본 논문에서는 X-대역에서 GaN HEMT 소자의 로드-풀 측정을 통한 40 W급 전력증폭기 모듈의 설계, 제작을 보였다. 전력증폭기의 설계에 적용하기 위한 능동 소자로, 최근 발표된 TriQuint사의 GaN HEMT 소자를 선정하였다. 로드-풀 측정 시스템의 임피던스 튜너의 임피던스 범위 제한으로 인하여, 시험치구 내에 사전-정합 회로를 구성하였다. 사전-정합 회로가 포함된 로드-풀 측정을 통해 최적 입 출력 임피던스를 도출하기 위하여, 사전-정합 회로의 2-포트 S-파라미터가 필요하며, 이의 새로운 추출 방법을 제안하였다. 이와 같이 결정된 사전-정합 회로의 S-파라미터를 반영한 로드-풀 측정을 통해 도출된 최적 입 출력 임피던스는 데이터 시트와 근접한 결과를 주며, 이를 통해 측정의 타당성을 확인하였다. 전력증폭기의 정합 회로는 도출된 최적 임피던스로부터 EM co-simulation을 이용하여 설계하였다. 제작된 전력증폭기는 15${\times}$17.8 $mm^2$으로 소형의 크기를 가지며, 10 usec의 펄스 폭, 10 % duty의 펄스 입력 및 드레인 스위칭 상태에서, 9~9.5 GHz 대역 내 출력은 46.7~46.3 dBm, 전력 이득은 8.7~8.3 dB, 효율은 약 35 %의 특성을 보인다.
본 논문에서는 구동단의 IMD 특성과 최종단의 IMD 특성을 조절하여 선형성을 개선하는 방법에 대하여 제안을 하였다. WCDMA 4FA의 입력 신호를 사용하였을 때 평균 전력 50W에서 약 -48dBc@5MHz offset의 ACLR 특성을 얻었다. 제안된 역위상화 선형화 기법은 추가적인 선형회로 없이 구동 증폭단을 이용하여 전치왜곡 효과를 얻을 수 있었다. 이러한 점은 기존 analog predistortion 방식과 feedforward 방식의 단점을 보완하였음에 큰 의미를 가진다.
본 논문에서는 생체 신호 처리를 위한 14비트 이상의 고 해상도를 갖는 A/D 변환기 설계를 위하여 공급 전압이 1.8V인 CMOS 델타-시그마 변조기를 설계하였다. 본 논문에서 제안하는 4차 델타 시그마 변환기는 타임 인터리빙 기술을 이용하여 회로를 시간에 따라 재구성해 연산증폭기를 재사용하는 구조를 통해 차수에 따라 4개의 연산증폭기가 필요한 회로를 2개의 연산증폭기 만으로 구동 시켰다. 또한 스위치드 커패시터 적분기 구조상의 특징인 샘플링 시간과 적분 시간의 동작에 따라 샘플링 커패시터의 크기를 조절함으로서 저항 성분으로부터 발생하는 열잡음인 KT/C 잡음을 감소시킬 수 있는 회로를 제안하였다. 제안한 델타-시그마 변조기는 Magna 0.18um CMOS n-well 1 폴리 6메탈 공정을 이용하여 제작되었으며 제작된 칩의 측정 결과 전력소모는 1.8V 전원 전압에서 $828{\mu}W$이고 샘플링 및 입력 주파수가 256KHz, 1KHz일 때 최대 SNDR은 75.7dB, DR은 81.3dB로 측정되었다. KT/C 잡음 저감 회로가 적용되지 않은 회로에서는 최대 SNDR이 72.1dB 로 측정되어 KT/C 잡음 저감 회로가 적용되었을 때 약 3dB정도의 성능 향상을 나타내었다. 회로의 FOM은 41pJ/step과 142dB로 계산되었다.
본 논문에서는 S-밴드 군용 레이더에 사용되고 기존의 TWTA를 대체하기 위해 GaN HEMT 기반 증폭모듈을 이용하여 개발한 2kW급 반도체증폭기(SSPA)를 제안하였다. 제안한 SSPA는 8개의 증폭모듈로 이루어진 고출력증폭모듈, 구동증폭모듈, 제어모듈 및 전원공급 장치로 이루어져 있다. 제안한 SSPA는 1) 증폭모듈과 구성부품은 공간적 제약으로 작은 패키지에 통합설계 되었으며, 2) PCB 내장형 하모닉필터를 이용하여 고주파를 제거하였으며, 그리고 3) 입력신호의 듀티 변화에 대응하여 일정한 출력이 유지되도록 하는 자동이득조절기를 설계하였다. 제안된 SSPA는 최대 48 dB의 이득과 3.1~3.5 GHz의 주파수 대역에서 63-63.6 dBm의 출력 전력을 보였다. 자동이득조절 기능은 15-20 dBm의 입력전력 변동에도 대해서, 출력전력이 63dBm 전후로 일정하게 유지하는 것을 확인하였다. 마지막으로 MIL-STD-810의 시험기준을 만족하는 높은 (55 ℃) / 낮은 (-40 ℃) 온도시험 프로파일을 이용한 온도시험을 통해 개발된 시스템의 신뢰성을 검증하였다. 개발된 SSPA는 경량, 고출력, 고이득, 안전기능, 낮은 수리비, 짧은 수리시간 등 측면에서 기존의 TWTA 증폭기보다 우수한 것을 확인하였다.
본 논문에서는 $0.15{\mu}m$ GaAs pHEMT 기술을 이용하여 FMCW(Frequency-modulated continuous-wave) 레이더용 W-band 단일칩 수신기 MMIC를 구현하였다. 제작된 수신기는 4 단 저잡음 증폭기, 하향 변환 혼합기, 3 단 LO 버퍼 증폭기로 구성되어 있다. 수신기의 저잡음 특성과 선형성 향상을 위해 저잡음 증폭기의 성능을 최적화시켰다. 혼합기는 선형성 특성 및 낮은 IF 주파수에서 저잡음 특성을 위하여 저항성 혼합기로 설계하였다. W-대역에서 혼합기를 구동시키기 위해서는 높은 LO 입력이 요구되므로 추가적인 LO 버퍼 증폭기를 설계하였다. 단일칩 수신기의 측정 결과, RF 주파수 $f_0$ GHz, LO 입력 전력 -1 dBm, 그리고, IF 주파수 100 MHz에서, 6.2 dB의 변환 이득, 5.0 dB의 잡음 지수, 그리고, -12.8 dBm의 1-dB 이득 감쇄 입력 전력($P_{1dB,in}$) 등의 우수한 특성을 얻었다.
무전극 램프의 점등은 램프 양단에 고주파를 갖는 고전압을 인가해야 한다. 종래의 무전극 램프의 구동 회로로 선형 증폭기가 이용되어져 왔으나, 낮은 에너지 변환 효율로 인해 PWM 스위칭 방식의 인버터로 교체되고 있다. 그러나 고주파 스위칭시 인버터의 스위칭 소자에서 스위칭 손실의 증가 및 노이즈 발생의 문제로 인해 PWM 인버터는 고주파 동작이 제한된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 영전압 스위칭 기술을 PWM 인버터에 적용하여 고주파 스위칭이 가능하게 하고, 또한 스위칭 손실과 노이즈 발생을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 무전극 램프 구동회로로 영전압 스위칭 고주파 인버터에 대하여 동작 해석과 설계 지침 제시하였다. 또한, 실험을 통하여 해석된 결과의 타당성을 확인하였다.
본 논문에서는 매우 짧은 전류펄스에 의해 구동되는 반도체 발광소자의 파장특성을 측정하기 위한 장치를 고안하였다. 이 장치는 600grooves/mm의 회절격자에 초점거리가 275mm인 분광기와 X-Y recorder 그리고 아날로그 분석을 위한 scanning motor와 최대값 검출기가 결합된 증폭기로 구성하였다. 특히, 최대값 검출기는 짧은 펄스 신호를 연속적인 값으로 변환하기 위하여 사용되었다. 이 장치를 이용하여 상용화된 발광다이오드와 AlGaAs/GaAs LD 및 InGaAsP/InP BH-LD를 duty cycle이 0.01인 전류펄스로 구동하면서 그 파장특성을 분석한 결과 약 1$\AA$ 정도의 분해능과 10$\mu$W 정도의 수신감도를 감지는 것을 확인하였다.
Focus Electrode(FE) 기능을 갖는 진행파관 증폭기(TWTA)를 구동하기 위하여 고전압 펄스전원 장치가 필요하다. 이 전원장치는 영부터 -5.0 kV TWT 캐소드 고전압 위에서 펄스 출력으로 동작 되어야 한다. 고전압펄스전원장치는 바이어스 전압이 영부터 -1.5 kV 사이를 연속적으로 가변 할 수 있어야 하고, 펄스의 반복 주파수는 CW로 부터 1 kHz 그리고 펄스폭은 $10\;{\mu}s$ 부터 $500\;{\mu}s$로 선택 가능하여야 한다. 그리고 출력펄스의 상승 및 하강 시간은 150 ns 보다 작아야 한다. 턴-온 및 오프의 스윗칭 시간을 만족시키기 위하여 고전압 스위치는 직렬로 연결된 FET 모듈을 사용하였다. 본 논문에서는 이러한 고전압 펄스전원장치의 설계 및 제작원리 그리고 시험결과에 대하여 다루었다.
We propose a method for driving loudspeakers from class D audio power amplifiers in current mode, instead of in conventional voltage mode, which was impossible with the feedback circuitry. Unlike analog audio amplifiers, Class D audio power amplifiers have signal delay between the input and output signals, which makes it difficult to apply the feedback circuitry for current-mode driving. The idea of the pre-distortion scheme used for the compensation of the non-linearity of RF power amplifiers is adapted to remedy the impedance variation effect of the loudspeakers for current driving. The method uses the speaker model for the pre-distorter to compensate for the speaker impedance variation with frequency. The simulation and test results confirms the validity of the proposed method.
The phase differences and noise signals are in general serious on output of a instrumentation amplifier for signal conditioning of a sensor driven at high frequency due to a time-varying input signal. In this study, we get the better amplification and S/N ratio using the rectified signal for the input of instrumentation amplifier. This driving circuits were designed and constructed by OrCAD and laboratory PCB process. All of the elements used on the circuit including highly speedy OP-Amp. was SMD type and the MI sensor was fabricated by meander-patterned amorphous ribbon. The output sensitivity of this circuit was $105.3mV/V{\cdot}Oe$. That's why this driving circuit is good at detection of fine magnetic field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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