본 논문에서는 PIN 다이오드 대신호 모델을 제시하였고, 대신호 모델의 각 파라미터 측정 방법을 보였다. 이 파라미터들을 일정한 값을 가지는 소자와 다이오드 접합(junction) 전압에 의존하는 소자로 분류하고, ADS(Advanced Designed System)에서 일정한 값을 가지는 소자는 집중소자로, 접합 전압에 의존하는 소자는 SDD(Symbolically Defined Devices)로 구현하였다. 이렇게 구현된 PIN 다이오드 대신호 모델은 간단한 DC, AC 및 S-파라미터 시뮬레이션뿐만 아니라 Transient 및 HB(Harmonic Balance) 시뮬레이션도 가능하다. 본 논문에서 제시한 PIN 다이오드 대신호 모델의 타당성을 보이기 위해서 감쇄기 및 리미터의 측정값이 제시한 PIN 다이오드 모델 시뮬레이션 결과와 일치함을 보였다.
본 논문에서는 PIN 다이오드 대신호 모델을 제시하였고, 대신호 모델의 각 파라미터 측정 방법을 보였다. 이 파라미터들을 일정한 값을 가지는 소자와 다이오드 접합(junction) 전압에 의존하는 소자로 분류하고, ADS(Advanced Designed System)에서 일정한 값을 가지는 소자는 집중소자로, 접합 전압에 의존하는 소자는 SDD(Symbolically Defined Devices)로 구현하였다. 이렇게 구현된 PIN 다이오드 대신호 모델은 간단한 DC, AC 및 S-파라미터 시뮬레이션뿐만 아니라 Transient 및 HB(Harmonic Balance) 시뮬레이션도 가능하다. 본 논문에서 제시한 PIN 다이오드 대신호 모델의 타당성을 보이기 위해서 감쇄기 및 리미터의 측정값이 제시한 PIN 다이오드 모델 시뮬레이션 결과와 일치함을 보였다.
In this paper, we introduced the large signal model of a PIN diode and presented the measurement methods for each parameter of the large signal model. The elements of the PIN diode model are classified into the elements with a constant value and the elements depending on the junction voltage. We imp...
In this paper, we introduced the large signal model of a PIN diode and presented the measurement methods for each parameter of the large signal model. The elements of the PIN diode model are classified into the elements with a constant value and the elements depending on the junction voltage. We implemented the constant elements by lumped elements and the voltage-dependent elements by a SDD in ADS. The developed large signal model was successfully worked with various circuit simulations, such as simple DC, AC, S-parameter, Transient, and HB simulations. In order to verify the developed large signal model, we compared that the measured results of a limiter and a attenuator with the simulated results using the PIN diode model, which are in good agreement.
In this paper, we introduced the large signal model of a PIN diode and presented the measurement methods for each parameter of the large signal model. The elements of the PIN diode model are classified into the elements with a constant value and the elements depending on the junction voltage. We implemented the constant elements by lumped elements and the voltage-dependent elements by a SDD in ADS. The developed large signal model was successfully worked with various circuit simulations, such as simple DC, AC, S-parameter, Transient, and HB simulations. In order to verify the developed large signal model, we compared that the measured results of a limiter and a attenuator with the simulated results using the PIN diode model, which are in good agreement.
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문제 정의
본 논문에서는 기존의 PIN 다이오드 등가회로를 일부 수정 PIN 다이오드의 대신호 모델을 정의하고, 이들의 실험을 통한 체계적 추출방법을 제안하였다. 제안된 모델은 각 파라미터의 특성이 지배적인 상황을 예측할 수 있어, 본 논문에 정확한 파라미터 측정 방법을 기술하였다.
본 논문에서는 물리적 의미가 뚜렷한 PIN 다이오드 대신호 등가회로를 제시하였고, 대신호 모델의 각 파라미터를 측정하는 방법을 설명하였다. 이렇게 추출한 파라미터를 일정한 값을 가지는 소자와 접합에서의 전압에 의존하는 소자로 분류하고, ADS tool 에서 일정한 값을 가지는 소자는 집중소자로, 접합 전압에 의존하는 소자는 SDD로 구현하였다.
제안하였다. 제안된 모델은 각 파라미터의 특성이 지배적인 상황을 예측할 수 있어, 본 논문에 정확한 파라미터 측정 방법을 기술하였다. 이렇게 측정된 파라미터 값을 이용하여 ADS를 통해 PIN 다이오드 모델을 구현하였다.
제안 방법
印. 여기서는 대신호 모델의 정확도를 확인하기 위해서 그림 12(a)과 같이 병렬로 연결된 PIN 다이오드에 DC 전압을 인가하고 전압의 변화에 따른 감쇄 량을 측정하였다. 그림 12(b)의 측정치는 바이어스 7와 DC 블록을 포함하여 교정 한 NA 측정 결과이며, 시뮬레이션 결과는 같은 회로에서 ADS의 & 파라미터시뮬레이션 한 결과이다.
따라서 보통의 상승 및 하강 시간을 가지는 함수발생기(function generator)는 정확한 회복 시간 측정이 용이하지 않다. 그림 8(b)는 (a)의 구성 회로에서 함수발생기에서 직접 부하에 인가되는 전압을 오실로스코프(oscilloscope)로 측정한 결과로 ADS에서 사용되는 펄스 전원을 함수 발생기 출력과 같아지도록 조정하였다. 같은 조건에서 측정 지그가 있을 때부하에 인가되는 전압의 측정치와 ADS transient 시뮬레이션 결과가 같아지도록 통과 시간을 최적화하였고, 그 결과 T(=2.
7과 같다. 다이오드의 DC I-V 측정으로 접합 전압을 측정할 수 없으므로 이미 구한 총 저항 曲를이용하여 다음과 같이 접합 전압을 구하였다.
대신호 모델의 정확도를 알아보기 위해서 PIN 다이오드를 이용한 리미터와 감쇄기에 적용하였다. 리미터와 감쇄기는 PIN 다이오드의 전류에 따른 다이오드 저항 변화로 입력 신로를 반사하여 신호를 감쇄하는 공동점이 있으나, 리미터는 높은 RF 입력 전력에 따라 다이오드에서 발생하는 DC 전원이 다이오드 저항을 변화하는 반면 감쇄기는 외부에서 인가된 DC 전원이 다이오드의 저항을 변화한다印, 岡, μ2 리미터와 감쇄기 측정을 위해 전송선에 PIN 다이오드를 병렬로 연결한 지그는 그림 10과 같다.
또한, 다른 방법으로 구축된 PIN 다이오드 모델은 회로 시뮬레이션 시 수렴의 문제를 동반하게 되는데, 제안된 모델은 간단한 DC, AC 및 S-파라미터 시뮬레이션뿐만 아니라 Transient 및 HB(Harmonic Balance) 시뮬레이션도 가능함을 검증하였다. 또한, 본 논문에서는 구축된 모델을 이용 제작된 감쇄기와고출력 1단 리미터를 제작하여 측정하고 제안된 PIN 다이오드 모델을 이용한 시뮬레이션 결과와 비교함으로써 타당성을 검증하였다.
리미터 입력 파형은 16 GHz RF 신호가 4 kHz의 RF(Pulse Repetition Frequency)와 0.05 %의 duty ratio 로 펄스 변조되었고, 변조 신호의 최대전력을 0~45 dBm으로 변화시켰다. 리미터 출력은 최대 전력 분석기로 측정하였다.
본 논문에서 그림 1과 같은 형태의 GC4731[10] PIN 다이오드 대신호 모델을 제안하였다. 여기서 D는 이상적인 PN 접합 다이오드이며, C/는 다이오드 역 전압에 따라 변화는 공핍 영역 커패시터, (方는 정 전류에 의해 생기는 확산 커패시터이다.
이러한 PIN 다이오드를 이용한 마이크로파 회로를 시뮬레이션하기 위해서는 적절한 PIN 다이오드의 대신호 등가회로가 필요하게 되는데, Caverly', 와 Liew国는 수학적 해석으로 이러한 모델을 구축하였다. 그러나 이를 다른 시뮬레이션과 연계하기 위한 등가회로로 구축하는 것은 상당히 어려우며, 또한, 이것의 유용성은 상당한 실험을 통하여 증명을 필요로 한다.
이렇게 추출한 파라미터를 일정한 값을 가지는 소자와 접합에서의 전압에 의존하는 소자로 분류하고, ADS tool 에서 일정한 값을 가지는 소자는 집중소자로, 접합 전압에 의존하는 소자는 SDD로 구현하였다. 이렇게 구현된 PIN 다이오드 대신호 모델은 간단한 DC, AC 및 S-파라미터 시뮬레이션뿐만 아니라 transient 및 harmonic balance 시뮬레이션도 가능한 대신호 모델 조건을 만족한다.
제안된 모델은 각 파라미터의 특성이 지배적인 상황을 예측할 수 있어, 본 논문에 정확한 파라미터 측정 방법을 기술하였다. 이렇게 측정된 파라미터 값을 이용하여 ADS를 통해 PIN 다이오드 모델을 구현하였다. 또한, 다른 방법으로 구축된 PIN 다이오드 모델은 회로 시뮬레이션 시 수렴의 문제를 동반하게 되는데, 제안된 모델은 간단한 DC, AC 및 S-파라미터 시뮬레이션뿐만 아니라 Transient 및 HB(Harmonic Balance) 시뮬레이션도 가능함을 검증하였다.
따라서 GC47731 PIN 다이오드의 2- 포트 파라미터는 1 ~4 GHz에서 측정하였고, 이때 등가 모델은 그림 6(a)와 같다. 측정시 바이어스 7와 DC 블록은 교정(calibration)하고 측정하였다. 그림 6(b)에 측정된 다이오드 저항 값과 보정(fittin泸한 다이오드 저항 값을 보였다.
PIN 다이오드는 SMA(Small Miniature Assembly) 커넥터의 접지에 붙이고, 다이오드의 anode와 커넥터의 중앙 핀을 와이어 본딩으로 연결하였다. 커넥터의 기생 파라미터 영향은 다이오드가 연결되지 않은 동일 상태의 개방 커넥터를 NA(Network Analyzer)의 port extension를 이용하여 제거하였다. 이와 같은 형태는 와이어 본딩 인덕터(山) 의 영향으로 직력 RLC 회로로 보인다.
데이터처리
이렇게 구현된 PIN 다이오드 대신호 모델은 간단한 DC, AC 및 S-파라미터 시뮬레이션뿐만 아니라 transient 및 harmonic balance 시뮬레이션도 가능한 대신호 모델 조건을 만족한다. 낮은 주파수, 저 전력의 응용인 감쇄기와 높은 주파수, 고 출력의 응용인 리미터를 제작하고 측정하여 제시한 PIN 다이오드 모델을 이용한 시뮬레이션 결과와 비교함으로써 타당성을 검증하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 PIN 다이오드 대 신호 모델 기법은 PIN 다이오드를 이용한 회로 설계에 유용하게 사용될 것으로 사료된다.
이론/모형
위에서 측정된 PIN 다이오드 파라미터를 이용한대 신호 모델 구현은 ADS tool에서 제공하는 SDD(Symbolically Defined Devices)와 집중소자를 이용하였다. 사용된 SDD는 사용자가 수식으로 소자를 정의할 수 있게 하며, 비선형 소자도 구현 가능하다.
1 册일 때 그림 9(c)와 같은 동일한 출력 파형을 얻었다. 이때 시뮬레이션을 위한 PIN 다이오드 모델은 다음 절에서 설명할 대신호 다이오드 모델을 사용하였다.
성능/효과
그림 5에 보듯이 다이오드가 도통(tum-on)되기 직전에는 일정한 저항 값을 가지다가 도통 후에는 작아지는 것을 볼 수 있다. 따라서 다이오드가 도통되기 전의 저항 값이 근사적인 PIN 다이오드 砲紙값이며, GC47731 PIN 다이오드는 약 100 Q임을 알 수 있다.
이와 같은 펄스폭은 약 2,000번의 RF 주기 변화에 해당하며, 보통의 PIN 다이오드가 100번의 RF 주기 변화 안에서 정상 상태로 동작하기 때문에 충분히 긴 시간이다. 따라서 실험 결과는 만약 PIN 다이오드 리미터가 열이 발생하지 않는다면 동일한 평균 입력 전력의 CW(Continuous Wave) 에서도 동일한 평균 출력 전력이 측정됨을 의미한다. 그림 11(b)는 측정 결과와 대신호 PIN 다이오드 모델을 이용한 HB(Hamonic Balance) 시뮬레이션 결과로 동일한 결과를 주는 것을 알 수 있다.
이렇게 측정된 파라미터 값을 이용하여 ADS를 통해 PIN 다이오드 모델을 구현하였다. 또한, 다른 방법으로 구축된 PIN 다이오드 모델은 회로 시뮬레이션 시 수렴의 문제를 동반하게 되는데, 제안된 모델은 간단한 DC, AC 및 S-파라미터 시뮬레이션뿐만 아니라 Transient 및 HB(Harmonic Balance) 시뮬레이션도 가능함을 검증하였다. 또한, 본 논문에서는 구축된 모델을 이용 제작된 감쇄기와고출력 1단 리미터를 제작하여 측정하고 제안된 PIN 다이오드 모델을 이용한 시뮬레이션 결과와 비교함으로써 타당성을 검증하였다.
이와 같은 결과들은 본 논문에서 제시한 대 신호 모델이 실제 PIN 다이오드 특성을 잘 반영하고 있음을 보여준다.
후속연구
낮은 주파수, 저 전력의 응용인 감쇄기와 높은 주파수, 고 출력의 응용인 리미터를 제작하고 측정하여 제시한 PIN 다이오드 모델을 이용한 시뮬레이션 결과와 비교함으로써 타당성을 검증하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 PIN 다이오드 대 신호 모델 기법은 PIN 다이오드를 이용한 회로 설계에 유용하게 사용될 것으로 사료된다.
참고문헌 (17)
J. F. White, Microwave Semiconductor Engineering, New York NY: Van Nostrand Reinhold Company, 1982
P. Sahjani, J. F. White, 'PIN diode operation and design trade-offs', Appl. Microwaves Wireless, pp. 68-78, Spr. 1991
G. Hiller, Design with PIN Diodes, M/A-COM Inc. Application Note AG312, Available: http://www. macom.com
R. H. Caverly, G. Hiller, 'Distortion in p-i-n diode control circuits', IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., vol. 35, no. 5, pp. 492-501, May 1987
Y. H. Liew, J. Joe, 'Large-signal diode modeling an alternativeparameter-extractiontechnique',IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., vol. 53, no. 8, pp. 2633-2638, Aug. 2005
S. H. Gamal, H. Morel, and J. P. Chante, 'Carrier lifetime measurement by ramp recovery of p-i-n diodes', IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 37, no. 8, pp. 1921-1924, Aug. 1990
Carrier Lifetime and forward Resistance in RF PIN Diodes, Siemens AG, Application Note AN 034, Jul. 1997
R. H. Caverly, 'RF technique for determining ambipolar carrier life time in pin RF switching diodes', Electronics Lett., vol. 34, no. 23, pp. 2277- 2278, Nov. 1998
Custom Modeling with Symbolically Defined Devices, ADS 2006A Manual
R. Cory, "PIN-limiter diodes effectively protect receivers", EDN, pp. 59-64, Dec. 2004. Available: http//www.edn.com
D. G. Smith, D. D. Heston, J. Heston, B. Heimer, and K. Decker, 'Designing high-power limiter circuit with GaAs PIN diodes', Microwave Symposium Digest, IEEE MTT-S International, vol. 1, pp. 329-332, Jun. 1999
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