Distributed Amplifier with Control of Stability Using Varactors

In this paper, we propose the control method of output impedance of each cascode unit cell of distributed amplifier by connecting varactors in the gate-terminal of common gate. Compared to common source unit cell, cascode unit cell has many advantages such as high gain and high output impedance as well as negative resistance loading. But if the transistor model which is used in design is inaccurate and process parameter is changed, oscillation sometimes can occur at band edge in which the gain start to drop. Therefore, we need control circuit which can prevent oscillation, although the circuit has already fabricated, and varactor connected to gate-terminal of common gate of cascode gain cell can play that part. Measured result of fabricated distributed amplifier shows the capability of contol of gain characteristic by adjusting of value of varactors, this can guarantee the stability of the circuit. The gain is $8.92\pm0.82dB$ over 49 GHz, the group delay is $\pm9.3 psec$ over 41 GHz. All transistor which has $0.15{\mu}m$ gate length is GaAs based p-HEMT, and distributed amplifier is put together with 4 stages.

가변 커패시터를 이용하여 안정도를 조절할 수 있는 Distributed Amplifier

본 연구에서는 distributed amplifer를 구성하는 cascode 단위이득단의 공통게이트의 게이트 단자에 가변 커패시터를 연결함으로써 출력 저항 값을 조절하는 방법을 제안한다. Cascode 이득단은 공통 소스 이득단에 비해 높은 이득, 높은 출력저항, 부성저항을 제공하는 등 여러 장점이 있지만 설계시 사용한 트랜지스터 모델이 부정확하고 공정변수가 달라진다면 이득이 떨어지기 시작하는 band edge에서 발진할 위험이 있다. 그러므로 회로가 제작된 이후에도 발진을 막을 수 있는 조절회로가 필요하게 되는데, cascode단위 이득단의 공통 게이트 단자에 연결된 가변 커패시터가 그 역할을 할 수 있다. 제작한 distributed amplifier를 측정해본 결과 가변 커패시터를 조절함으로써 이득 특성을 변화시킬 수 있었으며, 이는 회로의 안정도를 보장할 수 있음을 알 수 있었다. 49GHz의 밴드폭내에서 이득은 $8.92\pm0.82 dB$이며, 군지연은 41GHz 이내에서 $\pm9.3 psec$ 범위 이내였다. 사용된 모든 transistor는 GaAs 기반의 $0.15{\mu}m$ 게이트 길이를 가지 는 p-HEMT이며, distributed amplifier는 총 4개의 이득단으로 구성되어 있다.