JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제11권1호
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pp.59-64
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2011
A low noise and low power RF front-end for 5.8 GHz DSRC (Dedicated Short Range Communication) receiver is presented. The RF front-end is composed of a single-to-differential two-stage LNA and a Gilbert down-conversion mixer. In order to remove an external balun and 5.8 GHz LC load tuning circuit, a single-to-differential LNA with capacitive cross coupled pair is proposed. The RF front-end is fabricated in a 0.13 ${\mu}m$ CMOS process and draws 7.3 mA from a 1.2 V supply voltage. It shows a voltage gain of 40 dB and a noise figure (NF) lower than 4.5 dB over the entire DSRC band.
본 논문에서는 마이크로스트립 대역통과 여 파기와 0.2$\mu\textrm{m}$ CMOS 공정을 이용한 저 잡음 증폭기를 이용하여 블루투스 리시버를 설계하였다. 설계한 저잠음 증폭기는 캐스코드 인버터를 이용하였으며, 레퍼런스 전압원을 가지며 쵸크 인덕터를 사용하지 않는 1단으로 설계하였다. 설계된 2.4GHz 저잡음 증폭기는 2.8dB의 NF값과 18dB의 전력이득을 가지고 있으며, 2.5V 공급 전원에서 255mW의 소모전력을 가지고 있다. 또한 마이크로스트립리시버 여파기는 중심주파수는 2.45GHz이고 대역폭은 4%이고 삽입손실은 -l.9dB를 가지고 있다. 마이크로스트립 대역통과 여과기와 저잡음 증폭기를 시뮬레이션 하였을 경우 16.3dB의 전력이득을 나타내 어 블루투스 대역에서 대역통과의 좋은 특성을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 0.25${\mu}m$ T형 게이트 P-HEMT의 제작 및 특성 평가를 하였고, 제작된 P-HEMT를 X-밴드용 3단 MMIC 저잡음 증폭기 설계에 응용하였다.제작된 P-HEMT의 DC 특성은 최대 외인정 전달 컨덕턴스가 400mS/mm이고, 최대 드레인 전류는 400mA/mm이었다. RF 및 잡음 특성은 전류 이등 차단 주파수($f_T$)가 65GHz이고, 주파수 9GHz에서 최소 잡음 지수는 0.7dB, 관련 이득은 14.8dB이었다. 이때의 바이어스 조건은 Vds가 2V이고, Ids는 60%Idss이었다. 저잡음 증폭기 설계에 있어서, 회로 Topology는 인덕턴스 직렬 궤환(Series Feedback)으로 쇼토 스터브(Short Stub)를 사용하였다. 이때 최적의 쇼트 스터브 길이를 찾기 위해, 직렬 궤환에 의한 잡음 지수와 이득 특성, 그리고 안정성에 대한 영향을 조사하였다. 설계된 회로의 특성은 주파수 8.9-9.5GHz에서 이득이 33dB이상, 잡음 지수가 1.2dB이하, 그리고 입출력 반사 계수가 각각 15dB와 14dB이하로 우수한 성능을 보였다. 따라서 제작된 소자가 고이득 X-밴드용 저잡음 증록기에 매우 적합한 소자임을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 2.4GHz 대역에서의 응용을 위한 광대역 RF 모들을 설계하고 제작하였다. 무선 주파 신호를 중간 주파수로 변환하기 위한 RF 모듈은 3단 증폭기로 이루어진 저잡음 증폭기(LNA), 단종단 게이트 믹서, 정합 회로, 헤어핀 라인 대역 통과 필터, 쳬비셰프 저역 통과 필터로 구성하였다. 저잡음 증폭기는 높은 이득과 안정도를 갖도록 설계하였으며, 단종단 게이트 믹서는 높은 변환이득과 넓은 동작 영역을 갖도록 설계하였다. 광대역 RF모듈의 해석에서는 복합화된 하모닉 밸런스드 기법을 사용하여 RF모듈의 동작 특성을 해석하였다. 설계된 RF 모듈은 55.2dB의 변환이득, 1.54dB의 낮은 잡음 특성, $-120{\sim}-60dBm$의 넓은 RF전력 동작 영역, -60dBm의 낮은 고조파 성분 그리고 RF, IF, LO포트 간에 우수한 분리 특성을 갖는다.
본 논문에서는 5.2 GHz에서 입력 신호의 크기에 따라 효율적으로 동작하는 저잡음 증폭기를 0.18 um CMOS 공정을 이용하여 설계하였다. 제안된 회로는 궤환 회로와 2단 저잡음 증폭기로 구성되어 있으며, 궤환 회로의 경우 7개의 함수 블록으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 변화되는 신호 전압을 감지하는 것과 이전 상태를 기억하는 저장 회로에 초점을 두어 불필요한 전력 소비를 제거하였다. 기억 기능 특성을 갖는 궤환 회로의 출력값을 이용하여 통제되는 저잡음 증폭기는 11.39 dB에서 22.74 dB까지 변하며, 최고 이득 모드일 때 잡음 지수가 최적화 되도록 설계되었다. 변환 저잡음 증폭기는 1.8 V의 공급 전압에 대해서 5.68~6.75 mW를 소비한다.
본 논문에서는 24GHz에서 동작하는 2단 저잡음 증폭기를 설계 및 제작하였다. 소자는 NEC사의 NE450284C HT-FET를 사용하였고, 양호한 잡음지수를 위한 정합회로 설계 시 좋지 않은 입력 정재 파비를 동시에 고려하여, 원하는 잡음지수와 입력 정재파비를 얻도록 설계하였다. 측정 결과 이득은 16.6dB, 입력 정재파비는 1.6, 그리고 출력 정재파비는 1.5를 넘지 않는 특성을 얻었다.
본 논문에서는 IR-UWB 통신에 적합한 저전력, 저복잡도의 CMOS RF 수신기를 제작하였다. 제안된 IR-UWB 수신기는 비교적 구조가 간단한 non-coherent demodulation 방식으로 설계, 제작되었다. 설계된 IR-UWB 수신기는 single-ended 2-stage LNA, S2D, envelop detector, VGA, comparator로 구성되어 있으며, 0.18 ${\mu}m$ CMOS 공정 기술을 이용하여 단일 칩으로 설계, 제작하였다. 측정 결과 data rate이 1 Mbps 일 때 BER값이 $10^{-3}$ 조건에서 sensitivity는 -80.8 dBm이다. 제작된 단일 칩 CMOS IR-UWB 수신기의 전류 소모는 전압이 1.8 V 일 때, 13 mA이며 23.4 nJ/bit 의 성능을 갖는다.
본 논문에서는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 서브샘플링 직접변환방식 RF 수신기용을 위한 광대역 저잡음 증폭기를 구현하였다. 인버터-형태의 트랜스임피던스 입력단과 3차의 Chebyshev 매칭네트워크를 사용함으로써, 제안한 광대역 저잡음 증폭기 회로는 5.35GHz의 대역폭, $12\sim18dB$의 전력이득, $6.9\sim10.8dB$의 NF, 대역폭 내에서의 -10dB 이하의 입력 임피던스 매칭과 -24dB 이하의 출력 임피던스 매칭을 얻었다. 제작한 칩은 1.8V 단일 전원전압으로 부터 32.4mW의 전력소모를 가지며, $0.56\times1.0mm^2$의 칩 사이즈를 갖는다.
본 논문에서는 레이더 탐지기용 RF 모듈단의 광대역 저잡음 증폭기, 혼합기 그리고 발진기를 설계 및 구현하였다. 이득 평탄도가 좋지 않아 특정 주파수에서 감도가 저하되는 기존 상용 제품의 단점을 개선하기 위해 RF 모듈단의 구조를 제안한다. 제안한 RF 모듈단은 광대역 2단 저잡음 증폭기와 혼합기, 그리고 세 개 대역의 발진기로 구성되어 여러 주파수를 검출할 수 있는 동시에 최대 이득과 이득 평탄도를 향상시켰다. 제작된 RF 모듈단의 측정 결과, 전 대역에서 36 dB 이상의 변환 이득을 나타내었으며 이득 평탄도는 5 dB를 나타내었다. 이러한 결과는 기존 상용 제품의 문제점인 최대 이득을 35 dB에서 41 dB로 6 dB 향상시켰고, 이득 평탄도 또한 22 dB에서 5 dB로 17 dB 개선시켰음을 보여준다.
다중모드/다중대역 무선 통신 수신기에 사용할 수 있는 재구성 가능한 CMOS 저잡음 증폭기를 개발하였다. 입력단에 common-gate 트랜지스터 회로를 사용함으로써 출력단의 impedance 만을 조절하면 여러 주파수 대역에서 최적의 특성을 갖도록 하였다 통상적인 common-gate 형태의 저잡음 증폭기는 3dB 이상의 높은 잡음 지수를 갖는데, 부귀환 회로를 사용하여 2dB 이하의 잡음 지수를 갖도록 하였다. 무선 수신기의 선형성 특성을 최적화할 수 있도록 저잡음 증폭기의 전압 이득을 조절 할 수 있도록 하였다. 0.13mm CMOS 공정을 이용하여 개발하였으며 $1.8{\sim}2.5GHz$ 대역에서 전압 이득은 $19{\sim}20dB$, 잡음 지수는 $1.7{\sim}2.0dB$, third-order input intercept point (IIP3)는 -2dBm이다. 1.2V의 공급 전압에서 7mW의 전력을 소모한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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