저전력 잡음 상쇄 Balun-LNA의 설계 = Design of a Low-Power Noise-Cancelling Balun-LNA

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 gm-boosting 기술이 포함된 저전력 잡음 상쇄 Balun-LNA를 제안한다. 제안된 저잡음 증폭기는 local feedback, 잡음 상쇄 그리고 전류 재사용 기술을 통해 구현되었다. Basic 구조의 common-gate(CG) - common-source(CS) balun 구조는 3 dB 이상의 Noise Figure (NF)를 가진다는 한계점이 있다. CS-stage의 잡음 기여를 줄이기 위해 CS 단의 transconductance를 높이는 practical balun-LNA 구조가 연구되었다. 하지만 출력단 unsymmetrical load 저항이 gain과 phase의 불일치를 만든다는 단점이 있다. Symmetrical load 저항을 사용하기 위해 current-bleeding 구조가 연구되었고, 이 구조를 통해 이득과 위상의 불일치 문제점을 해결하였다. 하지만, CS-stage의 transconductance를 높이기 위해 전력 소모가 증가하는 단점이 발생한다. 그리고 제안하는 저전력 잡음 상쇄 Balun-LNA는 current-reuse CS-stage를 사용하여 이전 연구들의 높은 전력 소모 문제를 해결하였다.
제안하는 저전력 잡음 상쇄 Balun-LNA는 65-nm CMOS 공정을 통해 설계되었으며, 주파수 범위는 0.1 – 0.9 GHz이다. 27 dB의 전압 이득을 달성하였고, S11은 <–10 dB, IIP3 / OIP3는 –6.26 / 20.74 dBm, Noise Figure는 2.35 - 2.67 dB를 달성하였다. Supply voltage는 1V이며 총 전력 소모는 3.58 mW이다. Active die area는 0.0345 mm2 이다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 동기 1
• 1.2 설계 목표 8
• 1.3 논문 구성 8
• 2. 기존의 Balun-LNA 구조 9
• 2.1 Basic CG-CS Balun-LNA 9
• 2.2 Practical CG-CS Balun-LNA 12
• 2.3 gm-boosting 기술을 사용한 CG-CS Balun-LNA 14
• 2.4 Current-bleeding 기술을 사용한 CG-CS Balun-LNA 17
• 2.5 Local feedback 기술을 사용한 CG-CS Balun-LNA 20
• 3. 제안하는 저전력 잡음 상쇄 Balun-LNA 22
• 3.1 새로운 저전력 잡음 상쇄 Balun-LNA의 구조 22
• 3.2 회로 구현 27
• 3.3 회로 분석 30
• 3.3.1 입력 임피던스 분석 31
• 3.3.2 Voltage gain 분석 32
• 3.3.3 Noise 분석 33
• 4. 저전력 잡음 상쇄 Balun-LNA의 측정 결과 36
• 5. 결론 41
• 6. 참고 문헌 42
• Abstract 45