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출력 전력 및 효율 개선을 위한 3-스택 구조의 Ku 대역 CMOS 전력 증폭기
양준혁(Junhyuk Yang),장선혜(Seonhye Jang),정하연(Hayeon Jung),주태환(Taehwan Joo),박창근(Changkun Park) 한국전기전자학회 2021 전기전자학회논문지 Vol.25 No.1
본 논문에서는 높은 출력 전력을 확보함과 동시에 효율을 개선시킬 수 있는 전력 증폭기 구조를 제안하였다. 전력 소모를 최소화하기 위하여 구동 증폭단은 공통-소스 구조를 적용하였으며, 높은 출력 전력 확보를 위하여 전력 증폭단은 스택 구조를 적용하였다. 제안하는 구조의 검증을 위하여 아홉 개의 금속층을 제공하는 65-nm RFCMOS 공정을 이용하여 Ku 대역전력 증폭기를 설계하였다. 동작 주파수 14 GHz에서 16 GHz 일 때, P1dB, power-added efficiency 및 전력 이득은 각각 20 dBm 이상, 23 dB 이상 및 25% 이상으로 확인 되었다. We propose a Ku-band three-stack CMOS power amplifier to enhance the output power and efficiency. To minimize the dc power consumption, the driver stage is designed using common-source structure. To obtain high output power and utilize a voltage combining method, the power stage is designed using stack structure. To verify the proposed power amplifier structure, we design a Ku-band power amplifier using 65-nm RFCMOS process which provide nine metal layers. The P1dB, power-added efficiency, and gain are higher than 20 dBm, 23 dB, and 25%, respectively, while the operating frequency is 14 GHz-16 GHz.
무선 통신을 위한 Quad-band RF CMOS 전력증폭기
이미림,양준혁,박창근,Lee, Milim,Yang, Junhyuk,Park, Changkun 한국정보통신학회 2019 한국정보통신학회논문지 Vol.23 No.7
본 논문에서는 RF CMOS 180-nm 공정을 이용하여 무선 통신 기기에서 quad-band를 지원하기 위한 전력 증폭기를 설계하였다. 제안한 전력증폭기는 low-band인 0.9,1.8,2.4 GHz 와 high-band인 5 GHz 로 구성되어있으며, 각각 입력 정합회로에서는 스위치를 사용하지 않는 구조를 제안하였다. 그리고 최대 선형 전력 확보를 위해 출력 정합회로는 각 주파수 대역에서의 전력 정합지점으로 임피던스 변환을 진행하였다. 제안한 전력증폭기는 무선 통신 변조 신호를 사용하여 검증하였다. Long-term evolution(LTE) 10 MHz 변조 신호를 이용하여 0.9 GHz 및 1.8 GHz 를 측정하였으며, 이때 출력 전력은 각각 23.55 dBm 및 24.23 dBm으로 측정 되었고, 20 MHz 변조 신호를 사용한 경우, 1.8 GHz에서 출력 전력 22.24 dBm 이 측정되었다. Wireless local area network(WLAN) 802.11n 변조 신호를 이용하여 2.4 GHz 및 5.0 GHz 대역을 측정하였으며, 출력 전력은 20.58 dBm 및 17.7 dBm으로 확인되었다. In this paper, we design a power amplifier to support quad-band in wireless communication devices using RF CMOS 180-nm process. The proposed power amplifier consists of low-band 0.9, 1.8, and 2.4 GHz and high-band 5 GHz. We proposed a structure that can support each input matching network without using a switch. For maximum linear output power, the output matching network was designed for impedance conversion to the power matching point. The fabricated quad-band power amplifier was verified using modulation signals. The long-term evolution(LTE) 10 MHz modulated signal was used for 0.9 and 1.8 GHz, and the measured output power is 23.55 and 24.23 dBm, respectively. The LTE 20 MHz modulated signal was used for 1.8 GHz, and the measured output power is 22.24 dBm. The wireless local area network(WLAN) 802.11n modulated signal was used for 2.4 GHz and 5.0 GHz. We obtain maximum linear output power of 20.58 dBm at 2.4 GHz and 17.7 dBm at 5.0 GHz.