신계열) , 이한영 (대림대학 전자정보통신계열)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 필드 솔버와 회로 시뮬레이션을 통한 온 칩 인덕터의 패드 및 주변 그라운드의 디임베드 방법을 설명하였으며, 필드 솔버의 결과와 회로 시뮬레이션을 통한 디임베드 방법은 각각 측정 결과와 메트리스 연산 결과와 비교하여 검증하였다. 또한 디임베드 된 인덕터의 모델을 적용한 LNA 설계하고 제작하였으며 제작한 LNA의 결과는 측정 결과와 비교하여 디임베드를 적용하였을 때 2.5GHz 이상의 대역에서 보다 측정치에 접근함을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 회로 시뮬레이션을 통한 디임베드 방법은 다른 수동 온칩 소자의 소자값을 얻는 데 손쉽게 사용될 수 있는 방법이며 이를 적용하여 보다 정확한 RFIC(radio frequency integrated circuit) 회로 설계가 가능할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the field solver based deembedding technique for the on-chip inductors to deembed the pad and surrounding ground effect was described, and the results from field solver based deembedding techniques and measurement based matrix calculation method were compared. In addition, LNA circuit is designed by using deembedded inductors and fabricated by using standard $0.25{\mu}m$ CMOS process, in the range over the 2.5GHz it shows the good agreements between measurement and simulation results when the proper deembedding was adapted. Supposed deembedding techniques can be used to get the pure on-chip devices's values and adapted to design accurate RFIC circuit design.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 온칩 인덕터의 정확한 모델링을 위하여 패드 및 주변 그라운드 영향을 디임베드하여 인덕터만의 정확한 모델을 추출하는 방법을 제시하고 이 방법을 제작된 LNA의 측정 결과와 비교하여 검증하였다.
본 논문에서는 이보다 간편하고 추가적인 측정을 배제한 디임베딩 방법을 제안하였으며 아래와 같은 과정으로 수행할 수 있다. 우선 전체 인덕터의 S-파라미터는 측정 또는 3차원 필드 솔버인 HFSS를 이용하여 구한다.

제안 방법

n-i절에 설명하였다. 두 번째 방법은 나선형인 덕터 부분을 개방 및 단락한 상태로 측정한 값과, 인덕터 부분까지 포함한 전체를 측정한 값을 이용해 연산을 하는 방법이며 口-2절에 설명하였다. 그러나 첫 번째 방법은 기생성분을 정확히 예측하기 어렵다는 문제가 있으므로 수식적으로 가능하지만 현실적으로 사용할 수 없는 방법이며 두 번째 방법은 나선형 인덕터 외에 개방 회로 패턴과 단락 회로 패턴을 따로 제작하여 측정하여야 하므로 비용이 많이 들게 된다.
회로도를 그림 15에 나타낸다. 디임베드 인덕터의 결과를 적용하여 설계한 LNA 회로는 검증을 위해 표준 0.25pm CMOS 공정으로 제작되었으며, S-파라미터를 측정하기 위하여 Agilent사의 8510C Vector Network Analyzer, N 8975A Noise Figure Analyzer, N 4483A Noise Parameter, RF Probe, Bias Probe, Bias Tee, Microwave Probe Station, Power supply 를 사용하였다.
레이아웃 패턴으로부터 HI0S 를 이용하여 S-paramter를 구하였으며, 개방 패턴 및 단락 패턴의 결과를 회로 시뮬레이션을 이용한 디임베딩 방법에 대입하여 디임베드된 인덕터의 결과를 얻었다.
본 논문에서는 제안된 필드 솔버와 회로 시뮬레이션에 의한 인덕터의 디임베딩 방법을 검증하기 위하여 인덕터의 HFSS 해석 결과와 측정 결과를 비교하고, 회로시뮬레이션에 대입하여 디임베딩 하는 방법과 직접 매트리스 연산을 통해 계산한 결과를 비교하였다. 또한 제작한 LNA 결과를 통해 인덕터의 디임베딩을 적용한 설계가 보다 정확한 결과를 나타냄을 확인하였다.
증폭기의 정합회로나 발진기의 공진회로 내부에 나선형 인덕터가 배선될 때에는 그림 3의 프로빙 패드 및 주변 그라운드는 뺀 상태로 배선이 되므로 이 부분에 대해 적절한 디임베딩을 수행되어야만 정확한 정합회로및 공진회로를 설계하는데 측정한 인덕터의. 값을 이용할 수 있게 된다.

대상 데이터

입출력 단의 좋은 아이솔레이션을 위해 2단 LNA로 설계하였다. 제작된 LNA의 칩 크기는 가로 1040pm, 세로 1020皿1이다. 그림 17(a)은 실제 제작한 LNA의 S21[dB] 측정 결과를 나타내며, 여기에서 원형점선으로 표시된 결과는 실제 측정된 LNA의 이득이다.

이론/모형

우선 전체 인덕터의 S-파라미터는 측정 또는 3차원 필드 솔버인 HFSS를 이용하여 구한다. 그리고 더미 개방 패턴 및 단락 패턴의 S-파라미터는 HFSS를 이용하여 구한다. 측정 또는 HFSS 시뮬레이션을 통해 구한 전체 인덕터의 s-파라미터와 HFSS 시뮬레이션을 통해 구한 개방 패턴 및 단락 패턴의 S-파라미터는 그림 7의 회로도에 각각 연결시킨다.
수행할 수 있다. 우선 전체 인덕터의 S-파라미터는 측정 또는 3차원 필드 솔버인 HFSS를 이용하여 구한다. 그리고 더미 개방 패턴 및 단락 패턴의 S-파라미터는 HFSS를 이용하여 구한다.

성능/효과

한 후의 결과를 비교한 그래프이다. 각각의 결과로부터 패드 및 주변 그라운드를 제거한, 즉 디임베드된 인덕터의 결과는 인덕터스의 경우 크게 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 이는 패드 및 주변 그라운드의 인덕턴스 값이 크지 않음을 알 수 있다.
2dB 까지 차이가 남을 확인하였다. 또한 이 결과는 제작한 LNA의 측정 결과와 비교하여 2.5GHz 이상의 대역에서 S21 이 2dB 이내로 일치함을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 회로 시뮬레이션을 통한 디임베드 방법은 다른 수동 온칩 소자의 소자 값을 얻는 데 손쉽게 사용될 수 있는 방법이며 이를 적용하여 보다 정확한 RFIC 회로 설계가 가능할 것으로 사료된다.
또한 제작한 LNA 결과를 통해 인덕터의 디임베딩을 적용한 설계가 보다 정확한 결과를 나타냄을 확인하였다.
본 논문에서는 필드 솔버와 회로 시뮬레이션을 통한 온 칩 인덕터의 패드 및 주변 그라운드의 디임베드 방법을 설명하였으며, 필드 솔버의 결과와 회로 시뮬레이션을 통한 디임베드 방법은 각각 측정 결과와 매트리스연산 결과와 비교하여 검증하였으며 디임베딩을 적용한 시뮬레이션 결과는 GSG 패드의 영향으로 디임베딩을 적용하지 않은 시뮬레이션 결과에 비해 4GHz에서 S21이 2dB 까지 차이가 남을 확인하였다. 또한 이 결과는 제작한 LNA의 측정 결과와 비교하여 2.
5GHz 이상에서는 시뮬레이션 상으로 그림 17(b)에 나타낸 디임베딩에 의해 S21 이 4GHz에서 2dB까지 차이가 나게됨을 볼 수 있다. 이 결과는 실험치에 가까운 쪽으로 근접하게 됨을 알 수 있으며 이 결과로부터 인덕터의 패드 및 주변 그라운드 효과가 2.5GHz 이상의 대역에서는 S21 결과에 영향을 미침을 알 수 있다. 그러므로 2.
이로부터 제안된 필드 솔버와 회로 시뮬레이션을 통해 디임베드하는 방법은 매우 간편하게 인덕터의 디임베드된 값을 얻을 수 있는 방법이며, 디임베드된 인덕터의 결과를 이용하여 증폭기의 정합회로나 발진기의 공진회로 설계에 바로 이용할 수 있게 된다.
결과 및 측정결과의 비교이다. 이로부터 필드 솔버를 이용한 해석을 통해 측정값과 근사한 인덕터의 결과 값을 얻을 수 있음을 확인하였다. 그림 14는 동일한 인덕터에 대해 식(3)~식(8)을 이용해 직접 매트리스 계산을 통해 디임베딩한 결과와 이장에서 설명한 회로 시뮬레이션을 통해 디 임베딩하는 방법에 의해 디임베드된 결과를 나타낸 것이다.
그림 14는 동일한 인덕터에 대해 식(3)~식(8)을 이용해 직접 매트리스 계산을 통해 디임베딩한 결과와 이장에서 설명한 회로 시뮬레이션을 통해 디 임베딩하는 방법에 의해 디임베드된 결과를 나타낸 것이다. 이를 통해 회로 시뮬레이션을 통한 디임베딩하는 방법과 직접 매트리스 계산을 통해 구한 결과가 동일함을 확인할 수 있다.

후속연구

5GHz 이상의 대역에서 S21 이 2dB 이내로 일치함을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 회로 시뮬레이션을 통한 디임베드 방법은 다른 수동 온칩 소자의 소자 값을 얻는 데 손쉽게 사용될 수 있는 방법이며 이를 적용하여 보다 정확한 RFIC 회로 설계가 가능할 것으로 사료된다.

참고문헌 (8)

T. Manku, 'Microwave CMOS-devices and circuits,' Proc. Of the IEEE 1998. Custom integrated Circuits Conference, pp. 59-66
C. Patrick Yue, and S. Simon Wong, 'Physical Modeling of Spiral Inductors on Silicon', IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 47, No. 3, pp. 560-568, MARCH., 2000

상세보기
Hyunjin Lee, Joonho Gil, Jeong-hu Han, and Hyungcheol Shin, 'Optimization of spiral inductors on silicon substrate,' IDEC Conference 2002 Summer, pp. 49-52, 2002
C. Patrick Yue 'A physical model for planar spiral inductors on silicon' in IEDM Tech. Dig., San Francisco, CA, Dec., 1996, pp. 155-158
'RF MOS Measurement', by Franz Sischkaand Thomas Gneiting, World Scientific
'Layout Rules for GHz-Probing', Application Note from Cascade Microtech
Harmonica Reference Volume', User's Manual of Serenade 8.71 from Ansoft Corporation
'Harmonica Element Library', User's Manual of Serenade 8.71 from Ansoft Corporation

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증