InGaP/GaAs HBT를 이용한 WLAM용 Low Noise RFIC VCO

명성식,전상훈,육종관 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.2

본 논문은 5 GHz 대역의 저위상잡음 특성을 갖는 모두 집적화된 LC Tank 전압제어 발진기를 설계 제작하였다. 제작된 전압제어발진기는 PN 다이오드를 사용하여 튜닝되며, 제어 전압 0∼3 V 하에서 튜닝 범위는 5.01∼5.30 GHz의 290 MHz 튜닝 범위를 가진다. 우수한 위상 잡음 특성을 얻기 위해 LC 필터링 기법을 이용하여 전류 전원 트랜지스터의 열잡음의 상향 변환을 막았다. 측정 결과 위상잡음은 -87.8 dBc/Hz@100 kHz offset, -111.4 dBc/Hz@1 MHz offset의 우수한 특성을 보였다. 또한 LC 필터로 인해 약 5 dB의 위상잡음 특성이 개선됨을 알 수 있었으며, 이는 HBT 공정을 이용한 최초의 실험적 결과이다. 제작된 전압제어 발진기의 FOM은 -172.1 dBc/Hz이며, 이는 5 GHz 대역의 InGaP HBT VCO 중 최고의 성능이다. 또한 본 논문에서 제안한 발진기는 기존의 InGaP HBT를 이용한 VCO에 비해 더 낮은 DC 전력을 소모하며, 더 높고 평탄한 출력 전력 특성을 보였다. This paper presents a fully integrated 5 GHz band low phase noise LC tank VCO. The implemented VCO is tuned by integrated PN diodes and tuning rage is 5.01∼5.30 GHz with 0∼3 V control voltage. For improved phase noise performance, a LC filtering technique is adapted. The measured phase noise is -87.8 dBc/Hz at 100 kHz offset frequency and -111.4 dBc/Hz at 1 MHz offset frequency which is excellent performance. Moreover phase noise is improved by 5 dB after employing the LC filter. It is the first experimental result in field of InGaP/GaAs HBT VCOs. The figure of merit of the fabricated VCO with LC filter is -172.1 dBc/Hz. It is the best result among 5 GHz InGaP HBT VCOs. Moreover this work shows lower DC power consumption, higher output power and more fixed output power compared with previous 4, 5 GHz band InGaP HBT VCOs.

InGaP/GaAs HBT를 이용한 5.4 GHz 대역의 고성능 초고주파 집적회로 저잡음 증폭기 설계

명성식,육종관,전상훈 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.7

본 논문은 InGaP/GaAs HBT를 사용하여 5.4 GHz 대역의 고성능 저잡음 증폭기를 제안하였다. 기존에 InGaP/ GaAs HBT는 고전력 증폭기 설계에 주로 사용되어 왔으나, 최근 RF 단일칩화를 위한 소자로 인식되고 있다. 이에 InGaP/GaAs HBT 소자를 이용한 저잡음 증폭기 설계에 대한 연구가 선행되어야 하며, 본 논문에서는 InGaP/GaAs HBT의 우수한 선형성 특성과 잡음 특성을 이용하여 뛰어난 성능의 저잡음 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제안된 저잡음 증폭기는 높은 Q의 나선형 인덕터와 MIM 형태의 캐패시터 등의 수동 소자와 능동 소자가 모두 한 칩에 집적화 되어 입출력 패드와 함께 0.9×0.9 mm2의 면적에 집적화 되었다. 제안된 저잡음 증폭기는 최적의 동작점을 선택해 이득과 잡음 지수를 최적화 하였으며, 더불어 우수한 선형성을 얻을 수 있었다. 측정 결과 제작된 저잡음 증폭기는 13 dB의 이득과 2.1 dB의 우수한 잡음 지수를 보였으며, IIP3 5.5 dBm의 우수한 선형성이 측정되었다.

대역폭 특성이 개선된 평행 결합 선로 필터의 소형화 기법

명성식,육종관,Myoung, Seong-Sik,Yook, Jong-Gwan 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.2

본 논문은 기존에 제시된 집중 소자 캐패시터와 접지를 이용한 평행 결합 선로 필터의 소형화 기법이 갖는 대역폭 감소 문제를 해결하는 기법을 제안하였다. 평행 결합 선로 필터는 그 설계 및 제작이 쉬워 RF(Radio Frequency) 필터로 많은 응용이 이루어지고 있다. 이러한 평행 결합 선로 필터에 대하여 기존에 제시된 집중 소자 캐패시터와 접지를 이용한 소형화 기법은 적은 수의 캐패시터만을 이용하여 필터를 소형화할 수 있으며, 더불어 고조파 특성의 개선 및 스컷 특성의 개선 등의 부가적인 장점이 있는 기법이나 제시된 기법을 이용하여 필터를 소형화할 경우 대역폭이 감소한다는 문제점을 가지고 있었다. 본 논문에서는 이러한 대역폭의 감소를 필터를 구성하는 각 단의 평행 결합 선로의 군지연 변화를 계산하여 대역폭의 감소의 정도를 유추하고, 역으로 대역폭이 감소하는 만큼 사전에 필터의 대역폭을 크게 설계함으로 소형화로 인한 대역폭의 감소를 해결하는 방법을 제시하였다. 제안된 기법에 대한 검증을 위해 테프론(${\varepsilon}_r=2.2$) 기판을 사용하여 무선 랜 대역인 5.2 GHz대역의 FBW(Fractional Band Width) 10%의 필터를, 제안한 기법을 적용하여 공진기의 길이를 ${\lambda}/4$로 줄인 헤어핀 형태로 제작 및 측정하여 제안된 기법의 타당성을 확인하였다. This paper proposes a new miniaturization method for a parallel coupled line filter with enhanced bandwidth characteristics. A previous method incorporated several advantages, such as size reduction through the use of only a small number of capacitors, in addition to grounding, suppression of harmonic characteristics, and improved skirt characteristics for the parallel coupled line filter, which is conventional in the field of RE filters due to its design and fabrication simplicity. However, the previous method also has disadvantages related to the bandwidth shrinkage of the miniaturized filters. In this paper, the amount of bandwidth shrinkage is analyzed in terms of the relationship between the loaded Q(quality factor) and the group delay of a resonator. Moreover, the reduction in the bandwidth is solved by a design with new design equations. To show the validity of the proposed method, a hairpin filter with a center frequency of 5.2 GHz and an fractional bandwidth(FBW) of 10% was scaled down to half its original dimension by the proposed method with the enhanced bandwidth characteristics. The measured result shows a high level of agreement with theoretical results.

주파수 체배기와 PLL을 이용한 10 GHz 생체 신호 레이더 시스템

명성식,안용준,문준호,장병준,육종관,Myoung, Seong-Sik,An, Yong-Jun,Moon, Jun-Ho,Jang, Byung-Jun,Yook, Jong-Gwan 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.2

본 논문에서는 주파수 체배기와 위상 동기화 회로(Phase-Locked Loop: PLL)를 이용한 주파수 합성기를 이용한 10 GHz 대역에서 동작하는 생체 신호 레이더를 제안하였다. 제안된 10 GHz 대역 생체 레이더는 2.5 GHz 전압 제어 발진기와 PLL을 이용하여 발생된 위상 잡음 특성이 매우 뛰어나고 안정적인 정현 신호를 이용하여 뛰어난 생체 신호 검출 성능을 보인다. 또한 10 GHz 대역에서 PLL을 구현하기 어려운 점을 해결하기 위하여 2.5 GHz 대역에서 PLL을 이용하여 발생된 신호를 주파수 체배기를 이용하여 10 GHz 대역 신호를 발생시키는 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 제안된 구조의 생체 레이더의 잡음 특성을 이론적으로 분석하여 제안된 구조의 타당성을 검증하였다. 실험 결과 100 cm까지 매우 우수한 생체 신호 검출이 가능하였으며, 이로서 제안된 구조의 10 GHz 대역의 생체 레이더의 타당성을 확인하였다. This paper presents a novel 10 GHz bio-radar system based on a frequency multiplier and phase-locked loop(PLL) for non-contact measurement of heartbeat and respiration rates. In this paper, a 2.5 GHz voltage controlled oscillator (VCO) with PLL is employed to as a frequency synthesizer, and 10 GHz continuous wave(CW) signal is generated by using frequency multiplier from 2.5 GHz signal. This paper also presents the noise characteristic of the proposed system. As a result, a better performance and economical frequency synthesizer can be achieved with the proposed bio-radar system. The experimental results shows excellent bio-signal measurement up to 100 cm without any additional digital signal processing(DSP), and the proposed system is validated.

임펄스 라디오 시스템에서 RF 대역 통과 필터의 군지연 영향 분석

명성식,권봉수,김영환,육종관,Myoung Seong-Sik,Kwon Bong-Su,Kim Young-Hwan,Yook Jong-Gwan 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.4

본 논문은 초광대역 통신 방식(Ultra Wide Band, UWB)의 하나인 임펄스 라디오 시스템에서 RF(Radio Frequency)필터의 군지연 차에 의한 펄스 신호의 왜곡과 펄스 신호 왜곡으로 인한 시스템 성능의 열화에 대해 분석하였다. 임펄스 라디오는 시간 영역에서 매우 짧은 지속 시간을 갖는 펄스 신호를 변조하여 송신한 후 수신단에서 송신 펄스와 동일한 펄스를 발생하여 상호 상관(cross correlation)을 구해 신호를 판별하게 된다. 이로 인해 군지연 차이로 인한 펄스 파형의 왜곡은 심각한 시스템 성능 열화를 야기할 수 있다. 특히 RF 필터는 공진을 이용한 특성으로 인해, 필터의 차단 특성이 우수할수록 더 큰 군지연 차이를 야기하며, 본 논문에서는 이러한 RF필터의 군지연 차이가 시간 영역에서 펄스 파형의 왜곡에 미치는 영향 및 시스템 성능 열화에 미치는 영향을 분석하였다. 본 논문은 2 단자 회로의 입출력 단이 이상적으로 매칭되어 있을 경우 소신호 산란계수 $S_{21}$이 필터의 전달 함수 $H(\omega)$ 임을 이용하여 임의의 필터를 설계 후 그 $S_{21}$을 구하고, 역 푸리에 변환을 구하여 입력 펄스 파형과 컨벌루션 적분을 통해 출력 파형을 구하였다. 또한 BPM(Bi-Phase Modulation) 및 PPM(Pulse Position Modulation) 변조 임펄스 라디오 시스템의 BER(Bit Error Rate)을 분석하여 RF 필터의 군지연 차이로 인한 시스템 성능의 열화를 분석하였다. This paper presents analysis results of the effects of RF filter characteristics on the system performance of impulse radio. The impulse radio system transmits modulated pulses having very short time duration and information can be extracted in receiver side based on cross-correlation between received and transmitted pulses. Accordingly, the pulse distortion due to in-band group delay variation can cause serious system performance degradation. In general, RF bandpass filters inevitably cause group delay difference to the signal passing through the filter which is proportional to its skirt characteristic due to its resonance phenomenon. For time as well as frequency domain analysis, small signal scattering parameter $S_{21}$ and its Fourier transform are used to characterize output pulse waveform under the condition that the input and output ports are matched. The output pulse waveform of the filter is predicted based on convolution integral between input pulse and filter transfer function, and resulting BER performances in the BPM and PPM based impulse radio system are calculated.

집중 소자 캐패시터와 접지를 이용한 평행 결합 선로 필터의 소형화 연구

명성식,육종관,Myoung Seong-Sik,Yook Jong-Gwan 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.9

본 논문은 집중 소자 캐패시터와 접지를 사용하여 평행 결합 선로 필터의 새로운 소형화 기법을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 기법은 설계와 제작이 간단하여 RF(Radio Frequency) 필터로 많이 사용되고 있는 평형 결합선로 필터를 소수의 캐패시터와 접지만을 이용하여 필터의 크기를 임의의 길이로 줄일 수 있는 기법이다. 본 논문은 기존의 단일 전송 선로와 평행 결합 선로의 소형화 기법을 평행 결합 선로 필터에 적용하였으며, 접지를 이용해 소형화에 사용될 캐패시터의 개수를 줄이는 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안한 기법은 필터의 소형화와 더불어 집중소자 캐패시터를 사용함으로 인해 필터의 고조파 특성이 개선되며 이로 인해 고주파 영역의 차단 특성이 개선되는 장점이 있다. 제안된 소형화 기법에 대한 검증을 위해 Duroid($\varepsilon$$_{r}$=10)기판을 사용하여 셀룰러폰 대역인 900 MHz 대역의 FBW(Fractional Band Width) 10 %의 필터를, 제안한 기법을 적용하여 공진기의 길이를 λ/4로 줄인 헤어핀 형태로 제작 및 측정하여 제안된 기법의 타당성을 확인하였다.. This paper proposes new miniaturization method of parallel coupled line filter by using capacitors and grounding. Proposed method can reduce resonator size by using only a small number of capacitor and grounding of parallel coupled line filter which is conventional in field of RF filters because of its design and fabrication simplicity. This paper applies the miniaturization method of transmission line and parallel coupled line to parallel coupled line filter, and presents that grounding can reduce the number of shut capacitors. Presented miniaturized method has merits of miniaturization of parallel coupled line, harmonic suppression, and improvement of high frequency skirt with harmonic suppression. For verification of proposed method, this paper presents a hairpin filter, which has 900 MHz center frequency and 10 % FBW, miniaturized to λ/4 by proposed method.

InGaP/GaAs HBT를 이용한 5.4㎓ 대역의 고성능 초고주파 집적회로 저잡음 증폭기 설계

명성식,전상훈,육종관 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.7

본 논문은 InGaP/GaAs HBT를 사용하여 5.4㎓ 대역의 고성능 저잡음 증폭기를 제안하였다. 기존에 InGaP/GaAs HBT는 고전력 증폭기 설계에 주로 사용되어 왔으나, 최근 RF 단일칩화를 위한 소자로 인식되고 있다. 이에 InCaP/GaAs HBT 소자를 이용한 저잡음 증폭기 설계에 대한 연구가 선행되어야 하며, 본 논문에서는 InGaP/GaAs HBT의 우수한 선형성 특성과 잡음 특성을 이용하여 뛰어난 성능의 저잡음 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제안된 저잡음 증폭기는 높은 Q의 나선형 인덕터와 MIM 형태의 캐패시터 등의 수동 소자와 능동 소자가 모두 한 칩에 집적화 되어 입출력 패드와 함께 0.9${\times}$0.9$\textrm{mm}^2$의 면적에 집적화 되었다. 제안된 저잡음 증폭기는 최적의 동작점을 선택해 이득과 잡음 지수를 최적화하였으며, 더불어 우수한 선형성을 얻을 수 있었다. 측정결과 제작된 저잡음 증폭기는 13㏈의 이득과 2.1㏈의 우수한 잡음 지수를 보였으며, IIP3 5.5㏈m의 우수한 선형성이 측정되었다. This paper presents a high Performance LNA based on InGaP/GaAs HBT for 5.4㎓ WAM band applications. During the past days, InGaP/GaAs HBT has been being used for mainly high power amplifiers, but InCaP/GaAs is recognized as a suitable device for RF single chip. At this point, the research about a high performance LNA based on InGaP/GaAs HBT must be preceded, and in this paper, a excellent linearity and noise characteristics LNA based on InGaP/GaAs HBT is desisted and fabricated. The LNA is integrated in new of 0.9${\times}$0.9$\textrm{mm}^2$ single chip with high Q spiral inductors and MIM capacitors. The proposed LNA is biased at current point for optimum noise figure and gain characteristics, futhermore, excellent linearity is achieved. The proposed LNA shows 13㏈ gain, 2.1㏈ noise figure, and excellent linearity in terms of IIP3 of 5.5㏈m.

의공학 분야에서의 인간공학을 위한 동역학해석 기술의 활용

명성식 (사)한국CDE학회 2011 한국CAD/CAM학회학회지 Vol.17 No.1

연성 인쇄 회로 기판을 이용한 초고주파 MEMS 송신기 연구

명성식(Seong-Sik Myoung),김선일(Seon-Il Kim),정주용(Joo-Yong Jung),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.1

본 논문에서는 멤스 기술의 하나인 연성 인쇄 회로 기판을 이용하여 임의의 형태로 변형이 가능한 초고주파 멤스 송신기를 제안하였다. 연성 인쇄 회로 기판은 그 무게가 가볍고 두께가 얇아 경량 소형화 모듈을 만드는데 유리한 장점이 있다. 또한, 연성 인쇄 회로 기판은 종이와 같이 유연한 특성을 가지고 있어 평면이 아닌 임의의 곡면 등에 실장할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 근거리 센서 네트워크 구성을 위한 직교 주파수분할 다중 전송 방식을 위한 선형 무선 송신기를 설계 제작하였다. 송신 모듈의 능동 회로는 전력효율이 높고 선형성이 우수하여 전력 증폭기에 많이 사용되고 있는 InGaP/GaAs HBT 공정을 사용하여 설계 및 제작하였으며, 매칭 회로 및 필터 등의 수동 회로는 연성 인쇄 회로 기판에 직접 집적화하여 제작하였다. 제작된 멤스 송신기는 EVM 특성을 통하여 시스템 성능을 분석하였다. This paper presents the flexible MEMS transmitter based on flexible printed circuit board or FPCB, which can be transformed to arbitrary shape. The FPCB is suitable to fabricate light weight and small size modules with the help of its thin thickness. Moreover a module based on FPCB can be attached on the arbitrary curved surface due to its flexible enough to be rolled up like paper. In this paper, the flexible MEMS transmitter integrated on FPCB for a short-distance sensor network which is based on orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) communication system is proposed. The active device of the proposed flexible MEMS transmitter is fabricated on InGaP/GaAs HBT process which has been used for power amplifier design to take advantages of high linear and high efficient characteristics. Moreover, the passive devices such as the filter and signal lines are integrated and fabricated on the FPCB board. The performance of the fabricated flexible MEMS transmitter is analyzed with EVM characteristics of the output signal.

가상인체 모델링 소프트웨어 LifeMOD™ 에 대한 소개 및 적용사례

명성식(Myeong Seong-sik),박경호(Park Kyung-ho),Shawn Mcguan 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5

The LifeMOD Biomechanics Modeler is the most advanced and complete human modeling program available today. Explore the possibilities of creating true physics-based biomechanics models for any living system. LifeMOD™ is a plug in to the popular ADAMS software (MSCsoftware, Inc.) to provide a complete modeling environment to refine the task of creating passive, and forward-dynamics biological models which interact with the environment, tools, equipment and each other' This technology empowers the investigator to thoroughly understand the forces and the nature of the control strategies behind biological activities.