KR100223030B1

KR100223030B1 - Impedance matching method of substrate through hole

Info

Publication number: KR100223030B1
Application number: KR1019960056396A
Authority: KR
Inventors: 김민건; 이창석; 이재진; 편광의
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1999-10-01
Also published as: KR19980037618A

Abstract

본 발명은 초고주파 집적회로의 배선에서 기판 통전 구멍의 외곽에 또 다른 접지 기판 통전 구멍을 추가하고, 상기 두 통전 구멍 간의 거리를 조절하여 두 통전 구멍 사이에 생기는 커패시턴스의 크기를 변화시켜 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 조절할 수 있는 기판 통전 구멍의 임피던스 정합 방법에 관해 개시된다.The present invention is characterized in that another grounding substrate energizing hole is added to the outside of the substrate energizing hole in the wiring of the microwave integrated circuit and the distance between the two energizing holes is adjusted to change the magnitude of the capacitance generated between the two energizing holes, A method of impedance matching of a substrate conductive hole capable of adjusting a characteristic impedance is disclosed.

Description

Method of impedance matching of substrate conductive hole

본 발명은 기판 통전 구멍의 임피던스 정합 방법에 관한 것으로, 특히 초고주파 집적회로의 배선에서 기판 통전 구멍의 외곽에 또 다른 접지 기판 통전 구멍을 추가하여 두 통전 구멍 사이의 거리를 조절하여 두 통전 구멍 사이에 생기는 커패시턴스의 크기를 변화시켜 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 조절할 수 있는 기판 통전 구멍의 임피던스 정합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of matching an impedance of a substrate current-carrying hole. More particularly, another grounding substrate current-carrying hole is added to the outside of a substrate current-carrying hole in a wiring of a very high frequency integrated circuit to adjust a distance between two current- To a method of matching the impedance of a substrate current-carrying hole in which the characteristic impedance of a substrate current-carrying hole can be adjusted by varying the magnitude of a generated capacitance.

초고주파 회로에 있어서, 단위 소자 간의 전기적인 연결을 위하여 사용되는 전송선들 중 마이크로 스트립 선은 작은 크기로 쉽게 구현할 수 있는 잇점으로 인해 하이브리드 집적회로의 인쇄회로 기판(PCB) 상이나 초고주파 모노리식 집적회로의 반도체 기판 상에서 빈번히 사용된다.Among the transmission lines used for electrical connection between the unit devices in the microwave circuit, the microstrip line can be easily mounted on a small size, so that it can be mounted on a printed circuit board (PCB) of a hybrid integrated circuit or a semiconductor of a very high frequency monolithic integrated circuit It is frequently used on substrates.

단위 소자간의 전기적인 연결을 위하여 사용되는 마이크로 스트립 선은 바닥이 접지된 기판의 윗면에 형성된 금속선으로, 그 특성 임피던스는 금속선의 인덕턴스 성분과 금속선과 접지 사이의 커패시턴스 성분으로 결정되며, 초고주파 신호의 원활한 전달을 위해 고려해야 할 중요한 특성이다. 신호가 전달될 때 전송선의 특성 임피던스가 같으면 반사되는 신호가 없이 잘 전달되나 불연속적인 부분이 있으면 이 부분에서 반사가 일어나 신호의 원활한 전달을 방해한다. 마이크로 스트립선이 기판의 통전 구멍을 통하여 전기적으로 연결될 때 기판 통전 구멍은 마이크로 스트립 선과는 그 형태가 달라 특성 임피던스의 차이가 생겨 신호의 반사가 일어나며, 이를 해결하기 위해서는 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 조절할 수 있는 방법이 필요하다.The microstrip line used for the electrical connection between the unit elements is a metal line formed on the upper surface of the grounded substrate and the characteristic impedance thereof is determined by the inductance component of the metal line and the capacitance component between the metal line and the ground, It is an important characteristic to consider for delivery. If the characteristic impedance of the transmission line is the same when the signal is transmitted, it is transmitted well without the reflected signal, but if there is a discontinuous part, the reflection occurs at this part and hinders the smooth transmission of the signal. When the microstrip line is electrically connected to the substrate through the conductive hole, the substrate conductive hole differs in shape from the microstrip line, resulting in a difference in characteristic impedance, resulting in signal reflection. To solve this problem, the characteristic impedance of the substrate conductive hole I need a way to be able.

따라서, 본 발명은 기판 통전 구멍의 외곽에 접지된 또 다른 기판 통전 구멍을 두고, 상기 두 기판 통전 구멍간의 거리를 조절하여 두 기판 통전 구멍 사이에 생기는 커패시턴스의 크기를 변화시켜 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 조절할 수 있는 기판 통전 구멍의 임피던스 정합 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in the present invention, another substrate conductive hole grounded on the outer periphery of the substrate conductive hole is provided, and the distance between the two substrate conductive holes is adjusted to change the magnitude of the capacitance generated between the two substrate conductive holes, Which can adjust the impedance of the substrate.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 통전 구멍의 임피던스 정합 방법은 기판 통전 구멍의 주위에 접지된 또 다른 기판 통전 구멍을 형성하여 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 조절할수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of matching an impedance of a substrate conductive hole, the method comprising: forming another substrate conductive hole grounded around a substrate conductive hole to adjust a characteristic impedance of the substrate conductive hole .

초고주파 집적회로의 배선에 있어서 빈번하게 사용되는 기판 통전 구멍의 특성 임피던스가 그 구조적인 차이로 인해 마이크로 스트립 선과 달라 전송 신호의 반사를 일으키는 데, 본 발명은 이를 해결하기 위하여 기판 통전 구멍을 마이크로 스트립 선과 유사한 구조로 변형시키고, 그 특성 임피던스를 조절할 수 있도록 하였다.In order to solve this problem, the characteristic impedance of the substrate conductive hole frequently used in the wiring of a microwave integrated circuit causes a reflection of a transmission signal different from a microstrip line due to its structural difference. In order to solve this problem, And the characteristic impedance thereof can be adjusted.

제1도는 마이크로 스트립 선의 사시도.Figure 1 is a perspective view of a microstrip line.

제2도는 제1도의 등가회로도.Figure 2 is an equivalent circuit diagram of Figure 1;

제3(a)도는 종래의 기판 통전 구멍의 평면도.Fig. 3 (a) is a plan view of a conventional substrate energizing hole; Fig.

제3(b)도는 제3(a)도에서 A-A'선을 따라 절취한 단면도.Figure 3 (b) is a cross-sectional view taken along line A-A 'in Figure 3 (a).

제4도는 제3(a)도의 기판 통전 구멍의 등가회로도.Fig. 4 is an equivalent circuit diagram of the substrate energizing hole in Fig. 3 (a). Fig.

제5(a)도는 본 발명에 따른 접지 기판 통전 구멍을 추가한 기판 통전 구멍의 평면도.FIG. 5 (a) is a plan view of a substrate current-carrying hole added with a grounding substrate energizing hole according to the present invention. FIG.

제5(b)도는 제5(a)도에서 A-A'선을 따라 절취한 단면도.5 (b) is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 5 (a).

제6도는 제5(a)도의 기판 통전 구멍의 등가회로도.FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a substrate current-carrying hole in FIG. 5 (a). FIG.

제7도는 전자기적 해석을 통해 구한 기판 통전 구멍의 임피던스의 특성을 입력단 산란계수(S11)로 나타낸 스미스 차트도.FIG. 7 is a Smith chart showing the characteristic of the impedance of the substrate current-feeding hole obtained through electromagnetic analysis as the input stage scattering coefficient S11. FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

501 : 상부 기판 502 : 하부 기판501: upper substrate 502: lower substrate

503 : 접지단 504, 505 : 마이크로 스트립 선503: Grounding stage 504, 505: Microstrip line

506, 507 : 통전 구멍 508 : 두 통전 구멍 사이의 거리506, 507: energizing hole 508: distance between two energizing holes

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 마이크로 스트립 선의 사시도로서, 기판(101)의 윗면에 금속선(103)이 놓이고, 기판(101)의 바닥면(102)은 접지되어 있는 구조이다.1 is a perspective view of a microstrip line in which a metal wire 103 is placed on the upper surface of the substrate 101 and a bottom surface 102 of the substrate 101 is grounded.

제2도는 마이크로 스트립 선의 등가회도로서, 직렬 인턱터(201)와, 상기 직렬 인덕터(201)의 양 끝에서 각각 병렬로 분기된 커패시터(202, 203)와, 상기 커패시터(202, 203)를 종단 시키는 접지단(204, 205)으로 구성되어 있다. 금속선의 저항에 의한 손실이나 금속선에서 기판을 통한 접지단으로의 손실을 무시할 경우, 마이크로 스트립 선은 금속선에 의한 인덕턴스 성분(L)(202)과 금속선과 접지간의 커패시터스 성분(C)(203)이 반복적으로 분포되어 있는 형태를 나타내며, 그 특성 임피던스(Zo)는 Zo=(L/C)^-1/2로 주어진다.2 is an equivalent circuit diagram of a microstrip line, which includes a series inductor 201, capacitors 202 and 203 branched in parallel at both ends of the series inductor 201, and capacitors 202 and 203 that terminate the capacitors 202 and 203 And ground terminals 204 and 205, respectively. (L) 202 due to the metal wire and the capacitance component (C) 203 between the metal wire and the ground are neglected, regardless of the loss due to the resistance of the metal wire or the loss from the metal wire to the ground terminal through the substrate. And the characteristic impedance Zo thereof is given by Zo = (L / C) - ^1/2 .

마이크로 스트립 선으로 신호가 전달될 때 특성 임피던스가 같으면 반사되는 신호 없이 잘 전달되지만 특성 임피던스가 달라지는 지점에서는 반사가 일어난 신호의 손실을 가져온다.When a signal is transmitted to a microstrip line, if the characteristic impedance is the same, it is transmitted without a reflected signal, but at a point where a characteristic impedance changes, a loss of the reflected signal is caused.

복잡한 회로의 구현을 위해 다층 기판을 사용할 경우에는 기판의 통전 구멍을 이용한 배선의 설계가 필요하다.When a multi-layer substrate is used for the implementation of a complicated circuit, it is necessary to design the wiring using the current-carrying holes of the substrate.

제3(a)도는 종래의 기판 통전 구멍의 평면도로서, 제3(b)도의 단면도를 참조하여 동작을 설명하면 다음과 같다.3 (a) is a plan view of a conventional substrate current-carrying hole, and the operation thereof will be described with reference to a cross-sectional view of FIG. 3 (b).

상부 기판(301)과 그 아래에 놓인 하부 기판(302) 사이에 형성된 접지단(303)과, 상부 기판(301)에 형성된 마이크로 스트립선(304)과, 하부 기판(302)에 형성된 마이크로 스트립선(305)과, 상기 두 마이크로 스트립선(304 및 305)을 전기적으로 연결하기 위한 기판 통전 구멍(306)으로 구성된다.A ground terminal 303 formed between the upper substrate 301 and the lower substrate 302 placed thereunder, a microstrip line 304 formed on the upper substrate 301 and a microstrip line 304 formed on the lower substrate 302. [ And a substrate conductive hole 306 for electrically connecting the two microstrip lines 304 and 305 to each other.

제4도는 종래의 기판 통전 구멍의 등가회로도로서, 기판 통전 구멍의 내벽을 형성하는 금속막과 평행한 접지단이 없기 때문에, 금속막과 접지단 사이의 정전 용량(C)이 무시될 수 있을 정도로 작아 금속막에 의한 인덕턴스 성분(401)만이 나타나게 된다. 이러한 이유로 기판 통전 구멍의 특성 임피던스가 마이크로 스트립 선과 달라 통전 구멍과 마이크로 스트립 선이 만나는 지점에서는 신호의 반사가 생기게 된다.FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a conventional substrate current-carrying hole. Since there is no ground terminal parallel to the metal film forming the inner wall of the substrate current-carrying hole, the capacitance C between the metal film and the ground terminal is negligible Only the inductance component 401 due to the metal film is small. For this reason, the characteristic impedance of the substrate current-carrying hole is different from that of the microstrip line, and the signal is reflected at the point where the current conducting hole and the microstrip line meet.

제5(a)도는 본 발명에 따른 접지 기판 통전 구멍을 추가한 기판 통전 구멍의 평면도로서, 제5(b)도의 단면도를 참조하여 동작을 설명하면 다음과 같다.5 (a) and 5 (b) are plan views of a substrate current-carrying hole added with a grounding substrate energizing hole according to the present invention, and the operation will be described with reference to a cross-sectional view of FIG. 5 (b).

상부 기판(501)과 그 아래에 놓인 하부 기판(503)과, 두 기판의 중간층에 형성된 접지단(503)과, 상기 상부 기판(501)에 형성된 마이크로 스트립선(504)과, 상기 하부 기판(503)에 형성된 마이크로 스트립 선(505)과, 상기 두 마이크로 스트립선(504 및 505)을 전기적으로 연결하기 위한 기판 통전 구멍(506)과, 접지단(503)으로 접지된 또 다른 기판 통전 구멍(507)으로 구성되어 있다.A lower substrate 503 disposed under the upper substrate 501 and a ground terminal 503 formed on an intermediate layer of the two substrates; a microstrip line 504 formed on the upper substrate 501; 503 formed on the substrate 503 and a substrate conductive hole 506 for electrically connecting the two microstrip lines 504 and 505 and another substrate conductive hole 504 grounded to the ground terminal 503 507).

이와 같이 기판 통전 구멍(506)의 주위에 접지된 또 다른 기판 통전 구멍(507)이 있을 경우, 이들간에 커패시턴스 성분이 생기게 되어 마이크로 스트립 선과 유사한 특성을 보이게 된다.When there is another substrate current-carrying hole 507 which is grounded around the substrate current-carrying hole 506 as described above, a capacitance component is generated between the substrate current-hole 507 and the substrate, and the characteristics similar to the microstripe line are exhibited.

제6도는 본 발명의 접지 기판 통전 구멍을 추가한 기판 통전 구멍의 등가회로도이다. 직렬 인턱터(601)와, 이 인덕터의 양 끝에서 각각 병렬로 분기된 커패시터(602 및 603)와, 이 커패시터를 종단시키는 접지단(604 및 605)으로 구성되어 있다.FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a substrate current-carrying hole added with a ground-substrate current-carrying hole according to the present invention. Capacitors 602 and 603 branched in parallel at both ends of the inductor, and ground terminals 604 and 605 for terminating the capacitor.

재5(b)도는 본 발명의 접지 기판 통전 구멍을 추가한 기판 통전 구멍의 단면도에서, 두 기판 통전 구멍(506 및 507)사이의 거리(508)를 변화시켜 두 기판 통전 구멍간에 생기는 커패시턴스를 변화시킴으로써 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 변화시킬 수 있다.5 (b) is a sectional view of the substrate current-carrying hole added with the ground-substrate energizing hole according to the present invention, the distance 508 between the two substrate energizing holes 506 and 507 is changed so that the capacitance generated between the two substrate- The characteristic impedance of the substrate current-carrying hole can be changed.

제7도는 전자기적 해석을 통해 구한 기판 통전 구멍의 임피던스의 특성을 입력단 산란계수(S11)로 나타낸 스미스 챠트이다. 주파수 10GHz에서, B1은 종래의 기판 통전 구멍에 대한 전자기적 해석 결과이다. B2는 본 발명의 접지 기판 통전 구멍을 추가한 기판 통전 구멍에서 두 구멍간의 거리가 200㎛인 경우이다. B3은 두 구멍간의 거리가 150㎛인 경우인데, 접지 기판 통전 구멍을 추가하여 원래의 기판 통전 구멍과의 거리를 변화시킴에 따라 마이크로스트립선의 임피던스 특성이 변화함을 알 수 있다. 결론적으로, 본 발명의 접지 기판 통전 구멍을 추가한 기판 통전구멍에서, 기판 통전 구멍과 접지 기판 통전 구멍간의 거리를 조절하여 집지 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 변화시킬 수 있으며, 이를 통하여 마이크로 스트립선과 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 일치시킬수 있어 전달 신호의 손실을 최소화 할수 있다.FIG. 7 is a Smith chart showing the characteristic of the impedance of the substrate current-feeding hole obtained through electromagnetic analysis as the input stage scattering coefficient S11. At a frequency of 10 GHz, B1 is a result of electromagnetic analysis for a conventional substrate current-carrying hole. B2 is a case where the distance between the two holes in the substrate conductive hole to which the ground substrate conductive hole of the present invention is added is 200 mu m. B3 is the case where the distance between the two holes is 150 mu m. It can be seen that the impedance characteristic of the microstrip line changes as the distance from the original substrate current-carrying hole is changed by adding the grounding substrate energizing hole. Consequently, in the substrate current-carrying hole added with the ground-substrate current-carrying hole of the present invention, the characteristic impedance of the current-carrying substrate hole can be changed by adjusting the distance between the substrate current-carrying hole and the ground- The characteristic impedance of the current-carrying holes can be matched and the loss of the transmission signal can be minimized.

본 발명의 접지 기판 통전 구멍이 추가된 기판 통전 구멍은, 초고주파 집적회로의 배선에 사용되는 마이크로 스트립 선과 연결된 기판 통전 구멍에 있어서, 마이크로스트립선과 기판 통전 구멍간의 특성 임피던스의 차이로 인해 생기는 전송 신호의 반사를 막기 위하여, 기판 통전 구멍의 주위에 또 다른 접지된 기판 통전 구멍을 두어 이 두 구멍 사이에 커패시턴스 성분이 생기게 하여 마이크로 스트립선과 유사한 전기적인 등가회로 모델 구조를 갖게 하고, 두 기판 통전 구멍 사이의 거리를 변화시켜 두 기판 통전 구멍간의 커패시턴스 성분을 조절하여 마이크로 스트립선과 같은 특성 임피던스를 갖게 한다.The substrate conductive hole to which the grounding substrate conductive hole of the present invention is added is formed in the substrate conductive hole which is connected to the microstrip line used for wiring of the microwave integrated circuit and which has the characteristic impedance of the transmission signal caused by the difference in characteristic impedance between the microstrip line and the substrate conductive hole In order to prevent reflection, another grounded substrate energizing hole is formed around the substrate energizing hole so that a capacitance component is generated between the two holes, thereby providing an electrically equivalent circuit model structure similar to a microstrip line. The distance is changed to adjust the capacitance component between the two substrate current-carrying holes to have the same characteristic impedance as the microstrip line.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 기판 통전 구멍의 주위에 접지된 또 다른 기판 통전 구멍을 두어 기판 통전 구멍의 특성 임피던스를 정확하게 조절함으로써, 배선에 의한 임피던스의 부정합을 최소화하여 회로의 성능을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to improve the performance of a circuit by minimizing impedance mismatch caused by wiring by providing another substrate conductive hole grounded around the substrate conductive hole to precisely adjust the characteristic impedance of the substrate conductive hole There is an excellent effect.

Claims

A method for impedance matching of a substrate conductive hole connected to a microstrip line used for wiring of a microwave integrated circuit, comprising the steps of: forming another substrate conductive hole which is grounded around the substrate conductive hole to adjust the characteristic impedance of the substrate conductive hole And the impedance matching of the substrate conductive hole is performed.