GaAs MMIC상에서 주기적 접지구조를 가지는 결합선로의 절연특성에 관한 연구

Abstract

RF 기술의 발전과 함께 고집적의 디지털 회로와 RF 단말기 부분의 회로가 동일한 반도체 기판에 집적됨에 따라, 반도체 회로의 집적도가 높아지고 회로를 통과하는 신호의 주파수는 수∼수십 GHz 단위까지 높아지고 있다.

이에 따라 거리가 가까운 소자 혹은 선로간의 커플링이 가장 큰 문제로 대두되고 있으며, 집적도가 높은 배선부분을 통과하는 신호간의 커플링에 의한 회로의 오동작이 가장 큰 문제가 되고 있다. 특히 고주파 신호가 통과하는 RF용 신호 배선에서 발생하는 인접 선로 간 커플링은 무선통신회로의 오동작을 유발하는 가장 큰 요인이다. 따라서 본 논문에서는 주기적 접지구조를 사용함으로써 높은 절연특성을 가지는 마이크로스트립 선로 구조를 개발하였다. 그리고 등가회로를 통한 해석결과에 의하면 주기적 접지구조를 삽입한 선로구조의 양호한 절연특성은 기생 LC성분의 공진특성에 기인하였다.

측정결과에 의하면 주기적 접지구조를 삽입한 선로구조는 종래의 마이크로스트립 결합선로보다 훨씬 양호한 절연특성을 보여주었다. 구체적으로, T 가 5 μm 인 주기적 접지구조를 삽입한 구조의 경우, 선로간격 20 μm 만 취하여도 60 GHz 에서 -47 dB 의 절연특성을 얻을 수 있었으나, 기존의 결합선로의 경우 20 μm 의 선로간격에 대해 -8 dB 의 절연특성을 보여주었다. 기존의 마이크로스트립 결합선로의 경우, 60 GHz에서 동일한 절연특성을 얻기 위해서는 선로간격이 2000 μm 가 되어야 함을 알 수 있었다. 그리고 주기적 접지구조를 삽입한 선로구조의 공진 주파수는 오직 T 를 변화시킴으로써 쉽게 조절할 수 있었다. 상기 결과로부터 고집적 신호/바이어스 선로가 존재하는 RF 집적회로 상에 주기적 접지구조를 삽입한 선로구조가 고절연 배선으로써 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있으며, 주기적 접지구조를 삽입한 선로구조를 이러한 배선에 사용하면 선로 간 간격을 매우 좁게 취할 수 있어 RF 집적회로의 사이즈가 크게 축소될 수 있음을 알 수 있다.

In this study, using a periodical ground structure (PGS) on GaAs monolithic microwave integrated circuit (MMIC), transmission line with a high isolation characteristic was developed for application to compact signal/bias lines of highly integrated MMIC. And the origin of the high isolation characteristic was theoretically investigated. The high isolation characteristic was originated from a resonance between adjacent microstrip lines employing PGS. With only a spacing of 20 μm, the coupled microstrip line employing PGS showed an isolation value of -47 dB at 60 GHz. On the other hand, the conventional coupled microstrip line should be 2000 μm to obtain the same isolation characteristic with the PGS. The frequency range for high isolation was easily controlled by changing the PGS structure. Above results indicate that microstrip lines employing PGS are very useful for application to compact signal/bias lines of highly integrated MMIC requiring a high isolation characteristics between lines. In addition, equivalent circuit employing closed-form equation for the coupled line with PGS was also extracted.