피드포워드 방식을 이용하여 광대역, 선형 이득 제어 특성을 갖는 SiGe HBT 가변 이득 증폭기를 설계 및 제작하였다. 가변 이득 증폭기는 능동 발룬, 차동형 주 증폭기, 피드포워드 블록, 전압 조절부로 구성 되었으며, 주 증폭기와 피드포워드 블록의 신호가 역위상으로 상쇄되어 광대역의 선형 이득 제어가 가능하도록 각 부분을 최적화 시켰다. 설계된 가변 이득 증폭기는 STMicroelectronics사(社)의 0.35 ${\mu}m$ Si-BiCMOS 공정을 이용하여 제작하였다. 제작 및 측정 결과, 피드포워드 방식의 가변 이득 증폭기는 4 GHz($4\;GHZ{\sim}8\;GHz$)의 광대역 특성을 나타내었다. 또한, 제작된 가변 이득 증폭기는 6 GHz에서 9.3 dB의 최대 이득과 0.6 - 2.6 V의 조절 전압 인가시 19.6 dB의 이득 조절 범위 특성을 나타내었으며, 8 GHz에서 -3 dBm의 출력 전력 특성을 각각 나타내었다.
본 논문에서는 GPS 수신기를 위한 dB-선형 특성이 개선된 가변 이득 증폭기 회로를 제안한다. 제안된 dB-선형 전류 발생기는 dB-선형성 오차가 ${\pm}0.15$dB 이내로 개선되었다. 개선된 dB-선형 전류 발생기를 사용하여 GPS 수신기를 위한 가변 이득 증폭기를 설계였다. GPS 수신기의 IF 주파수는 4MHz를 가정하였고, 선형성 요구조건을 도출하여 만족하기 위해 최소 이득일때 24dBm의 IIP3를 만족하도록 하였다. 가변이득 증폭기는 3단으로 구성되어 있으며 DC-오프셋 제거 루프를 통하여 회로의 오프셋 전압을 보상하였다. 설계된 가변 이득 증폭기의 이득은 -8dB~52dB의 범위를 가지며 이득의 dB-선형성은 ${\pm}0.2$dB 이내를 충족한다. 3-dB 주파수 대역폭은 이득에 따라 35MHz~106MHz를 보인다. 가변 이득 증폭기는 CMOS 0.18${\mu}m$ 공정을 이용하여 설계되었으며 전력은 1.8V 전원 전압에서 3mW를 소비한다.
SiGe HUT뜰 이용하여 Cellular 주파수 대역(824-849 MHz)에서 MMIC 상향 주파수 혼합기와 가변이득 증폭기를 설계하였다. 동작 전압은 2.7 V 이며, 이중평형 구조의 상향 주파수 혼합기는 12 dB의 변환이득, -0.6 dBm의 1dB 이득압축 출력전력, 30 dB 이상의 LO-RF 단자 격리도 특성, 1.25의 LO-VSWR. 1.34의 RF-VSWR을 가지며, 상호컨덕턴스형 가변이득 증폭기는 35 dB의 최대 선형이득, 13 dBm의 1dB 이득압축 출력전력, 42dB의 가변이득, 23dB의 3차 상호변조 교점 출력전력(OIP$_3$), 1.27의 입력 VSWR, 1.1의 출력 VSWR 특성을 보인다.
본 논문은 구조물 모니터링을 위한 광섬유 센서 시스템의 수신단 응용을 위한 CMOS 기반의 가변 이득 증폭기 집적회로 설계에 초점을 두고 있다. 차동증폭기와 선형 linear-in-dB 제어기를 사용한 3단 가변 이득 증폭기를 제시하였다. 제안된 가변이득 증폭기는 전류의 비에 의해 증폭기의 이득이 linear-in-dB 하게 조절되는 일반적인 가변 이득 증폭기의 변형된 형태이다. 본 논문에서 제안된 가변 이득 증폭기는 1.5 dB의 간격으로 77 dB의 다이내믹 영역을 가졌다. 이득오차는 77 dB 다이내믹 영역에서 1.5 dB 이하를 얻었다. 동작범위는 10 MHz를 얻었으며, 단일 1.8 V 전압에서 13.8 mW의 전력소모 특성을 보였다. 이 가변 이득 증폭기는 Magnachip 사의 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 사용하여 구현되었으며, 유효면적은 $430{\mu}m{\times}350{\mu}m$ 이었다. 제안된 가변 이득 증폭기는 구조물 모니터링을 위한 광섬유 센서 시스템의 수신단에 적용이 가능하였다 측정 결과에 따라 제안된 방법은 다이내믹 영역의 증대와 좋은 linear-in-dB 특성 관점에서 유효하였다.
본 논문에서는 다양한 모바일 TV 규격을 지원할 수 있는 모바일 TV 튜너용 VHF 및 UHF 대역 가변 이득 저잡음 증폭기를 제안한다. 제안한 VHF 대역 가변 이득 증폭기는 외부 매칭 소자를 제거하기 위해 저항 피드백을 이용하여 저잡음 증폭기와 저주파수 잡음 특성을 개선하기 위해 PMOS 입력을 사용하는 싱글-차동 증폭기, 이득 범위를 제어하기 위해 저항 피드백 부분과 감쇄기로 구성된다. 제안한 UHF 대역 가변 이득 증폭기는 잡음 특성과 외부 간섭 신호 제거 특성을 향상시키기 위해 협대역 저잡음 증폭기와 $g_m$ 가변 방식을 이용하여 이득을 제어할 수 있는 싱글-차동 증폭기와 감쇄기로 구성된다. 제안한 VHF 및 UHF 대역 가변 이득 저잡음 증폭기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 사용하여 설계하였고, 전원 전압 1.8 V에서 각각 22 mA와 17 mA 의 전류를 소모하면서 약 27 dB와 27 dB의 전압 이득, 1.6-1.7 dB와 1.3-1.7 dB의 잡음 지수, 13.5 dBm와 16 dBm의 OIP3의 성능을 보인다.
본 논문에서 ETRI 0.5$\mu\textrm{m}$ MESFET 라이브러리 공정을 이용하여 동작 주파수 5GHz대 저전압구동 가변이득 저잡음 증폭기 MMIC를 설계 및 제작하였다. 이 저잡음 증폭기는 HIPERLAN/2의 Adaptive Antenna Arrays와 함께 사용할 수 있도록 이득조절이 가능하도록 설계하였다. 가변이득 저잡음 증폭기는 2단 캐스케이드 구조이며, 게이트전압에 따라 채널저항이 제어되는 증가형 MESFET과 저항으로 구성된 부귀환 회로를 제안하였다. 제작된 가변이득 저잡음 증폭기의 측정값은 $V_{DD}$ =1.5V, $V_{GG1}$=0.4V, $V_{GG2}$=0.5V일때 5.5GHz의 중심 주파수, 14.7dB의 소신호 이득, 10.6dB의 입력 반사손실, 10.7dB의 출력 반사손실, 14.4dB의 가변이득, 그리고 잡음지수 2.98dB이다. 또한, 가변이득 저잡음 증폭기는 -19.7dBm의 입력 PldB, -10dBm의 IIP3, 52.6dB의 SFBR, 그리고 9.5mW의 전력을 소비한다.다.다.
본 논문은 수동소자를 사용하지 않고 선형성 향상을 얻는 가변이득증폭기(VGA, variable gain amplifier) 설계에 관련된 것이다. 이 제안된 VGA는 전류 귀환 증폭기 구조를 이용하고, 이득은 입력단과 귀환부의 트랜스컨덕턴스(GM) 비로 얻어진다. 선형성과 높은 이득을 얻기 위하여 귀환 트랜스컨덕턴스에 전류 분할 기법과 소스 축퇴(degeneration) 기법을 사용하였다. 이득의 변화는 가변 정류기로 입력 트랜스컨덕턴스의 바이어스 전류를 변화시켜 얻을 수 있다. 이 VGA는 $0.35{\mu}m$ CMOS공정을 사용하여 설계하였고, 저 전력을 위해 sub-threshold 영역에서 동작시키게 하였다. 가변 이득은 23dB~43dB의 결과를 얻도록 하였고, 소모 전류는 3.3V에서 $2.82{\mu}A{\sim}3{\mu}A$ 이다. 이 VGA가 차지하는 칩 면적은 $120{\mu}m{\times}100{\mu}m$이다.
본 논문에서 0.5$\mu\textrm{m}$ GaAs MESFET을 이용하여 5GHz대 무선랜에 사용 가능한 MMIC 가변이득 저잡음 증폭기를 설계 및 제작하였다. 이득과 잡음성능이 우수한 증가형 GaAs MESFET과 선형성이 좋은 공핍형 MESFET 조합의 캐스코드 구조로 저잡음 증폭기를 설계하기 위하여 Turlington의 점근선법을 이용하여 MESFET의 비선형 전류 전압특성에 대한 거동 모델 방정식을 도출하였다. 이로부터 캐스코드 증폭기의 공통 소오스 FET는 4${\times}$50$\mu\textrm{m}$ 크기의 증가형 MESFET으로 공통 게이트 FET는 2${\times}$50$\mu\textrm{m}$ 크기의 공핍형 MESFET으로 설계하였다. 제작된 가변이득 저잡음 증폭기의 잡음지수는 4.9GHz에서 2.4dB, 가변 이득범위는 17dB이상, IIP3는 -4.8dBm이며, 12.8mW의 전력을 소비하였다.
본 논문에서는 전원전압 0.5V의 심전도 검사기(ECG)를 설계하고 칩으로 제작하여 성능을 확인하였다. ECG는 계측 증폭기, 6차 gm-C 저역 통과 필터 그리고 가변이득증폭기로 구성되어 있다. 계측증폭기는 이득이 34.8dB, 6차 gm-C 저역 통과 필터는 400Hz의 차단주파수를 가지게 설계되었다. 저역 통과 필터의 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기는 저전압 동작을 위하여 차동 바디 입력 방법을 사용하였다. 가변이득증폭기의 이득 범위는 6.1~26.4dB로 설계되었다. 설계된 심전도 검사기는 TSMC $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 $858{\mu}m{\times}580{\mu}m$의 칩크기로 제작되었다. 측정은 입력 신호를 포화시키지 않도록 외부 연결 저항을 조절하여 이득을 낮춘 상태에서 진행한바, 중간 주파수 이득 28.7dB, 대역폭은 0.5 - 630Hz을 얻었으며, 전원전압 0.5V에서 동작함을 확인하였다.
광섬유격자를 이용하는 단순구조의 발진 loop를 구성하여 erbium 첨가 광섬유 증폭기를 발진시킴으로써 광섬유 증폭기의 동작이득을 제어하는 방식을 제안하고 실험하였다. 하나의 광섬유격자가 loop내에서 발진 파장을 선택하는 기능과 함께 발진광이 출력단으로 나오지 못하도록 차단하는 기능의 두가지의 역할을 수행하도록 loop가 구성되었다. 광섬유 증폭기의 동작이득이 발진 loop의 손실과 같은 크기에 고정되어 입력광 파워의 변화에 무관하게 일정하게 제어되었으며, 가변형 결합기로 loop 손실을 변화시킴으로써 동작이득의 조절이 가능하였다. 이러한 loop 구성방식으로 이득제어된 erbium 첨가 광섬유 증폭기는 WDM 시스템에서 여러 가지의 장점을 가질 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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