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차량용 레이더를 위한 26GHz 40nm CMOS 광대역 가변 이득 증폭기 설계
최한웅,최선규,이은규,이재은,임정택,이경혁,송재혁,김상효,김철영,Choi, Han-Woong,Choi, Sun-Kyu,Lee, Eun-Gyu,Lee, Jae-Eun,Lim, Jeong-Taek,Lee, Kyeong-Kyeok,Song, Jae-Hyeok,Kim, Sang-Hyo,Kim, Choul-Young 한국전기전자학회 2018 전기전자학회논문지 Vol.22 No.2
이 논문에서는 40nm CMOS 공정을 이용하여 제작된 26GHz 가변 이득 증폭기에 대한 연구를 수행하였다. 79GHz를 사용하는 자동차 레이더의 경우 주파수 특성상 회로 전체를 79GHz로 설계 및 매칭 하기 보다는 Down conversion 하여 낮은 주파수대역으로 구동하거나 Up conversion 전에 낮은 주파수 대역을 이용하는 것이 설계 및 구동에 유리하다. 실제적으로 TTD(True Time Delay)를 통해 시간지연을 이용하는 Phased Array System 의 경우에도 현재 기술로는 낮은 주파수로 Down conversion하는 것이 오차를 줄이고 실제적 시간지연을 구현하는데 좋다. 79GHz 주파수의 1/3인 26GHz 주파수 대역에서 동작하는 VGA(Variable Gain Amplifier)에 대하여 설계하였고 1-stage의 cascode amplifier 형태로 구성된 회로에서 VDD : 1V, Bias 0.95V, S11은 < -9.8dB(Mea. High gain mode), S22 <-3.6dB(Mea. High gain mode), Gain : 2.69dB(Mea. High gain mode), P1dB : -15 dBm (Mea. High gain mode) 로 설계되었다. Low gain mode 에서는 S11은 < -3.3dB(Mea. Low gain mode), S22 < -8.6dB(Mea. Low gain mode), Gain : 0dB(Mea. Low gain mode), P1dB : -21 dBm (Mea. Low gain mode)로 설계되었다. In this paper, a 26GHz variable gain amplifier fabricated using a 40nm CMOS process is studied. In the case of an automobile radar using 79 GHz, it is advantageous in designing and driving to drive down to a low frequency band or to use a low frequency band before up conversion rather than designing and matching the entire circuit to 79 GHz in terms of frequency characteristics. In the case of a Phased Array System that uses time delay through TTD (True Time Delay) in practice, down conversion to a lower frequency is advantageous in realizing a real time delay and reducing errors. For a VGA (Variable Gain Amplifier) operating in the 26GHz frequency band that is 1/3 of the frequency of 79GHz, VDD : 1V, Bias 0.95V, S11 is designed to be <-9.8dB (Mea. High gain mode) and S22 < (Mea. high gain mode), Gain: 2.69dB (Mea. high gain mode), and P1dB: -15 dBm (Mea. high gain mode). In low gain mode, S11 is <-3.3dB (Mea. Low gain mode), S22 <-8.6dB (Mea. low gain mode), Gain: 0dB (Mea. low gain mode), P1dB: -21dBm (Mea. Low gain mode).
Sub-GHz 근거리 무선통신을 위한 0.18 μm CMOS 전력증폭기
임정택(Jeong-Taek Lim),최한웅(Han-Woong Choi),이은규(Eun-Gyu Lee),최선규(Sun-Kyu Choi),송재혁(Jae-Hyeok Song),김상효(Sang-Hyo Kim),이동주(Dongju Lee),김완식(Wansik Kim),김소수(Sosu Kim),서미희(Mihui Seo),정방철(Bang-Chul Jung),김철영(Ch 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.11
본 논문은 0.18 μm CMOS 공정을 이용한 Sub-GHz 근거리 무선통신을 위한 전력증폭기 설계에 관한 내용이다. 가상 접지 노드를 용이하게 형성하며, 출력전력을 키울 수 있는 차동구조로 설계하였으며, breakdown으로 인한 문제를 최소화하기 위하여 cascode 구조로 설계하였다. 또한 출력전력과 Power Added Efficiency(PAE)가 최대가 되도록 트랜지스터 게이트 폭을 결정하고, matching network으로 인한 손실이 최소화하기 위해 EM simulation을 통하여 balun을 최적화하였다. 제작된 전력증폭기는 크기가 2.14 ㎟이며, 860~960 MHz의 주파수 범위에서 49.5 dB 이상의 이득과 26.7 dBm의 최대출력을 가지며, 최대효율은 20.7 %이다. A power amplifier for subgigahertz short-range wireless communication using 0.18-μm CMOS technology is presented. It is designed as a differential structure to form easily a virtual ground node, to increase output power, and to design a cascode structure to prevent breakdown. The transistor gate width was determined to maximize the output power and power-added efficiency(PAE), and the balun was optimized through electromagnetic simulation to minimize the loss caused by the matching network. This power amplifier had a gain of more than 49.5 dB, a saturation power of 26.7 dBm, a peak PAE of 20.7 % in the frequency range of 860 to 960 MHz, and a chip size of 2.14 ㎟.