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2차 고조파 정합 네트워크를 포함하는 저손실 PCB 발룬을 이용한 고효율 CMOS 전력증폭기
High-Efficiency CMOS Power Amplifier using Low-Loss PCB Balun with Second Harmonic Impedance Matching 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.30 no.2, 2019년, pp.104 - 110  

김현규 (성균관대학교 정보통신대학) ,  임원섭 (성균관대학교 정보통신대학) ,  강현욱 (성균관대학교 정보통신대학) ,  이우석 (성균관대학교 정보통신대학) ,  오성재 (성균관대학교 정보통신대학) ,  오한식 (성균관대학교 정보통신대학) ,  양영구 (성균관대학교 정보통신대학)

초록
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본 논문에서는 long term evolution(LTE) 통신을 위한 900 MHz 대역에서 동작하는 CMOS 전력증폭기 집적회로 설계 결과를 제시한다. 출력단에서의 적은 손실을 위해 트랜스포머를 이용한 출력 정합 회로가 printed circuit board(PCB) 상에 구현되었다. 동시에, 2차 고조파 임피던스의 조정을 통해 전력증폭기의 고효율 동작을 달성하였다. 전력증폭기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 설계되었으며, 10 MHz의 대역폭 및 7.2 dB 첨두 전력 대 평균 전력비(PAPR)의 특성을 갖는 LTE up-link 신호를 이용하여 측정되었다. 제작된 전력증폭기 모듈은 평균 전력 24.3 dBm에서 34.2 %의 전력부가효율(PAE) 및 -30.1 dBc의 인접 채널 누설비(ACLR), 그리고 24.4 dB의 전력 이득을 갖는다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a complementary metal oxide semiconductor(CMOS) power amplifier(PA) integrated circuit operating in the 900 MHz band for long-term evolution(LTE) communication systems is presented. The output matching network based on a transformer was implemented on a printed circuit board for low l...

주제어

#CMOS   #Power Amplifier   #Harmonic Impedance Control   #LTE  

표/그림 (8)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 0.18 μm CMOS 공정을 이용하여 900 MHz 대역에서 동작하는 CMOS 전력증폭기를 설계 및 제작하였다.
  • 본 논문에서는 CMOS 0.18 μm 공정을 이용하여 900 MHz 대역에서 동작하는 전력증폭기를 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 제안된 CMOS 전력증폭기는 어떤 성능을 가지고 있는가? 그림 8은 제작된 CMOS 전력증폭기의 two-tone 신호 및 변조 신호에 대한 측정 결과이다. 제작된 전력증폭기는 중심 주파수 900 MHz의 one-tone 신호를 인가했을 때 27.1 dBm의 P1dB에서 44.8 %의 전력부가효율, 24.7 dB의 전력 이득을 보인다. 또한 1 MHz의 tone-spacing을 갖는 two-tone 신호를 인가했을 때 24.4 dBm의 평균 전력에서 －30.0 dBc의 IMD3를 만족하고, 35.6 %의 전력부가효율을 보이며 24.5 dB의 전력 이득을 갖는다. 전력 증폭기의 변조 신호(LTE up-link 16 QAM 10 MHz)에 대한 측정 결과, 24.3 dBm의 평균 전력에서 －30.1 dBc의 ACLR을 만족하고 34.2 %의 전력부가효율을 보이며 24.4 dB의 전력 이득을 갖는다.
전력증폭기의 특징은 무엇인가? 전력증폭기는 송신부에서 가장 많은 전력을 소모하며, 시스템 효율에 큰 영향을 주는 중요한 부분이다. 특히 모바일 무선통신 시스템을 위한 전력증폭기는 고효율 및 높은 선형성의 특성을 필요로 한다.
A급 바이어스의 역할은 무엇인가? 주 증폭단은 고효율과 높은 출력 전력을 위해 AB급 바이어스로 동작하며, 고효율 및 고선형성을 위해 소스와 드레인의 2차 고조파를 정합하여 설계하였다[8]～[11] .보조 증폭단은 높은 선형성으로 주 증폭단 구동에 영향을 미치지 않고, 주 증폭단의 부족한 전력 이득을 보충할 수 있는 A급 바이어스로 설계하였다. 주 증폭단 및 보조 증폭단의 설계에서 source-및 load-pull 시뮬레이션을 통해 최적의 임피던스를 얻었고, 각 단 안정도의 보상을 위해 RC 피드백과 cross-coupled capacitor(CCC)를 사용하였다[12].
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참고문헌 (14)

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  12. H. Asada, K. Matsushita, K. Bunsen, K. Okada, and A. Matsuzawa, "A 60 GHz CMOS power amplifier using capacitive cross-coupling neutralization with 16% PAE," in 2011 41st European Microwave Conference, Manchester, Oct. 2011, pp. 1115-1118. 

  13. 10.1109/TMTT.2008.925220 D. H. Lee, C. Park, J. Han, Y. Kim, S. Hong, and C. H. Lee, et al., "A load-shared CMOS power amplifier with efficiency boosting at low power mode for polar transmitters," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 56, no. 7, pp. 1565-1574, Jun. 2008. 10.1109/TMTT.2008.925220 

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  14. 10.1109/JSSC.2008.920347 P. Haldi, D. Chowdhury, P. Reynaert, G. Lie, and A. M. Niknejad, "A 5.8 GHz 1 V linear power amplifier using a novel on-chip transformer power combiner in standard 90 nm CMOS," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 43, no. 5, pp. 1054-1063, Aug. 2003. 10.1109/JSSC.2008.920347 

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