이 논문에서는 40nm CMOS 공정을 이용하여 제작된 26GHz 가변 이득 증폭기에 대한 연구를 수행하였다. 79GHz를 사용하는 자동차 레이더의 경우 주파수 특성상 회로 전체를 79GHz로 설계 및 매칭 하기 보다는 Down conversion 하여 낮은 주파수대역으로 구동하거나 Up conversion 전에 낮은 주파수 대역을 이용하는 것이 설계 및 구동에 유리하다. 실제적으로 TTD(True Time Delay)를 통해 시간지연을 이용하는 Phased Array System 의 경우에도 현재 기술로는 낮은 주파수로 Down conversion하는 것이 오차를 줄이고 실제적 시간지연을 구현하는데 좋다. 79GHz 주파수의 1/3인 26GHz 주파수 대역에서 동작하는 VGA(Variable Gain Amplifier)에 대하여 설계하였고 1-stage의 cascode amplifier 형태로 구성된 회로에서 VDD : 1V, Bias 0.95V, S11은 < -9.8dB(Mea. High gain mode), S22 <-3.6dB(Mea. High gain mode), Gain : 2.69dB(Mea. High gain mode), P1dB : -15 dBm (Mea. High gain mode) 로 설계되었다. Low gain mode 에서는 S11은 < -3.3dB(Mea. Low gain mode), S22 < -8.6dB(Mea. Low gain mode), Gain : 0dB(Mea. Low gain mode), P1dB : -21 dBm (Mea. Low gain mode)로 설계되었다.
이 논문에서는 40nm CMOS 공정을 이용하여 제작된 26GHz 가변 이득 증폭기에 대한 연구를 수행하였다. 79GHz를 사용하는 자동차 레이더의 경우 주파수 특성상 회로 전체를 79GHz로 설계 및 매칭 하기 보다는 Down conversion 하여 낮은 주파수대역으로 구동하거나 Up conversion 전에 낮은 주파수 대역을 이용하는 것이 설계 및 구동에 유리하다. 실제적으로 TTD(True Time Delay)를 통해 시간지연을 이용하는 Phased Array System 의 경우에도 현재 기술로는 낮은 주파수로 Down conversion하는 것이 오차를 줄이고 실제적 시간지연을 구현하는데 좋다. 79GHz 주파수의 1/3인 26GHz 주파수 대역에서 동작하는 VGA(Variable Gain Amplifier)에 대하여 설계하였고 1-stage의 cascode amplifier 형태로 구성된 회로에서 VDD : 1V, Bias 0.95V, S11은 < -9.8dB(Mea. High gain mode), S22 <-3.6dB(Mea. High gain mode), Gain : 2.69dB(Mea. High gain mode), P1dB : -15 dBm (Mea. High gain mode) 로 설계되었다. Low gain mode 에서는 S11은 < -3.3dB(Mea. Low gain mode), S22 < -8.6dB(Mea. Low gain mode), Gain : 0dB(Mea. Low gain mode), P1dB : -21 dBm (Mea. Low gain mode)로 설계되었다.
In this paper, a 26GHz variable gain amplifier fabricated using a 40nm CMOS process is studied. In the case of an automobile radar using 79 GHz, it is advantageous in designing and driving to drive down to a low frequency band or to use a low frequency band before up conversion rather than designing...
In this paper, a 26GHz variable gain amplifier fabricated using a 40nm CMOS process is studied. In the case of an automobile radar using 79 GHz, it is advantageous in designing and driving to drive down to a low frequency band or to use a low frequency band before up conversion rather than designing and matching the entire circuit to 79 GHz in terms of frequency characteristics. In the case of a Phased Array System that uses time delay through TTD (True Time Delay) in practice, down conversion to a lower frequency is advantageous in realizing a real time delay and reducing errors. For a VGA (Variable Gain Amplifier) operating in the 26GHz frequency band that is 1/3 of the frequency of 79GHz, VDD : 1V, Bias 0.95V, S11 is designed to be <-9.8dB (Mea. High gain mode) and S22 < (Mea. high gain mode), Gain: 2.69dB (Mea. high gain mode), and P1dB: -15 dBm (Mea. high gain mode). In low gain mode, S11 is <-3.3dB (Mea. Low gain mode), S22 <-8.6dB (Mea. low gain mode), Gain: 0dB (Mea. low gain mode), P1dB: -21dBm (Mea. Low gain mode).
In this paper, a 26GHz variable gain amplifier fabricated using a 40nm CMOS process is studied. In the case of an automobile radar using 79 GHz, it is advantageous in designing and driving to drive down to a low frequency band or to use a low frequency band before up conversion rather than designing and matching the entire circuit to 79 GHz in terms of frequency characteristics. In the case of a Phased Array System that uses time delay through TTD (True Time Delay) in practice, down conversion to a lower frequency is advantageous in realizing a real time delay and reducing errors. For a VGA (Variable Gain Amplifier) operating in the 26GHz frequency band that is 1/3 of the frequency of 79GHz, VDD : 1V, Bias 0.95V, S11 is designed to be <-9.8dB (Mea. High gain mode) and S22 < (Mea. high gain mode), Gain: 2.69dB (Mea. high gain mode), and P1dB: -15 dBm (Mea. high gain mode). In low gain mode, S11 is <-3.3dB (Mea. Low gain mode), S22 <-8.6dB (Mea. low gain mode), Gain: 0dB (Mea. low gain mode), P1dB: -21dBm (Mea. Low gain mode).
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제안 방법
본 논문에서는 79GHz 대역의 주파수를 사용하는 회로에서 3배 주파수를 체배하기 전인 26GHz대역의 가변이득증폭기를 40nm CMOS 공정을 이용해 설계하였다.
본 논문의 가변 이득 증폭기는 40nm CMOS 공정을 이용하여 1-stage cascode 형태로 설계되었다. 설계결과 입출력단 Inductor의 inductance가 설계치보다 낮아져 매칭이 높은 주파수로 이동하는 결과를 나타내었지만 전체적인 파형이 유지되고 전압 신호에 따라 이득이 조절되는 것을 확인할 수 있었다.
성능/효과
본 논문의 가변 이득 증폭기는 40nm CMOS 공정을 이용하여 1-stage cascode 형태로 설계되었다. 설계결과 입출력단 Inductor의 inductance가 설계치보다 낮아져 매칭이 높은 주파수로 이동하는 결과를 나타내었지만 전체적인 파형이 유지되고 전압 신호에 따라 이득이 조절되는 것을 확인할 수 있었다. 입력 반사 손실(S11)은 : -9.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주파수 변환은 어떻게 이루어지는가?
이렇듯 79GHz대역의 주파수로 회로 전체를 매칭하여 사용하는 것은 매우 어렵기 따르기 때문에 79GHz대역의 주파수를 직접 수신하는 저잡음 증폭기, 송신하는 전력증폭기 이외의 회로 내에서는 낮은 주파수를 통해 구동하는 편이 유리하다. 주파수 변환은 Mixer를 사용하여 Down conversion 하거나 Mixer의 Up conversion 또는 Multiplier의 주파수 체배를 통해 이루어진다. [3][4]
RF회로의 입력에 강한 신호가 들어올 경우 발생하는 문제점은?
RF회로는 입력에 너무 강한 신호가 들어오게 되면 각 회로간의 입/출력 가능한 이득범위를 넘어서 비선형적인 특성이 나타나거나 회로가 고장날 우려가 있다. 따라서 너무 강한 신호의 경우 이득을 낮추어주는 회로가 필요한데 가변이득증폭기는 증폭기에 흐르는 전류를 전압 신호를 통해 조정하여 필요시 이득을 낮추어 줄 수 있다.
79GHz 대역의 주파수 특징으로 인해 회로 구성시 주의해야 할 사항은?
79GHz 대역의 주파수는 자동차 주행시 작은 목표물을 탐지해 내는데 적합한 짧은 파장을 가지고 있다. 그러나 이러한 고주파는 직진성이 높고 주변 유닛과의 커플링이 쉬워 저주파에 비해 작은 Electromagnetic 구조 하나에도 민감하게 반응하기 때문에 회로를 구성하는데 있어 상당한 정교함이 요구된다. 이렇듯 79GHz대역의 주파수로 회로 전체를 매칭하여 사용하는 것은 매우 어렵기 따르기 때문에 79GHz대역의 주파수를 직접 수신하는 저잡음 증폭기, 송신하는 전력증폭기 이외의 회로 내에서는 낮은 주파수를 통해 구동하는 편이 유리하다.
참고문헌 (6)
J. W. May and G. M. Rebeiz, "Design and characterization of WbandSiGe RFICs for passive millimeter-wave imaging," IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 58, no. 5, pp. 1420-1430, 2010.DOI:10.1109/TMTT.2010.2042857
A. Tomkins, P. Garcia, and S. P. Voinigescu, "A passive W-band imaging receiver in 65-nm bulk CMOS," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 45, no. 10, pp.1981-1991, 2010. DOI:10.1109/JSSC.2010.2058150
D.L Lu et al, "A 75.5-to-120.5-GHz, High-gain CMOS Low-Noise Amplifier" in IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., pp. 1-3, 2012. DOI:10.1109/MWSYM.2012.6259481
Donghyup Shin, Choul-Young Kim, Dong-Woo Kang and Gabriel M. Rebeiz, "A High-Power Packaged Four-Element X-band Phased-Array Transmitter in 0.13um CMOS for Radar and Communication Systems," " in IEEE MTT-S Vol 61, No. 8,pp. 3060-3071, 2013.DOI:10.1109/TMTT.2013.2271488
Sang Young Kim, Ozgur Inac, Choul-Young Kim, Donghyup Shin and Gabriel M. Rebeiz, "A 76-84 GHz 16-Element Phased Array Receiver with a Chip-Level Built-In Self-Test System," " in IEEE MTT-S S Vol 61, No. 8, pp.3083-3098, 2013.DOI:10.1109/TMTT.2013.2265016
Choul-Young Kim, Dongwoo Kang, Gabriel M. Rebeiz, "A 44-46 GHz 16-Element SiGe BiCMOS High-Linearity Transmit/Receive Phased Array," in IEEE MTT-S S Vol 60, No. 8, pp. 730-742, 2013.DOI:10.1109/TMTT.2012.2184130
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