최근 이동통신 시장의 급속한 증가에 따라 단말기 설계는 다표준 방식으로 발전하고 있다. 본 논문에서는 다표준 이동통신 시스템에 적용할 수 있는 주파수 가변형 능동 RC 대역통과 필터를 능동 인덕터를 사용하여 설계하였다. 기존의 대역통과 필터 설계법에서는 저지대역의 감쇠 특성과 통과대역의 주파수 선택도를 향상시키기 위하여 필터의 차수를 높게 하거나 극점 Q를 증가시키는 설계법을 사용한다. 본 논문에서는 극점 Q가 높은 능동 인덕터로 대역통과 필터를 설계하여 주파수 특성이 향상되었다. 또한 설계된 대역통과 필터는 튜닝 회로를 이용하여 필터의 중심주파수와 이득을 간단히 조절할 수 있도록 제안하였다. 설계된 능동 RC 대역통과 필터 특성은 TSMC $0.18{\mu}m$ 공정 파라미터를 이용하여 해석하였다. 시뮬레이션 결과, Q=20.5를 갖는 능동 인덕터를 이용한 필터는 1.86GHz 중심주파수에서 90MHz의 대역폭을 갖고, 튜닝 회로의 커패시터 값으로 중심주파수를 1.86~2.38GHz 범위까지 튜닝이 가능하여 다표준 무선통신 시스템에 적용할 수 있다.
본 논문에서는 저전압, 저전력 아날로그 신호처리 시스템에 활용할 수 있도록 전류 차동 트랜스컨덕턴스 증폭기(CDTA)를 사용하여 대역통과 필터를 설계하였다. 대역통과 필터는 그라운딩 인덕터와 플로팅 능동 인덕터를 사용하여 설계하였고, 설계된 능동 인덕터는 각각 두 개 또는 세 개의 CDTA를 활용하여 구성하였다. 본 논문에서 설계된 능동 인덕터를 활용하여 대역통과 필터를 구성할 때, 소자 값 들을 조정하기 위한 외부의 추가적인 정합회로의 필요 없이 필터를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 설계된 능동 대역통과 필터 특성의 검증은 HSPICE 시뮬레이션 프로그램을 활용하였다. 시뮬레이션결과, 설계된 필터는 10MHz의 중심주파수, 통과대역에서는 -2.5dB의 감쇄율을 가진 9.5~10.5MHz의 대역폭을 얻을 수 있었으며, 차단대역에서는 8MHz이하와 17MHz이상에서 -50dB의 감쇄율을 가진 대역통과 특성을 얻을 수 있다.
마이크로파 능동필터는 RF 시스템에서 주목받고 있는 SoC(System on Chip) 기술을 위한 필터의 집적화 기술로 매우 활발한 연구가 수행되어지고 있다. chip상에서의 마이크로파 대역에서의 능동필터는 기판의 손실로 인한 공진기의 Q값 저하를 능동소자를 이용하여 보상하여 협대역 필터의 구현을 가능하게 할 뿐만 아니라, 바랙터 다이오드나 PIN 다이오드을 회로에 적용하여 가변 필터의 구현도 가능하게 되어 시스템의 유연성이 높은 SDR (Soft-wave Defined Radio)등에도 적용될 수 있는 분야로 각광을 받을 것으로 판단된다. 본 고에서는 마이크로파 능동 필터에 대한 분류와 회로의 구조 연구 동향에 대해 살펴본다.
기존의 음성신호와 다른 주파수 대역을 사용하여 데이터 통신이 가능한 ADSL 모뎀 송수신단의 CMOS 아날로그 저역 능동필터를 각각 설계하여 제안하였다. 설계된 필터는 2.5V의 저전압 동작이 가능하며, 각각의 설계사양에 따라 송신단에서는 138kHz의 차단주파수값을 갖는 저역통과 능동필터가 수신단에서는 1,100kHz의 차단주파수 특성을 갖는 저역통과능동필터가 설계 되었다. 이득과 단위이득주파수 특성 면에서 개선된 high-swing cascode방식의 저전압 능동소자가 필터를 설계하기 위한 기본 블록으로 이용되었다. 제안된 소자와 설계 제안된 필터는 $0.251{\mu}m\;CMOS\;n-well$ 공정 파라미터를 이용하여 그 특성이 검증되었다.
본 논문에서는 다양한 주파수 튜닝이 가능한 직접변환방식을 이용한 Gm-C 능동필터 회로를 설계하였다. 설계된 필터는 집적회로를 튜닝하여 요구되는 기준주파수 및 대역폭과 이득을 만족시킬 수 있다. 필터에 사용된 OTA회로는 전달 트랜스컨덕턴스 값을 외부전압으로 제어할 수 있도록 설계하여 다양한 주파수대역에서 사용할 수 있다는 장점을 가진다. 설계된 필터는 ripple 전압을 최소화 하고 이득 값을 높일 수 있는 Elliptic 필터를 사용하였다. 집적화를 위하여 수동필터를 능동필터로 변환할 수 Gyrator 방식을 이용하였다. HSPICE 시뮬레이션 결과, 외부전압을 1.0V~1.9V까지 변화를 주었을 때 1.4MHz ~ 2.8MHz의 차단주파수의 조정이 가능하였고 소비전력은 4.5mW~20mW임을 측정하였다.
본 논문에서는 저전압에서 동작이 가능하며 이득값이 뛰어난 능동소자를 이용하여 750kHz의 중심주파수특성을 나타내는 연속시간 대역통과 능동필터를 설계하였다. 이용된 적분기는 이득특성에 영향을 주는 트랜스컨덕턴스값을 증가시키기 위해 CMOS 상보형 캐스코드 방식을 이용하여 구성되었으며, 0.25$\mu\textrm{m}$ CMOS n-well 공정 파라미터를 이용한 hspice 시뮬레이션 결과, 2V 공급전압하에서 42dB의 이득값과 200MHz의 단위이득주파수 특성을 나타내었다. 또한 이를 이용하여 설계된 대역통과 능동필터는 747kHz의 중심주파수특성을 나타내고 659kHz의 대역폭 특성을 보여주었다.
본 논문에서는 트랜지스터를 이용해서 이득을 갖는 능동 대역 통과 필터, 부성저항 특성을 갖는 능동 공진기를 이용한 능동 공진 발진기를 설계 제작하였다. 제안된 능동 공진 발진기는 ISM 대역의 국부 발진기로 사용 가능하도록 5.5GHz의 발진주파수를 갖도록 설계하였다. 설계된 능동 공진 발진기는 유전율 3.38, 유전체 두께 0.508mm, 금속 두께 0.018mm인 기판 위에 구현하였다. 이득을 갖는 능동 대역 통과 필터를 이용한 능동 공진 발진기는 5.6GHz의 발진주파수와 -2Bm의 출력과 100kHz 옵셋에서의 위상잡음 특성은 -81dBc/Hz이다. 부성저항 특성을 갖는 능동 공진기를 이용한 능동 공진 발진기는 5.8GHZ의 발진주파수와- 4dBm의 출력과 100kHz 옵셋에서의 위상잡음 특성은 -91dBc/Hz이다.
본 논문에서는 창문형 능동소음제어(Active Noise Control, ANC)의 잔류 소음의 평가 기준으로 실내소음 평가에서 사용하는 NR(Noise Rating)을 적용하고 이 값의 최소화를 위한 능동소음제어기에 대해서 연구하였다. 이를 위해 Filtered-E LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 사용하여 사용자가 설정한 유효 동작 주파수 대역 내에서 NR값을 줄이는 노이즈 쉐이핑(noise shaping) 필터의 형상을 제안하였다. 제안한 필터의 유용성은 시뮬레이션을 통해 검증하였으며, 기존의 심리음향 ANC에서 사용된 필터들과 비교했을 때 잔류 소음의 NR값이 더 낮아지는 것을 보였다.
본 논문에서는 개선된 elliptic 저역통과 함수를 제시하고, CMOS DDA 소자 및 DDA 응용회로를 이용하여 CDMA 무선 휴대폰용 아날로그 DDA 저역통과 필터를 설계하 였다. 개선된 elliptic 저역통과 필터 함수는 통과대역과 저지대역에서 점진적 감소 파상 특 성을 갖고, 우수 또는 기수 차수 모두에 대해서 ω=0에서는 통과대역의 최대값, ω=∞에서 는 영이 된다. 또한 극점-Q 값이 감소함에 따라 주파수 및 시간영역의 특성 등이 기존의 함수와 비교하여 향상되었다. 아날로그 능동 저역통과 필터는 수동 복종단 제자형 회로망의 저감도 특성이 유지되는 개구리 도약법으로 모의하고, 적분기등을 외부 소자와의 정합이 필 요 없는 DDA를 이용하여 설계하였다. 설계된 DDA 회로의 단위 이득 주파수는 1.32GHz이 고 이를 이용하여 DDA 저역통과 필터를 설계하여 HSPICE로 시뮬레이션한 결과 필터의 차단 주파수는 630KHz로 설계명세조건과 일치하였다.
고효율의 광굴절 회절격자에서 수렴되는 판독빔을 이용해 필터 대역폭을 용이하게 제어할 수 있는 새로운 구조의 능동 대역 필터를 제안하고, 광학실험을 통해 응용 가능성을 증명한다. 제시된 구조에서 격자의 파장선택 특성을 이론적으로 예측하였으며, 실험결과 670.1nm의 중심파장을 갖고 $0.35\sim3.3nm$ 범위의 통과대역 제어가 가능한 필터 구성이 가능함을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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