전력증폭기 트랜지스터 파라미터의 능동 주파수 체배기 성능 영향에 대한 분석

박영철(Youngcheol Park) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.11

본 논문은 RF 전력증폭기용 트랜지스터의 주파수 체배기 활용을 위한 최대 효율 조건에 대해 분석하고, 고효율 달성을 위한 출력 정합 회로에서의 고조파 임피던스와 기생 성분에 의한 부정합 영향에 대해 고찰하였다. 이를 바탕으로 능동 주파수 체배기의 설계에 있어 입력 바이어스 제어를 통해 고조파 전류를 발생시키는 경우의 이론적인 고조파 전력을 예상하였으며, class-F 구조를 기반으로 하여 주파수 3체배기를 설계하고, 트랜지스터의 비선형 파라미터로써 정규화된 3차 고조파 전력을 예상하였다. 위의 분석 결과를 바탕으로 2.475 GHz에서 주파수 3체배기를 설계하였으며, 시뮬레이션 효율 약 19.5 % 및 측정 효율 22.9 %, 최대 변환 이득 9.5 dB의 결과를 얻을 수 있었다. In this paper, the optimal condition for efficient active frequency multipliers is analyzed. This analysis is based on the effects from transistor nonlinear coefficients, harmonic impedances, and output parasitic components. From the analysis, normalized harmonic power is estimated with the clipping condition of a commercial transistor, and the condition for high conversion efficiency is suggested. From the analysis, a class-F frequency tripler was implemented for the output at 2.475 GHz, showing the maximum efficiency of 22.9 % and the maximum conversion gain of 9.5 dB.

다중 톤 신호의 통계적 특성 확보를 통한 광대역 신호 증폭기의 인접 채널 간섭 분석

박영철(Youngcheol Park) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.12

본 논문에서는 광대역 무선 신호를 증폭하는 전력증폭기의 성능 테스트 시 인접 채널 간섭(ACLR) 특성을 측정하는 데 있어서, 효과적인 다중 톤 생성을 활용한 테스트 방안에 관하여 연구하였다. 그 동안 단일 주파수 정현파 신호를 테스트에 활용하는 경우 신호가 복잡해짐에 따라 오차가 증가하는 문제점이 있기에, 실제 변조 신호와의 측정 오차를 최소화하도록 다중 톤 신호를 설계하는 방식을 제안하였다. 제안된 다중 톤은 시간 축에서의 유사성을 확보하는 방식으로 설계되어 기존의 다중 톤 생성 방식 대비 더욱 적은 수의 톤으로 정확한 결과를 얻을 수 있다. 이의 검증을 위하여 802.11a 규격의 기저 대역 복소 신호를 다중 톤 신호로 대체하였으며, 이를 전력증폭기 성능 검증에 활용하였다. 그 결과, N=10 이상의 톤 수를 확보하는 경우 3차, 5차 비선형성에 의한 ACLR 특성이 실제 신호 활용한 경우와 1 ㏈ 이하의 오차를 나타내었다. In this paper, a design method of multi-tone signals for the measurement of adjacent-channel power-ratios on power amplifiers is suggested. Because most tests for power amplifiers in production are performed with single-tone signals, its testing accuracy is not guaranteed as the signal complexity increases. Therefore, the application of multi-tone signals to the testing is suggested by optimized complex coefficients of each tones for the best statistical similarity to the original modulated signal. From the verification, a 802.11a signal was replaced with a multi-tone signal of N=10, with the complex coefficients generated by the suggested method. The resulting measurements on the ACLR of 2.4 ㎓ power amplifier showed successful accuracy of less than 1 ㏈ discrepancy.

F급 전력증폭기의 출력 전력 불확도에 대한 DC 영향 분석 및 최적 바이어스 조건 도출에 관한 연구

박영철(Youngcheol Park),윤회진(Hoijin Yoon) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.2

본 논문은 F급 무선 전력증폭기의 설계에 있어 바이어스 전압의 불확도가 출력 전력에 미치는 영향을 분석하고, 이를 최소화하는 바이어스 조건을 도출하였다. 이를 위하여 불확도 전파이론을 활용하여 전력증폭기의 출력 전력에 대한 드레인 및 게이트 바이어스 공급 전압의 불확도가 전파되는 영향에 대하여 이론적인 해석 및 측정 민감도에 대해 분석하였으며, 1.9 GHz에서 동작하는 F급 전력증폭기 회로에서의 전력 불확도에 대한 이론적, 실험적 분석 방법을 제시하였다. 더불어, 증폭기의 성능을 유지하면서 출력 불확도를 최소화하기 위한 최적의 바이어스 조건을 도출하였다. 그 결과, 1.17W 출력 전력에 대한 전원 공급 장치의 전압 불확도는 바이어스 조건에 따라 약 15~65 mW의 영향을 미치는 것으로 파악되었으며, 최적 바이어스 조건으로 측정할 경우 출력 전력은 0.37 dB 감소하는 반면에 출력 불확도는 15 mW 이하로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. In this paper, the propagation effect of power supply uncertainty on the output of class-F power amplifier has been estimated. Also, a 1.9 GHz, 10 watt class-F power amplifier was measured to verify the estimation and to find the optimal biasing point. By approximating the propagation theory of uncertainties, the propagation effect of bias uncertainty was mathmatically calculated. As a result, the DC biases have propagated uncertainties of 15~70 mW. However, at the optimized bias point, the uncertainty in the output power could be dropped less than 15 mW while the output power has dropped by 0.37 dB.

마비환자의 근전도제에기능적전기자극을 위한 M-wave 제거용 최적적응필터 설계

염호준,박영철,이영희,윤영로,신태민,윤형로,Yeom Hojoon,Park Youngcheol,Lee Younghee,Yoon Youngro,Shin Taemin,Yoon Hyoungro 대한의용생체공학회 2004 의공학회지 Vol.25 No.6

중추신경계손상으로 인하여 약화된 근육기능을 회복하기 위한 전기자극의 제어신호로 생체신호를 이용하고 있다. 생체신호중에서 마비된 근육에서 발생되는 자발적이면서 근수축을 하기에 부족한 자발근전도신호로 전기자극의 강도를 조절해야 하는 경우, 전기자극에 의해 발생되어 자발근전도신호에 섞이는 M-wave를 제거해야 한다. 본 연구에서는 M-wave를 제거하고 동시에 자발근전도신호의 크기를 보존하기 위한 최적필터를 설계하였고 최적필터의 계수는 입력 공분산 행렬의 최소고유치에 해당하는 고유벡터가 됨을 보였으며. inverse Power methd(IPM)을 사용하여 이를 적응적으로 구현하는 과정을 통해 기존의 예측오차필터 방법이 부최적 방법임을 보였다. 최적필터의 성능을 평가하기 위하여 모의데이터에 대한 false-positive rate를 측정하여 분석하였으며, 실험결과는 최적필터가 이전에 연구되었던 예측오차필터에 비해 효과적으로 M-wave를 제거할 수 있음을 보여준다. Biopotential signals have been used as command in systems using electrical stimulation of motor nerves to restore movement after an injury to the central nervous system (CNS). In order to use the voluntary EMG (electromyography) among the biopotentials as a control signal for the electrical stimulation of the same muscle for CNS injury patients, it is necessary to remove M-wave of having high magnitude from raw data. We designed an optimal filter for removing the M-wave and preserving the voluntary EMG and showed that the optimal filter is eigen filter. We also proved that the previous method using the prediction error filter(PEF) is a suboptimal filtering in the sense of preserving the voluntary EMG. On basis of the data obtained from a model for M-wave and voluntary EMG and from actual CNS injury patients, with false-positive rate analysis, the proposed adaptive filter showed a very promising performance in comparison with previous method.

GRNN 계층적 구조를 이용한 실시간 시선 식별 시스템 구현

박동석(DongSuk Park),정유선(YouSun Jeoung),윤영지(YoungJi Youn),신보경(BokYoung Shin),김혜민(HyeMin Kim),나상동(Sangdong Ra),박영철(YoungCheol Park),배철수(Cheolsoo Bae) 한국통신학회 2007 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.7

노이즈 캔슬링 헤드폰에 적합한 잔여 음악 제거기 기반의 2차 경로 추정 알고리즘

지유나,이근상,박영철,Ji, Youna,Lee, Keunsang,Park, Youngcheol 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.5

본 논문은 노이즈 캔슬링 헤드폰을 위한 능동 소음 제어 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 피드백 구조의 filtered-x least mean square algorithm(FxLMS) 기반 능동 소음 제어 기술을 이용하여 외부에서 헤드폰 내부로 유입되는 소음을 제어한다. 이때 가변적인 2차 경로에 강인하게 대처하기 위해 지속적으로 2차 경로를 추정하는 잔여 음악제거기 기반의 온라인 2차 경로 추정 알고리즘을 이용한다. 실험을 통해 2차 경로가 변화하는 환경에서 제안 능동 소음제어 알고리즘은 기존 알고리즘들에 비해 음악 신호의 왜곡 없이 안정적으로 일관성 있는 소음 제어 성능을 보임을 확인하였다. An active noise control (ANC) algorithm for noise canceling headphone is proposed. In this study, the feedback ANC operated with the filtered-x least mean square algorithm (FxLMS) algorithm is used to attenuate the undesired noise. Also an adaptive residual music canceller (RMC) is proposed for enhancing the accuracy of the reference signal of the feedback ANC. Simulation results show that a high quality of music sound can be consistently achieved in a time-varying secondary path situation.

비선형 음향 반향 제거를 위한 파티션 블록 주파수 영역 적응 필터링 알고리즘

이근상,지유나,박영철,Lee, Keunsang,Ji, Youna,Park, Youngcheol 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.3

This paper proposes a robust nonlinear acoustic echo canceller (NAEC) which is effective for modeling the nonlinearity of a speaker module and the long acoustic echo path within a speech communication environment. The proposed NAEC utilizes a sigmoid pre-processor for modeling the speaker nonlinearity and a partitioned block frequnecy-domain adaptive filter for identifying the acoustic echo path with small delay. Simulation results confirmed that the proposed algorithm achieves excellent performance with much lower computational complexity than the previous NAEC. 본 논문은 음성 통신 환경에서 스피커 모듈 비선형 특성 모델링과 긴 음향 반향 경로에서 효율적으로 동작하는 강인한 비선형 음향 반향 제거기를 제안한다. 제안하는 비선형 음향 반향 제거기는 sigmoid 전처리기를 사용하여 스피커 모듈의 비선형 특성을 모델링하며, 적은 시간 지연으로 긴 음향 반향 경로를 추정할 수 있도록 파티션 블록 주파수 영역 적응 필터를 사용한다. 실험을 통해 스피커 모듈의 비선형 특성이 발생하는 환경에서 제안 비선형 음향 반향 제거기는 기존 비선형 음향 반향 제거기에 비해 적은 연산량으로 우수한 성능을 보임을 확인하였다.

전류모드논리 주파수 분할기를 통한 기저대역 AM 변조 신호의 왜곡 특성 연구

김혁(Hyeok Kim),박영철(Youngcheol Park) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.7

본 논문은 AM 변조 신호를 전송하기 위한 전류모드논리 주파수 분할기를 설계하고, 모의실험 결과를 통해 입출력 파형과 bias 포인트의 변화에 따른 출력 전압을 분석하였다. 또한, 입력 주파수 1,400 MHz에서 최적화되어 동작하는 주파수 분할기를 설계하였으며, 이를 통해 700 MHz 변조 신호의 전송 가능성을 확인하였다. 설계된 주파수 분할기는 100 MHz부터 3,000 MHz까지 동작하며, 2,900 MHz의 대역폭을 가지고 입력 주파수 1,400 MHz에서 -33 dBm의 입력 전력으로 변환 이득 14 dB를 갖도록 설계되었다. DC 전압 VDD=3 V에서 입력 전압 VPeak = 0.2 V일 때 Itotal = 30 mA가 흐르며, 변조 지수 m=0.5인 진폭 변조 신호의 반송파 주파수가 1,400 MHz에서 700 MHz로 분주되는 것을 확인하였다. In this paper we designed a current mode logic frequency divider to transmit a baseband amplitude modulated signal. From simulation result, we studied input and output waveforms according to the variation of input bias voltage. For the purpose of the verification of the study, we designed a current mode logic frequency divider at 1,400 MHz. The designed frequency divider operates between 100 MHz and 3,000 MHz, for -33 dBm input power. The circuit draws Itotal = 30 mA from VDD=3 V supply, and the simulation result shows that an amplitude modulated signal at 1,400 MHz with the modulation index of 0.5 was successfully downconverted to 700 MHz.

동적 주파수 분할기의 변조신호 전송 조건을 위한 입출력 전달 특성 분석과 설계에 대한 연구

류성헌(Sungheon Ryu),박영철(Youngcheol Park) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.2

본 논문은 주파수 분할기를 통한 변조신호 전달시스템의 구현에 있어, 동적 주파수분할기의 출력 유지 조건 및 동작 주파수의 관계식을 활용하여 반송주파수가 분할된 변조신호의 전달함수를 도출하였다. 이러한 분석으로부터, 동적 주파수 분할기의 전달함수는 크기 신호에 대하여 곱셈기의 이득과 입력 전압의 일차 선형 함수로 결정되며, 위상은 입력위상에 대역필터의 군지연이 합산되는 관계로 파악되었다. 이에 따라 1,400 MHz 대역에서 동작하는 동적 주파수 분할기를 설계하였으며, 이를 통해 700 MHz 대역으로의 변조신호 전달 가능성을 확인하기 위한 모의실험을 수행하였다. 설계된 회로는 0.9~3.2 GHz에서 동작하며, 2.3 GHz의 대역폭을 가지고 입력 주파수 1.4 GHz에서 —14.5 dBm의 입력 전력으로 동작하도록 설계되었다. 바이어스 전압 VDD=2.5 V에서 입력 파형 VPP=136 mV일 때 20 mW의 전력을 소모하며, 변조지수 0.9인 진폭변조신호를 1.4 GHz에서 700 MHz로 성공적으로 전송하는 것을 확인하였다. In order to transmit baseband signals through frequency dividing devices, we studied the transfer function of the device in the term of the baseband signal distortion. From the analysis, it is shown that the magnitude of the envelope signal is related to the mixer gain and the insertion loss of the low pass filter whilst the phase is the additional function with the 1/2 of the phase delay. For the purpose of the verification of the study, we designed a dynamic frequency divider at 1,400 MHz. The operating frequency range of the device is closely related to the conversion gain of mixers and the amplitude of input signal, and becomes wide as the conversion gain of mixers increases. The designed frequency divider operates between 0.9 GHz and 3.2 GHz, for-14.5 dBm input power. The circuit shows 20 mW power dissipation at VDD=2.5 V, and the simulation result shows that an amplitude modulated signal at 1,400 MHz with the modulation index of 0.9 was successfully downconverted to 700 MHz.

이중 대역 전송선로를 활용한 이중 대역 F급 전력 증폭기 개발

이창민(Changmin Lee),박영철(Youngcheol Park) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.47 No.4

본 논문에서는 셀룰러와 ISM 대역에서 동작하는 이중 대역 고효율 F급 전력증폭기를 제안하였으며, 이를 위해 우선적으로 E-pHEMT FET를 사용하여 두 (840㎒, 2.4㎓) 대역에서 동작하는 각각의 단일 F급 PA를 설계하여 효율을 확인였다. 그 결과, 840㎒에서 동작하는 PA의 경우 출력 전력 24.4㏈m에서 81.2%의 효율을 얻었고, 2.4㎓에서 동작하는 PA는 출력 전력 22.4㏈m에서 93.5%의 효율을 얻었다. 이후 두 대역에서의 성능을 이중 대역 F급 전력증폭기에서 구현하기 위하여 이상적인 SPDT 스위치의 개념을 적용한 이중 대역 고조파 제어 회로를 설계하였다. 실제 SPDT 스위치를 적용하기 이전 단계로써 전송선로의 길이를 조절하여 이중 대역에서 동작하는 F급 증폭기를 개발하였다. 실험 결과, 840㎒ 모드의 경우에 23.5㏈m에서 60.5%의 효율을, 2.4㎓ 모드는 19.62㏈m에서 50.9%의 효율을 얻을 수 있었다. 이는 저가의 2㎓ 이하에서 사용되는 FR-4기판에서도 그 이상의 고조파 제어가 가능하고 고효율의 F급 전력 증폭기 제작이 가능함을 보여준다. In this paper, highly efficient dual-band class-F power amplifiers(PAs) for cellular and WLAN bands are suggested and implemented. For the first step, single-band class-F amplifiers at 840㎒, 2.4㎓ are designed using commercial E-pHEMT FETs. The performance of two single band PAs are as much as 81.2% of efficiency with the output power of 24.4㏈m with 840㎒ PA and 93.5% of efficiency with 22.4㏈m from the 2.4㎓. For the dual-band class-F PA, the harmonic controlling circuit with ideal SPDT switch was suggested. The length of transmission line is variable by a SPDT switch. As a results, the operation in 840㎒ showed the peak efficiency of 60.5% with 23.5㏈m, while in 2.4㎓ mode the efficiency was 50.9% with the output power of 19.62㏈m. Besides, it is shown that the harmonic controller of class-F above 2㎓ could be implemented on the low cost FR-4 substrate.