(57)【要約】【課題】本発明は、増大された測定帯域幅、すなわち＞４ＧＨｚの測定帯域幅を達成する電気信号線（１４）の周波数の関数としてＳパラメータを測定することによって特徴的な線パラメータを決定するための測定機構に関する。【解決手段】これを達成するために、試験対象の電気信号線は、一方の側をグランドに接続され、反対側を開放したままにした数本の近接信号線（１２）を交互に有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号線である測定線（１４）の周波数の関数として散乱パラメータ（Ｓパラメータ）を測定することによって、特徴的な線パラメータを決定するための測定装置であって、前記測定線は数本の近接信号線（１２）を有し、前記測定線（１４）および前記近接信号線（１２）はそれぞれ第１の端部と第２の端部とを有し、
各近接信号線（１２）の一方の端部が低インピーダンスによって終端され、各近接信号線（１２）の他方の端部が高インピーダンスによって終端されることで、すべての近接信号線（１２）の前記第１の端部および前記第２の端部がそれぞれ低インピーダンスおよび高インピーダンスによって終端され、第１の端部または第２の端部において低インピーダンスを有する近接信号線（１２）の数は、第１の端部または第２の端部において高インピーダンスを有する近接信号線（１２）の数と等しいか、またはほぼ等しいことを特徴とする、測定装置。
【請求項２】
前記低インピーダンスは、クローズド・エンド線（グランドに接続）によって形成され、前記高インピーダンスは、オープン・エンド線によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記測定線（１４）は、平面配列であり、前記近接信号線（１２）は、前記測定線（１４）に対する面内で配線パターン体で配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定線（１４）は、平面配列であり、前記近接信号線（１２）は、前記測定線（１４）に対する面内で平行配列で配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項５】
互いに直接隣接して配列された近接信号線（１２）は、それらの第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるインピーダンスを有することを特徴とする、請求項１から４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記測定線（１４）の両側の近接信号線（１２）の数は等しいことを特徴とする、請求項１から５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記測定線（１４）に直接隣接して配列された前記近接信号線（１２）は、それらの第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるインピーダンスを有することを特徴とする、請求項１から６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記測定線（１４）に直接隣接して配列された前記近接信号線（１２）は、それらの第１の端部および第２の端部においてそれぞれ同一のインピーダンスを有することを特徴とする、請求項１から６に記載の測定装置。
【請求項９】
前記測定線（１４）および前記近接信号線（１２）は、多層チップ（１０）内の信号線であり、２つの隣接層間の前記信号線の方向は、９０°回転されており、前記測定線（１４）およびその近接信号線（１２）は、同一層の測定層内に平行配列で配列されており、前記測定層に隣接する層内の信号線である近接層線（２０）は、その第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるインピーダンスを有する平行配列で配列されていることで、すべての近接層線（２０）の前記第１および第２の端部は、それぞれ低インピーダンスおよび高インピーダンスによって終端されており、第１の端部または第２の端部に低インピーダンスを有する近接層線（２０）の数は、第１の端部または第２の端部に高インピーダンスを有する近接層線（２０）の数と等しいか、またはほぼ等しいことを特徴とする、請求項１から８に記載の測定装置。
【請求項１０】
互いに直接隣接して配列された近接層線（２０）は、それらの第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるインピーダンスを有することを特徴とする、請求項９に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記測定線（１４）および前記近接信号線（１２）は、束として配列されることを特徴とする、請求項１および２に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記束の仮想断面領域において、低インピーダンスおよび高インピーダンスの前記近接信号線（１４）の端部は、それぞれ、同一またはほぼ同一に配列されることを特徴とする、請求項１１に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号線の周波数の関数として散乱パラメータ（Ｓパラメータ）を測定することによって特徴的な線パラメータを決定するための測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
すべてのパッケージング・レベルでのモデル対ハードウェアの相関性の測定は、今日の高性能コンピュータの開発プロセスにおいて不可欠である。時間および周波数領域における互いに異なる測定手法には、互いに異なる測定設定および試験箇所設計が必要とされる。試験箇所に対する要求の一つに、製品と等価であることが挙げられる。したがって、チップ上の送信線は、チップ上のすべての金属層内で分布された電源およびグランド配線など、製品内で測定される必要がある。加えて、単一の送信線だけでなく、配線チャンネル用途などの製品と共に測定することが目的である。これは、チップ上の実際の信号結合状態および上部金属層と半導体基板との間の金属層の遮蔽効果を表現するのに不可欠である。
【０００３】
既知の測定手法は、いわゆるＳパラメータ測定と称されるものであり、ヅィンケ／ブルンツヴィグ（Ｚｉｎｋｅ／Ｂｒｕｎｓｗｉｇ）、「Ｌｅｈｒｂｕｃｈ  ｄｅｒ  Ｈｏｃｈｆｒｅｑｕｅｎｚｔｅｃｈｎｉｋ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ‐Ｖｅｒｌａｇ，１９８９年を参照されたい。Ｓパラメータは、ｎ個のポートのネットワークの反射および伝送係数である。例えば単一の送信線に相当するのは、２×２のＳパラメータ行列によって特徴付けられる２ポートネットワークである。
【０００４】
２ポート・ネットワークは、以下の関係によって説明される。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
式中、Ｓ１１，Ｓ２２，Ｓ１２，およびＳ２１はＳパラメータであって、すなわち、
Ｓ１１＝一致した負荷によって出力ポートが終端された入力反射係数、
Ｓ２２＝一致した負荷によって入力が終端された出力反射係数、
Ｓ１２＝一致した負荷によって入力ポートが終端された逆（挿入）利得、
Ｓ２１＝一致した負荷によって出力ポートが終端された順（挿入）利得であり、
変数ａ１，  ａ２およびｂ１，  ｂ２は、２ポート・ネットワークの第１および第２のポートに対してから入射およびそこから反射された複素電圧波である。
【０００７】
本件の場合、Ｓパラメータ測定が有利な測定手法であるのは、Ｓパラメータが他の種類のパラメータよりも高周波数で測定および作用しやすいからである。
【０００８】
さらに、特徴的なインピーダンスＺ（ｆ）または伝播定数γ（ｆ）などの他の特徴的な周波数依存の線パラメータをＳパラメータ測定から抽出するための異なる方法が最新技術において既知であり、これらのパラメータは、Ｓパラメータ測定から容易に取得することができる。トーマス‐マイケル・ウィンケル（Ｔｈｏｍａｓ‐Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｗｉｎｋｅｌ），ロヒット・サーガー・デュッタ（Ｌｏｈｉｔ  Ｓａｇａｒ  Ｄｕｔｔａ），ハルムート・グラビンスキ（Ｈａｒｍｕｔ  Ｇｒａｂｉｎｓｋｉ）、「Ａｎ  Ａｃｃｕｒａｔｅ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｏｆ  Ｌｏｓｓｙ  Ｌｉｎｅｓ  ｏｎ  Ｃｈｉｐｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓ‐Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、ＩＥＥＥ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ＭＣＭＣ’９６、１９０〜１９５頁、１９９６年２月、トーマス‐マイケル・ウィンケル（Ｔｈｏｍａｓ‐Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｗｉｎｋｅｌ），「Ｕｎｔｅｒｓｕｃｈｕｎｇ  ｄｅｒ  Ｋｏｐｐｌｕｎｇ  ｚｗｉｓｃｈｅｎ  Ｌｅｉｔｕｎｇｅｎ  ａｕｆ  Ｓｉｌｉｚｉｕｍ−Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｎ  ｕｎｔｅｒｓｃｈｉｅｄｌｉｃｈｅｒ  Ｌｅｉｔｆａｅｈｉｇｋｅｉｔ  ｕｎｔｅｒ  Ｖｅｒｗｅｎｄｕｎｇ  ｂｒｅｉｂａｎｄｉｇｅｒ  Ｍｅｓｓｕｎｇｅｎ」、博士論文、ハノーバー大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｈａｎｎｏｖｅｒ），１９９７年１１月。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この場合における高周波数Ｓパラメータ測定に対する特殊な要件の１つに、送信線がチップ上のどのアクティブな装置に対しても接続されていないことが挙げられる。このため、平行な信号線は、どのドライバおよび受信器にも接続されない場合には浮遊することになろう。試験箇所上の平行な線がドライバ、受信器、およびトランジスタの存在しないある点に接続されなければならない場合には、問題が生じる。
【００１０】
オプションの１つとして、信号線の両側を開放したままにすることが挙げられるが、浮遊（フローティング）線は製品に対応せず、したがって、測定結果を変質させることとなる。
【００１１】
第２のオプションとして、平行な信号線の両端をグランドに接続することが挙げられる。この場合、すべての信号線はグランド線として作用し、これも製品に対応しない。
【００１２】
原則的には、ドライバは低いインピーダンスを有し、受信器は高いインピーダンスを有する。したがって、第３のオプションとして、平行な信号線の一方を接続し、反対側を開放したままにすることが挙げられる。このオプションは製品を模倣するものであるが、ここで生じる問題は、高周波数測定が４ＧＨｚより低く帯域制限されることである。なぜならば、高周波数範囲であればあるほど、両測定ポートは両ポート上で互いに異なる電気的振る舞いを示すからである。あるポートは開放された平行な線に対処するのに対し、反対のポートは接地された平行な線に対処する。その結果、周波数＞４ＧＨｚに関して、１つの信号線モードだけが試験構造において励起されることにはならなくなる。
【００１３】
上述の説明から証明されるように、上述の欠点を被ることなくかつ測定帯域幅の著しい利得を導く電気信号線の周波数の関数としてＳパラメータを決定するための測定システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、増大された測定帯域幅、すなわち＞４ＧＨｚの測定帯域幅を達成する電気信号線の周波数の関数としてＳパラメータを測定することによって特徴的な送信線パラメータを決定するための測定装置に関する。
【００１５】
本発明に係る測定装置は、独立請求項１に規定されたものによって特徴付けられる。
【００１６】
本発明の好都合な実施の形態は、従属請求項に規定される。
【００１７】
進歩的な測定装置は、試験対象の信号線、即ち測定線と、数本の近接信号線とを備え、測定線および近接信号線は、２ポート・ネットワークのポート１（Ｓ１１）およびポート２（Ｓ２２）を表す第１の端部と第２の端部とを有する。本発明によれば、各近接信号線の一方の端部が低インピーダンスによって終端され、各近接信号線の他方の端部が高インピーダンスによって終端されることで、すべての近接信号線の第１および第２の端部がそれぞれ低インピーダンスおよび高インピーダンスによって終端され、第１の端部または第２の端部において低インピーダンスを有する近接信号線の数は、第１の端部または第２の端部において高インピーダンスを有する近接信号線の数と等しいか、またはほぼ等しい。
【００１８】
特殊な接続パターンの結果、両ポートは、少なくともほぼ同一に見える。したがって、１つの信号モードのみが励起され、周波数帯域幅は著しく増大される。
【００１９】
本発明の一特徴によれば、低インピーダンスは、クローズド・エンド線（グランドに接続）によって形成され、高インピーダンスは、オープン・エンド線によって形成される。
【００２０】
本発明のさらに他の特徴によれば、測定線は、平面配列であり、近接信号線は、測定線に対する面内で配線パターン体または平行配列で配置される。
【００２１】
好ましくは、互いに直接隣接して配列された近接信号線は、それらの第１の端部および第２の端部において異なるインピーダンスを有することで、すべての近接信号線の第１の端部および第２の端部は、それぞれ低インピーダンスおよび高インピーダンスによって交互に終端される。これにより、それぞれポート１およびポート２上の交互配列となる。これは、両ポートは同一の外観を有し、その結果、周波数帯域幅は２０ＧＨｚより大きく増大することを意味する。
【００２２】
本発明の他の特徴によれば、測定線の両側の近接信号線の数は等しい。
【００２３】
さらに、測定線に直接隣接して配列された近接信号線は、それらの第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるかまたは同一のインピーダンスを有してもよい。
【００２４】
本発明のさらに他の特徴によれば、測定線および近接信号線は、多層チップ内の信号線であり、２つの隣接層間の信号線の方向は、９０°回転されており、測定線およびその近接信号線は、同一層の測定層内に平行配列で配列されており、測定層に隣接する層内の信号線、即ち近接層線も、平行配列で、かつ、その第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるインピーダンスを有して配列されていることで、すべての近接層線の第１の端部および第２の端部は、それぞれ低インピーダンスおよび高インピーダンスによって終端されており、第１の端部または第２の端部に低インピーダンスを有する近接層線の数は、第１の端部または第２の端部に高インピーダンスを有する近接層線の数と等しいか、またはほぼ等しい。
【００２５】
好ましくは、互いに直接隣接して配列された近接信号線は、それらの第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるインピーダンスを有することで、すべての近接層線の第１の端部および第２の端部は、それぞれ低インピーダンスおよび高インピーダンスによって交互に終端される。近接信号線の交互配列に関連する近接層線のこの交互配列は、測定帯域幅の著しい利得につながる。実験によれば、チップ上の配線のこの進歩的な配列により、帯域幅は２０ＧＨｚまで増大される。
【００２６】
本発明の他の特徴によれば、測定線および近接線は、束として配列される。
【００２７】
束の両ポートがほぼ同一の外見であるようにするために、低インピーダンスおよび高インピーダンスの近接信号線の端部は、それぞれ、束の仮想断面領域に関して、同一またはほぼ同一に配列される。
【００２８】
本発明のさらなる目的、利点、および特徴は、添付の図面と共に以下の説明から明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、信号線の非対称接続パターンを有する多層チップ１０の概略図を示す（最新技術）。
【００３０】
チップ１０上での実際の信号結合状態を表現するために、さらなる信号線１２、いわゆる近接信号線が、同一層内の試験対象の信号線１４、いわゆる測定線に隣接にして追加されている。
【００３１】
近接信号線１２は、一方の側１６、ここではポート１のグランドにビアを介して接続されてドライバを模倣し、反対側１８、ここではポート２では開放されたままで受信器を模倣する。
【００３２】
上部金属層と半導体基板との間の金属層の遮蔽効果を表現するために、さらなる信号線２０、いわゆる近接層線が、底部金属層内に追加されている。また、すべての近接信号線２０は、一方の側がグランドに接続され、反対側が開放されたままである。
【００３３】
その結果、図２に示すように、測定された反射パラメータＳ１１およびＳ２２は、高周波数に関してはもはや一致しない。
【００３４】
ランダムかつ体系的な測定エラーのために、大きさに関する測定の不確定度は通常ほぼ３％である。周波数＞４ＧＨｚの場合は、両反射パラメータの差は、大きさおよび位相に関してこの値より上回る。これは、単に１つの信号線モードより多くのモードが本試験構造においては励起されることを意味する。したがって、抽出されたすべての送信線パラメータは、まさに４ＧＨｚまでは有効である。
【００３５】
抽出されたデータの周波数帯域幅を増大させるためには、試験箇所設計は、本発明に従って修正される必要がある。ポート１（Ｓ１１）１６およびポート２（Ｓ２２）１８に関して測定された反射パラメータはほぼ等しいことを確実にする。この目標は、ポート１６および１８を電気的観点から対称にすることによって達成できる。
【００３６】
図４に示すように、ポートの対称性は、隣接近接信号線１２のそれぞれ２番目をポート１（Ｓ１１）１６でグランドに接続し、他のすべての隣接近接信号線１２をポート１（Ｓ１１）１６で開放されたままにすることによって達成されている。ポート２（Ｓ２２）１８では、ポート１（Ｓ１１）１６で開放されたままにされている隣接近接信号線１２は、ポート２（Ｓ２２）１８で接地される。他の金属層内のすべての他の近接層線２０も、同様に交互にグランドに接続される。
【００３７】
この変更の結果、ポート１（Ｓ１１）１６およびポート２（Ｓ２２）１８に関して測定された反射パラメータは、大きさに関しては図５に示すようにほぼ同一となり、位相に関しては図６に示すように少なくとも２０ＧＨｚまでの周波数範囲においてほぼ同一となる。測定された両反射パラメータ間の多少の相違は通例であるが、良好な測定のための基準としては、この相違は、大きさに関しては想定測定不確定度が（２０ＧＨｚにおいて）０．０３ｄｂを超えてはならず、位相に関しては（２０ＧＨｚにおいて）２°を超えてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】最新技術に係る、信号線の接続パターンを有する多層チップの概略図である。
【図２】図１に係るポート１およびポート２上の測定反射パラメータＳ１１およびＳ２２の大きさである。
【図３】図１に係るポート１およびポート２上の測定反射パラメータＳ１１およびＳ２２の位相である。
【図４】本発明に係る信号線の接続パターンを有する多層チップの概略図である。
【図５】図４に係るポート対称試験箇所に関する測定反射パラメータＳ１１およびＳ２２の大きさである。
【図６】図４に係るポート対称試験箇所に関する測定反射パラメータＳ１１およびＳ２２の位相である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  多層チップ
１２  近接信号線
１４  測定線
１６  ポート１
１８  ポート２
２０  近接層線
【図１】
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【図２】
2009520960.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月13日(2009.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップからの電気信号線の測定配置であって、前記電気信号線である測定線（１４）のうちの１つについて周波数の関数として散乱パラメータ（Ｓパラメータ）を測定することによって、特徴的な線パラメータを決定し、前記測定線は数本の近接信号線（１２）を有し、前記測定線（１４）および前記近接信号線（１２）はそれぞれ第１の端部と第２の端部とを有し、
前記近接信号線（１２）は、その端部において、一方の端部において他の端部よりも低い値のインピーダンスであって、ある電気信号線からの同じ端部における値が１つ置いた隣の電気信号線と等しいインピーダンスによって終端されることで、前記測定線（１４）の前記端部における前記インピーダンス値は、前記近接信号線（１２）の端部の前記インピーダンス値とは異なる交互の値であることを特徴とする、測定装置。
【請求項２】
前記低インピーダンスは、グランドへの接続によって形成され、前記高インピーダンスは、オープン・エンド線によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記測定線（１４）は、前記近接信号線（１２）と共に、面内で配線パターン体に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記配線パターン体は、平行配列に対応することを特徴とする、請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記測定線（１４）の両側の近接信号線（１２）の数は等しいことを特徴とする、請求項１から４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記測定線（１４）および前記近接信号線（１２）は、多層チップ（１０）内の信号線であり、２つの隣接層間の前記信号線の方向は、９０°回転されていることを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
【請求項７】
互いに直接隣接して配列された前記近接層線（２０）は、それらの第１の端部および第２の端部においてそれぞれ異なるインピーダンスを有することを特徴とする、請求項６に記載の測定装置。
【国際調査報告】
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