The system in package (SiP) is prevalent for mobile application due to its small system size and short development time. And highly diversified wireless standards demand more functional SiP which can support a number of wireless standards. But it is relatively hard to isolate digital signal and RF signal in SiP. Therefore, isolation method for RF signal is essential to guarantee system performance.
The power/ground nose is becoming a major problem in SiP as clock frequency and power consumption increase. The generated power/ground nose in the power/ground plane couples to a RF signal via when the RF signal path changes its reference plane. The power/ground nose coupling to RF signal traces causes problems for sensitivity and ultimately degrades the system performance. Therefore, the power/ground nose coupling to RF signal has to be suppressed to guarantee the system performance.
In order to suppress the power/ground nose coupling during the RF signal via transition, the RF signal via should be isolated from the noise propagation in power/ground plane. One of the methods to provide isolation is using EBG structures which are periodic structures that provide excellent suppression of noise above hundreds MHz where decoupling capacitors fail. Hence, the power/ground nose coupling is suppressed when signal via is surrounded by EBG structure.
In this research, narrow via pitch EBG structure with wide stopband and its analytical model for stopband prediction are proposed. The design approach was enabled by increasing the EBG density, which means increasing the number of EBG cells per unit area. And proposed EBG structures have small area and significantly extended noise isolation bandwidth compared to conventional EBG structures without additional thin film or high DK film. Although mushroom type EBG structures are used, the narrow via pitch EBG structure is vertically stacked, instead of 2-D planar disposition. And the power/ground nose coupling to a signal with narrow via pitch EBG structures are investigated in both single-ended and differential signal.
다양한 무선 기준들이 생겨나면서 하나의 시스템 안에 여러 개의 무선 기준들을 집적하기 위해 시스템 인 패키지(SiP)가 널리 쓰이고 있다. 그러나 고속력 동작을 위해 디지털 시스템의 동작 주파수와 파워소모가 증가하면서 전력접지 잡음은 SiP의 성능에 영향을 미치는 주요한 요소가 되고 있다. RF 신호선의 경우 보드에서 칩으로 연결되기 까지 비아를 거쳐야 하는데 이렇게 신호경로가 가지고 있는 레퍼런스면을 바꾸게 되면, 전력접지면에 존재하는 전력접지 잡음은 신호 비아로 전달된다. 신호선에 전달되 전력접지 잡음은 신호 수신도를 떨어트리고 결과적으로 시스템 전체의 성능을 저하시킨다.
그러므로 신호 비아에서 발생하는 전력접지 잡음의 커플링을 억제하기 위해서 신호 비아 주변의 잡음 전달은 억제되어야 한다. GHz 이상의 대역에서 널리 쓰이는 방법은 EBG (Electromagnetic Bandgap) 구조를 사용하는 것이다. EBG 구조는 구조물이 위치한 곳에서 일정주파수 대역에서 신호전달을 억제하는 기능을 한다. 그러나 기존의 EBG구조는 억제대역이 좁기 때문에 광대력의 디지털잡음으로부터 신호선을 충분히 보호할 수 없다.
이 연구에서 좁은 간격 비아 구조를 사용하여 넓은 억제대역을 가지는 EBG 구조를 제안하였으며, 제안된 구조의 억제대역을 예측할 수 있는 모델을 제안하였다. EBG 구조는 다층구조에서 신호비아 주변에 위치하여 전력접지 잡음의 전달을 막을 수 있도록 제안되었다. 그리고 얇은 필름이나 높은 DK 필름이 없이도 확연하게 넓은 억제대역 특성을 나타내고 있다. 기존 버섯타입의 EBG 구조가 평면적인 배치로 사용 되어 왔지만, 다층구조에 적합하도록 수직적인 EBG배열을 만들었다. 그리고 단일 신호선과 디퍼런셜 신호선 경우에 대하여 측정을 통하여 각각 효과를 검증하였다.