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5G 상용화되고 그에 맞는 인프라를 구축하기 위해 여러 애플리케이션이 개발되고 있다. 따라서 현대사회에서는 짧은 시간에 보다 많은 데이터를 주고받을 수 있는 시스템이 요구되지만 점점 높아지는 데이터 전송 속도 문제를 처리하는데 한계가 있다.
본 논문에서는 65-nm ...

5G 상용화되고 그에 맞는 인프라를 구축하기 위해 여러 애플리케이션이 개발되고 있다. 따라서 현대사회에서는 짧은 시간에 보다 많은 데이터를 주고받을 수 있는 시스템이 요구되지만 점점 높아지는 데이터 전송 속도 문제를 처리하는데 한계가 있다.
본 논문에서는 65-nm CMOS 공정을 이용하여 OOK 변조방식 대비 동일 대역폭으로 데이터 전송 속도를 2배로 증가시킬 수 있는 PAM-4 신호를 수신할 수 있는 10-Gb/s 60GHz 광대역 수신기를 제안하였다. 수신기는 트랜스포머, low-noise amplifier, envelope detector, 2-stage baseband amplifier와 측정용 버퍼로 구성되었다.
제안된 envelope detector는 fully differential 구조를 가지고 있으며, common-mode feedback을 사용하여 입출력 DC 바이어스 전압을 안정화시켜 온도 변화에 일정한 출력을 낸다. 이러한 구조는 fully differential 출력 신호를 baseband에 제공하여 별도의 single-to-differential 변환 회로를 추가하지 않아도 된다. 또한 PAM 변조로 인한 멀티 레벨 신호에서 발생할 수 있는 DC wander 현상을 막아준다.
수신기의 대역폭을 향상시키기 위해 envelope detector, baseband amplifier에 active shunt-peaking 기법을 사용하였다. 이는 인덕터를 사용한 shunt-peaking 기법보다 칩의 면적을 대폭 줄일 수 있다. 튜닝 저항을 디지털적으로 가변하여 peaking을 컨트롤 할 수 있으며 각 stage 마다 최대 2.2dB의 peaking을 얻을 수 있다. envelope detector의 비선형 특성으로 발생한 출력 신호의 왜곡 현상은 송신기에서의 digital pre-distortion으로 해결할 수 있다.
수신기의 DC 소비전력은 36.1mW이다. 입력 파워 Pin = -22dBm 일 때 20.5dB의 conversion gain을 얻는다. 각 stage의 –3dB 대역폭은 13GHz 이상이며 수신기 전체의 –3dB 대역폭은 10GHz를 만족하므로 PAM-4 신호에서는 20-Gb/s를 얻을 수 있지만 본 논문에서는 수신기의 성능 검증을 위해 5GHz 대역폭의 PAM-4 (baud-rate = 10Gb/s) 변조 신호를 사용했다.

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