$0.13{\mu}m$ CMOS 공정을 이용한 X-band용 직교 신호 발생 전압제어 발진기

박명철,정승환,어윤성,Park, Myung-Chul,Jung, Seung-Hwan,Eo, Yun-Seong 대한전자공학회 2012 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.49 No.8

본 논문에서는 X-band 주파수 대역을 위한 직교 신호 발생 전압제어 발진기(Quadrature VCO)를 제안하였다. 제안된 직교신호 발생 전압제어 발진기는 $0.13{\mu}m$ CMOS 공정을 사용하였다. 본 논문에서 제안된 직교 신호 전압제어 발진기는 두 개의 cross-coupled된 차동의 전압제어 발진기와 두 개의 차동 완충기로 구성 되어있다. 이 직교 전압제어 발진기는 4 bit의 capacitor bank와 varactor의 제어 전압으로 주파수를 가변한다. Varactor의 Q-factor를 선형적으로 변화시키기 위해, varactor 에 각각의 다른 bias voltage를 인가하였다. 이 직교 전압제어 발진기는 6.591 GHz에서 8.012 GHz까지의 주파수 가변 범위를 가진다. 이 직교 전압제어 발생기는 7.150 GHz의 출력 주파수를 가질 때 1MHz offset에서 -101.04 dBc/Hz의 Phase noise를 가진다. 공급 전압은 1.5V를 사용 하였고 QVCO core에서 6.5~8.5 mA의 전류를 소모한다. A quadrature voltage controlled oscillator(QVCO) for X-band is presented in this paper. The QVCO has fabricated in Charted $0.13{\mu}m$ CMOS process. The QVCO consists of two cross-coupled differential VCO and two differential buffers. The QVCO is controlled by 4 bit of capacitor bank and control voltage of varactor. To have a linear quality factor of varactors, voltage biases of varactors are difference. The QVCO generates frequency tuning range from 6.591 GHz to 8.012 GHz. The phase noise is -101.04 dBc/Hz at 1MHz Offset when output frequency is 7.150 GHz. The supply voltage is 1.5 V and core current 6.5-8.5 mA.

전기광학효과를 이용한 전계 프로브 센서

경운환,김건덕,어윤성,이상신,Kyoung, Un-Hwan,Kim, Gun-Duk,Eo, Yun-Seong,Lee, Sang-Shin 한국광학회 2009 한국광학회지 Vol.20 No.2

본 논문에서는 전기광학효과를 갖는 $LiNbO_3$ 및 GaAs 물질 기반의 전계 프로브 센서를 제안하고 구현하였다. 이 센서를 이용하여 RF 링 공진필터 소자로부터 방사되는 수평 및 수직방향 성분의 필드세기를 측정하였다. 구현된 $LiNbO_3$ 및 GaAs센서로부터 계산된 감도는 각각 $9.315{\mu}V/\sqrt{Hz}$와 $49.346{\mu}V/\sqrt{Hz}$였으며, 신호 대 잡음비는 ${\sim}50\;dB$와 ${\sim}40\;dB$였다. 그리고 각 센서의 주파수 응답특성은 ${\sim}1.2\;GHz$였다. 마지막으로 센서를 이용하여 테스트 회로의 근접 필드 분포를 측정하였으며, 이는 HFSS 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였다. A compact electric field probe sensor incorporating two different electro-optic materials of $LiNbO_3$ and GaAs was proposed and fabricated, and it was used to measure the strength of the horizontal and vertical fields generated by a microstrip ring-resonator filter. The sensitivities of the sensors in $LiNbO_3$ and GaAs were $9.315{\mu}V/\sqrt{Hz}$ and ${\sim}49.346{\mu}V/\sqrt{Hz}$ respectively, and their signal to noise ratios were approximately ${\sim}50\;dB$ and ${\sim}40\;dB$ respectively. And the operating frequency range was up to ${\sim}1.2\;GHz$. The electric field profile for the test circuit was scanned and found to be in good agreement with that obtained by using the HFSS simulation.

3~5 GHz 광대역 저전력 Single-Ended IR-UWB CMOS 수신기

하민철,박병준,박영진,어윤성,Ha, Min-Cheol,Park, Byung-Jun,Park, Young-Jin,Eo, Yun-Seong 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.7

A fully integrated single ended IR-UWB receiver is implemented using 0.18 ${\mu}m$ CMOS technology. The UWB receiver adopts the non-coherent architecture, which simplifies the RF architecture and reduces power consumption. The receiver consists of single-ended 2-stage LNAs, S2D, envelope detector, VGA, and comparator. The measured results show that sensitivity is -80.8 dBm at 1 Mbps and BER of $10^{-3}$. The receiver uses no external balun and the chip size is only $1.8{\times}0.9$ mm. The consumed current is very low with 13 mA at 1.8 V supply and the energy per bit performance is 23.4 nJ/bit. 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.

초고속 이동체 탐지에 적합한 초광대역 CMOS RFIC 기반 레이다 시스템

김상균(Sang Gyun Kim),어윤성(Yun Seong Eo),박형철(Hyung Chul Park) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.5

본 논문에서는 초고속 이동체 탐지에 적합한 상보형 금속산화 반도체(CMOS) 초광대역(UWB) RFIC 기반의 레이다 시스템을 제안한다. 시스템의 거리 분해능은 15 cm이고, 탐지 범위는 15 m에 이른다. 시스템 구현을 위해서 단일 칩 CMOS UWB IC를 설계, 구현한다. 포락선 검출과 등가 시간 샘플링 구조를 이용하여 측정 및 신호처리 시간을 대폭 단축한다. 측정을 통해서 UWB 펄스의 대역폭은 0.5∼1.0 GHz이며, 중심주파수는 3.5∼4.5 GHz 임을 보인다. 또한 15 m 범위의 신호 수신을 포함하여 대상체 거리값 출력까지의 신호처리 시간은 150 μsec임을 보인다. This paper presents CMOS UWB RFIC based radar system for high speed target detection. The system can achieve resolution of 15 cm and detection range of 15 m. For developed system, single chip CMOS UWB IC is implemented. To reduce the measuring and processing time, envelope detection and equivalent time sampling technique are used. Measurement results show that the bandwidth and center frequency of UWB pulse can be adjusted in the range of 0.5 GHz∼1.0 GHz, 3.5 GHz∼4.5 GHz, respectively. Signal processing time including scan time over 15 m distance is about 150 μsec.

무스위치 정합 네트워크를 이용한 900 MHz ZigBee CMOS RF 송수신기

장원일(Won Il Jang),어윤성(Yun Seong Eo),박형철(Hyung Chul Park) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.8

본 논문에서는 868/915 MHz 대역의 CMOS ZigBee RF 송수신기를 설계, 제작하였다. 무스위치 정합 네트워크를 이용하여 외부 스위치를 사용하지 않아 저가격화 실현이 가능하게 하였고, 스위치의 삽입 손실을 없애 RF 수신기의 잡음지수와 송신기의 출력전력 대비 전력소모에 이득을 가져올 수 있었다. 수신기는 저잡음 증폭기와 믹서, 기저대역 아날로그 회로로 구성되었고, 송신기는 기저대역 아날로그 회로, 믹서, 드라이버 증폭기로 구성되었으며, 주파수 합성기는 정수분주기 구조이다. 제안된 ZigBee RF 송수신기는 0.18 μm CMOS 공정 기술을 이용하여 단일칩 full transceiver 형태로 설계, 제작하었다. 측정 결과, 수신기의 최대 이득은 97.6 dB이고, 잡음지수는 6.8 dB이다. 수신 모드의 전류소모는 32mA, 송신 모드의 전류소모는 33 mA이다. This paper presents a 868/915 MHz CMOS RF transceiver for the ZigBee application. Using a switchless matching network, the off chip switch is removed to achieve the low cost RF transceiver, and by the elimination of the switch"s insertion loss we can achieve the benefits for the RF receiver"s noise figure and transmitter"s power efficiency at the given output power. The receiver is composed of low-noise amplifier, mixer, and baseband analog(BBA) circuit. The transmitter is composed of BBA, mixer, and driver amplifier. And, the integer N type frequency synthesizer is designed. The proposed ZigBee RF full transceiver is implemented on the 0.18 μm CMOS technology. Measurement results show that the maximum gain and the noise figure of the receiver are 97.6 dB and 6.8 dB, respectively. The receiver consumes 32 mA in the receiver mode and the transmitter 33 mA in the transmission mode.

광대역 응용을 위한 6~10 GHz InGaAs 0.15μm pHEMT 27 dBm급 전력증폭기

안현준,심상훈,박명철,김승민,박복주,어윤성,Ahn, Hyun-Jun,Sim, Sang-Hoon,Park, Myung-Cheol,Kim, Seung-Min,Park, Bok-Ju,Eo, Yun-Seong 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.10

A 6~10 GHz wide-band power amplifier was designed using an InGaAs enhancement-mode(E-mode) $0.15{\mu}m$ pseudomorphic high-electron-mobility transistor(pHEMT). The positive gate bias of the E-mode pHEMT device removes the need for complex negative voltage generation circuits, therefore reducing the module size. The wire bond and substrate loss parameters were modeled and extracted using a three-dimensional electromagnetic(3D EM) simulation. For wideband characteristics, lossy matching was adopted and the gate bias was optimized for maximum power and efficiency. The measured gain, in/output return loss, output power, and power-added efficiency were greater than 20 dB, 8 dB, 27 dBm, and 35 %, respectively, in the 6~10 GHz band. 본 논문에서는 InGaAs enhancement mode $0.15{\mu}m$ pHEMT를 이용하여 6~10 GHz 대역에서 동작하는 wide-band 전력증폭기를 설계하였다. Enhancement 소자는 gate 바이어스를 양전압으로 사용하며, 음전압을 위한 추가회로 구성이 없어지며 모듈의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 본 설계에서는 3D-EM(electromagnetic) 시뮬레이션을 통해 패키지 본드와이어의 인덕턴스 및 기판 손실을 예측하여 설계하였다. 광대역을 위해 lossy matching을 사용하고, 전력, 효율 관점에서 최적의 바이어스를 선정하여 설계하였다. 제안한 전력증폭기의 패키지 칩은 6~10 GHz 대역에서 20 dB 이상의 평탄 이득, 8 dB 이상의 입출력 반사손실, 출력전력은 27 dBm 이상, 전력부가효율은 35 % 이상으로 측정되었다.

0.18㎛ CMOS 공정을 이용한 WBAN용 고집적 IR-UWB RF 송수신기

박명철(Myung Chul Park),장원일(Won Il Jang),이경학(Kyoung Hak Lee),어윤성(Yun Seong Eo) 대한전자공학회 2015 대한전자공학회 학술대회 Vol.2015 No.6

This paper presents a fully integrated 3-5 GHz IR-UWB(Impulse Radio Ultra Wide Band) RF transceiver for WBAN (Wireless Body Area Network). WBAN transceiver is needed to requirement such as low power consumption and high data rate. To achieve the low power and low complexity, UWB transceiver is designed for OOK(On-off keying) modulation using energy detection. Receiver topology is a non-coherent energy detector and RF notch filter is integrated for the rejection of the undesired interferers below 2.4 GHz. IR-UWB signal is generated by using VCO and switch mechanism which reduce power consumption and VCO leakage. Each channel has same spectral mask and support to 500MHz bandwidth. It is fabricated in 0.18um CMOS and power supply is 1.8v. Sensitivity is - 84.1 dBm at 3.5GHz. Transmitter average and peak power are - 48.71 dBm/MHz and -13.79 dBm/50MHz when PRF is 15.6MHz. Receiver power consumption is 4.1mW and transmitter is 3.3mW.

경로 손실 변화의 보상이 가능한 77 ㎓ 차량용 레이더 시스템을 위한 65 ㎚ CMOS 베이스밴드 필터

김영식(Young-Sik Kim),이승준(Seung-Jun Lee),어윤성(Yun-Seong Eo) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.10

본 논문에서는 77 ㎓ 자동차 레이더 시스템에서 거리가 달라도 일정한 감도를 유지할 수 있도록 하는 베이스밴드 필터를 제안하였다. 기존의 DCOC(DC Offset Cancellation) loop 회로를 이용하여 DC offset을 제거함과 동시에 거리에 따른 수신 전력의 크기 차이를 이득으로 상쇄시킬 수 있도록 하였다. 측정 결과, 이득은 최대 51 dB의 크기를 가지며, 고역 통과 차단 주파수는 5 ㎑에서 15 ㎑까지 가변 가능하게 하였다. 거리에 따른 손실을 보상하기 위한 고역 통과 필터의 기울기는 거리 보상 범위를 위해 ?10~?40 ㏈/decade로 가변이 가능하게 설계되었다. 1 V의 전압에서 전류 소모는 4.3 ㎃이며, 측정된 NF는 26 ㏈이고, IIP3는 +4.5 ㏈m을 가진다. 칩은 65 ㎚ CMOS 공정을 사용하였으며, 입출력 패드를 제외한 크기는 500 ㎛×1,050 ㎛이다. In this paper, the baseband filter is proposed in order to maintain a constant sensitivity regardless of distances for 77 ㎓ automotive radar system. Using existing DCOC loop circuit can remove DC offset and also cancel differences of received power depending on the distance. Measured results show that the maximum gain is 51 ㏈ and high pass cutoff frequency can be tuned from 5 ㎑ to 15 ㎑. The slope of high pass filter can be tuned from ?10 to ?40 ㏈/ decade for the distance compensation. The measured NF and IIP3 are 26 ㏈ and +4.5 ㏈m with 4.3 ㎃ at 1.0 V supply voltage, respectively. The fabricated die size 500 ㎛×1,050 ㎛ excluding the in/out pads.

FMCW 송수신 칩을 이용한 단일 안테나 레이다 센서

유경하(Kyung Ha Yoo),유준영(Jun Young Yoo),박명철(Myung Chul Park),어윤성(Yun Seong Eo) 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.8

본 논문에서는 130 nm 공정을 이용한 Ku-band에서의 송수신 칩을 사용하여 제작된 단일 안테나 모듈을 제안한다. 레이다 수신부에서 DCOC 피드백을 사용한 STC(sensitivity time control)가 거리에 따라 일정한 SNR을 유지한다. 또한 수신부 RF단에서 gain control을 통하여 수신단의 dynamic range를 조절할 수 있다. 칩의 출력 파워는 9 dBm이고, 수신부의 총 이득은 82 dB이다. 단일 안테나에서 Tx 신호가 Rx로 직접 누설되는 것을 막기 위해 stub-tuned hybrid coupler를 사용하였다. 최대 측정거리는 6 m이고, 혼안테나와 금속판을 사용하여 측정하였다. This paper presents a single antenna radar sensor with a Ku-band radar transceiver IC realized by 130 nm CMOS processes. In this radar receiver, sensitivity time control using a DC offset cancellation feedback loop is employed to achieve a constant SNR, irrespective of distance. In addition, the receiver RF block has gain control to adjust high dynamic range. The RF output power is 9 dBm and the full chain gain of the Rx is 82 dB. To reduce the direct-coupled Tx signal to the Rx in a single antenna radar, a stub-tuned hybrid coupler is adopted instead of a bulky circulator. The maximum measured distance between the horn antenna and a metal plate target is 6 m.

스위칭 기법을 이용한 광대역 안테나 매칭 기술

이경학(Kyung Hak Lee),한민석(Min Seok Han),어윤성(Yun Seong Eo) 한국통신학회 2015 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.06