[논문 리뷰] Breaking the challenge of signal integrity using time-domain spoof surface plasmon polaritons

Hao Chi Zhang, Tie Jun Cui외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 05.

Plasmonic and Surface Plasmon Research참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 통합 회로 및 무선 시스템에서 신호 정합성, 간섭 제거 및 소형화 사이의 상충 관계를 극복하기 위해 반사 대칭성 플라스모닉 웨이브가이드에서 시간 영역의 흉내 낸 표면 플라스몬 폴리톤(스포프 SPP)을 제안한다. 유전체 기판 위에 홈이 가로지르는 금속 스트립을 사용함으로써, 깊은 마이크로미터 이하의 웨이브가이드 간격에서도 강한 마이크로미터 이하의 봉쇄와 낮은 교차 캐리어(crosstalk)를 실현할 수 있으며, 기존의 마이크로스트립 라인에 비해 탁월한 신호 성능을 입증한다.

ABSTRACT

In modern integrated circuits and wireless communication systems/devices, three key features need to be solved simultaneously to reach higher performance and more compact size: signal integrity, interference suppression, and miniaturization. However, the above-mentioned requests are almost contradictory using the traditional techniques. To overcome this challenge, here we propose time-domain spoof surface plasmon polaritons (SPPs) as the carrier of signals. By designing a special plasmonic waveguide constructed by printing two narrow corrugated metallic strips on the top and bottom surfaces of a dielectric substrate with mirror symmetry, we show that spoof SPPs are supported from very low frequency to the cutoff frequency with strong subwavelength effects, which can be converted to the time-domain SPPs. When two such plasmonic waveguides are tightly packed with deep-subwavelength separation, which commonly happens in the integrated circuits and wireless communications due to limited space, we demonstrate theoretically and experimentally that SPP signals on such two plasmonic waveguides have better propagation performance and much less mutual coupling than the conventional signals on two traditional microstrip lines with the same size and separation. Hence the proposed method can achieve significant interference suppression in very compact space, providing a potential solution to break the challenge of signal integrity.

연구 동기 및 목표

• 고성능 통합 회로 및 무선 통신 시스템에서 신호 정합성, 간섭 제거 및 소형화 사이의 상충 요구사항을 해결하기 위해.
• 강한 교차 캐리어와 열악한 신호 정합성을 보이는 고밀도 환경에서 전통적인 마이크로스트립 라인의 한계를 극복하기 위해.
• 깊은 마이크로미터 이하의 간격에서도 강한 마이크로미터 이하의 봉쇄와 낮은 교차 캐리어를 지원하는 플라스모닉 웨이브가이드 구조를 개발하기 위해.
• 실험적 및 이론적으로 스포프 SPP가 밀집된 구성에서 기존 신호보다 뛰어난 성능을 보임을 입증하기 위해.

제안 방법

• 유전체 기판의 양면에 반사 대칭인 좁은 홈이 가로지르는 금속 스트립을 사용한 플라스모닉 웨이브가이드 설계.
• 매우 낮은 주파수부터 절단 주파수까지 강한 마이크로미터 이하의 전기장 봉쇄를 가능하게 하는 흉내 낸 표면 플라스몬 폴리톤(SPP)의 활용.
• 스포프 SPP를 일시적 신호로 변환하여 신호 전송을 위한 시간 영역 자극의 구현.
• 실제 통합 회로 조건을 시뮬레이션하기 위해 두 웨이브가이드를 깊은 마이크로미터 이하의 간격으로 고밀도로 배치.
• 유사한 기하학적 조건 하에서 기존 마이크로스트립 라인과의 교차 캐리어 및 전파 성능을 이론적 및 실험적으로 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 반사 대칭 웨이브가이드 구조에서 스포프 SPP가 깊은 마이크로미터 이하의 밀집 환경에서 강한 마이크로미터 이하의 봉쇄와 낮은 교차 캐리어를 달성할 수 있는가?
• RQ2 유사한 밀집 구성에서 시간 영역의 스포프 SPP의 신호 정합성은 기존 마이크로스트립 라인과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ3 밀집 통합 회로에서 스포프 SPP를 활용해 간섭 제거를 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 반사 대칭성이 시간 영역에서 스포프 SPP의 효율적인 자극 및 전파를 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 제안된 플라스모닉 웨이브가이드는 매우 낮은 주파수부터 절단 주파수까지 강한 마이크로미터 이하의 전기장 봉쇄를 가능하게 하는 스포프 SPP를 지원한다.
• 깊은 마이크로미터 이하의 간격에서 동일한 기하학적 조건에서도 기존 마이크로스트립 라인에 비해 상호 커플링이 현저히 감소한 SPP 신호를 나타낸다.
• 이론적 및 실험적 결과는 밀집된 고밀도 구성에서 뛰어난 전파 성능과 향상된 신호 정합성을 확인한다.
• 반사 대칭 설계는 시간 영역의 스포프 SPP에 대한 효과적인 자극 및 제어를 가능하게 하여 고밀도 통합 환경에서의 교차 캐리어를 최소화한다.