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능동 인덕터를 이용한 주파수 가변형 대역통과 필터 설계
Frequency-Tunable Bandpass Filter Design Using Active Inductor 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.7, 2013년, pp.3425 - 3430  

이석진 ,  최석우 (전북대학교 전기공학과)

초록
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최근 이동통신 시장의 급속한 증가에 따라 단말기 설계는 다표준 방식으로 발전하고 있다. 본 논문에서는 다표준 이동통신 시스템에 적용할 수 있는 주파수 가변형 능동 RC 대역통과 필터를 능동 인덕터를 사용하여 설계하였다. 기존의 대역통과 필터 설계법에서는 저지대역의 감쇠 특성과 통과대역의 주파수 선택도를 향상시키기 위하여 필터의 차수를 높게 하거나 극점 Q를 증가시키는 설계법을 사용한다. 본 논문에서는 극점 Q가 높은 능동 인덕터로 대역통과 필터를 설계하여 주파수 특성이 향상되었다. 또한 설계된 대역통과 필터는 튜닝 회로를 이용하여 필터의 중심주파수와 이득을 간단히 조절할 수 있도록 제안하였다. 설계된 능동 RC 대역통과 필터 특성은 TSMC $0.18{\mu}m$ 공정 파라미터를 이용하여 해석하였다. 시뮬레이션 결과, Q=20.5를 갖는 능동 인덕터를 이용한 필터는 1.86GHz 중심주파수에서 90MHz의 대역폭을 갖고, 튜닝 회로의 커패시터 값으로 중심주파수를 1.86~2.38GHz 범위까지 튜닝이 가능하여 다표준 무선통신 시스템에 적용할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The fast-growing market in wireless communications has led to the development of multi-standard mobile terminals. In this paper, a frequency-tunable active RC bandpass filter for multi-standards wireless communication system is designed using an active inductor. The conventional bandpass filter desi...

주제어

#Active inductor   #Bandpass filter   #Frequency-tunable   #Multi-standards   #Selectivity  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존의 접지 능동 인덕터를 이용하여 구현된 RF 대역의 대역통과 필터는 능동 인덕터의 함수를 이용하여 대역통과 필터를 구현하였다[9-10]. 그리고 접지 능동 인덕터의 전류량을 높이거나 트랜지스터의 전원과는 별도로 능동 인덕터의 M2 트랜지스터의 제어전압(Vb) 조절을 통하여 중심주파수와 능동 인덕터의 Q 지수를 높이고자 하였다.
  • 본 논문에서는 기존의 능동 인덕터의 Q 지수를 개선한 능동 인덕터를 이용하여 대역통과 필터의 중심주파수 선택도와 저지대역 감쇠 특성이 향상된 무선통신 시스템용 RF 대역통과 필터를 설계하였다. 또한 튜닝 회로를 이용하여 대역통과 필터의 중심주파수를 가변할 수 있도록 하였다.
  • 본 논문에서는 대역통과 필터의 선택도와 저지대역 특성을 개선하기 위하여 필터의 차수 증가없이 고주파수 대역통과 필터 설계가 가능하도록 높은 Q 지수를 갖는 능동 인덕터를 이용하였다.
  • 본 논문에서는 무선통신 시스템의 수신단에 사용되고 있는 RF 대역용 SAW 필터를 집적화할 수 있도록 능동 인덕터를 이용하여 CMOS 능동 RC 대역통과 필터를 설계하였다.
  • 이동통신 단말기 수신단에 사용되는 RF용 SAW 필터를 CMOS 공정기술로 one chip화하는 설계법 중 본 논문에서는 능동 RC 필터를 능동 인덕터로 설계하여 집적화가 가능하도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무선통신 단말기 시스템에서 수신단에서는 주파수 선택 기능을 하는 필터로 무엇을 사용하고 있는가? 무선통신 단말기 시스템의 수신단에서는 주파수 선택 기능을 하는 필터로 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터를 사용하고 있다. SAW 필터는 우수한 필터 특성으로 인해 일반적으로 70∼160MHz 대역의 IF(Intermediate Frequency) 필터와 800∼2,000MHz 대역의 RF(Radio Frequency) 필터로 활용되고 있다.
SAW 필터는 어느 대역에서 활용되고 있는가? 무선통신 단말기 시스템의 수신단에서는 주파수 선택 기능을 하는 필터로 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터를 사용하고 있다. SAW 필터는 우수한 필터 특성으로 인해 일반적으로 70∼160MHz 대역의 IF(Intermediate Frequency) 필터와 800∼2,000MHz 대역의 RF(Radio Frequency) 필터로 활용되고 있다. 그러나 SAW 필터는 물질 구조에 의존하는 필터이기 때문에 집적화가 어렵고 가격이 높다는 단점이 있다.
RF 수동 필터의 도전체 손실과 기판에서의 손실로 인해 큰 삽입 손실을 갖는 단점을 극복하기 위해 무엇을 이용하는가? 또한 기존의 능동 RC 필터는 연산 증폭기와 트랜스컨덕터의 제한적인 동작 주파수와 집적화시킬 때에 발생하는 CMOS의 기생성분 때문에 높은 주파수에서 동작하는 필터를 설계하기 어렵고, RF 수동 필터는 도전체 손실과 기판에서의 손실로 인해 큰 삽입 손실을 갖는 단점이 있다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위해 능동 인덕터를 이용하여 대역통과 필터를 설계하는데 이는 적은 삽입 손실과 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 회로 적용 시 집적화가 가능하여 소형화가 가능하고, 원하는 주파수 대역에서 부성 저항 특성을 갖게 하여 삽입 손실이 아닌 이득을 얻을 수 있는 장점이 있다[1-3].
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참고문헌 (10)

  1. K. W. Kobayashi and A. K. Oki, "A Novel Heterojunction Bipolar Transistor VCO Using an Active Tunable Inductance," IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 4, No. 7, July 1994. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/75.298251 

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  2. Hitoshi H., Masahiro M., Yohtaro U., and Takatomo E., "A High-Q Broad-Band Active Inductor and Its Application to a Low-Loss Analog Phase Shifer," IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, Vol. 44, pp. 2369-2374, Dec. 1996. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/22.554562 

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  3. Ler Chun Lee, Abu Khari bin A'ain, and A. V. Kordesch, "A 2.4-GHz CMOS Tunable Image-Rejection Low-Noise Amplifier with Active Inductor," IEEE APCCAS 2006 Circuits and Systems, Vol. 10, pp. 1679-1682, Dec. 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/APCCAS.2006.342107 

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  4. S. V. Krishnamurthy, K. El-Sankary, and E. El-Masry, "Noise-Cancelling CMOS Active Inductor and Its Application in RF Band-Pass Filter Design," International Journal of Microwave Science and Technology. pp. 1-8, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2010/980957 

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  5. Y. Wu, X. Ding, and M. Ismail, "RF Bandpass Filter Design Based on CMOS Active Inductors," IEEE Trans. Circuits and Systems, Vol. 50, pp. 942-949, Dec. 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TCSII.2003.820235 

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  6. M. Wu, P. Yen, C. Chou, and J. Yang, "A Radio Frequency CMOS Band Pass Amplifier Using High-Q Active Inductor Loads with Binary Code for Multi-Band Selecting," Proc. of the 6th WSEAS International Conf., pp. 138-143, Apr. 2007. 

  7. R. Schaumann, M. S. Ghausi, and K. R. Laker, Design of Analog Filters, Prentice- Hall, Inc. 1990. 

  8. Anemogiannis, K. and Russer, P., "SAW Microstrip Front-end for Mobile Communication Systems in the GHz Range," IEEE MTT-S Microwave Symposium Digest, Vol. 3, pp. 973-976, June 1991. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/MWSYM.1991.147172 

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  9. M. Ismail, R. Wassenaar, and W. Morrison, "A High-speed Continuous-time Bandpass VHF Filter in MOS Technology," Proc. of IEEE Int. Symp. Circuit and system, pp. 1761-1764, May 1991. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ISCAS.1991.176249 

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  10. D. Li and Y. Tsividis, "A 1.9 GHz Si Active LC Filter with On-chip Automatic Tuning," Proc. of IEEE Int. Solid-State Circuits Conf., pp. 369-372, Feb. 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ISSCC.2001.912677 

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