KR20160118555A - C-band CMOS Bidirectional Amplifier Using Switchable Matching Network - Google Patents

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KR20160118555A
KR20160118555A KR1020150046845A KR20150046845A KR20160118555A KR 20160118555 A KR20160118555 A KR 20160118555A KR 1020150046845 A KR1020150046845 A KR 1020150046845A KR 20150046845 A KR20150046845 A KR 20150046845A KR 20160118555 A KR20160118555 A KR 20160118555A
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민병욱
김두중
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

Provided is a C-band CMOS bidirectional amplifier using a switchable matching circuit configured based on a common gate amplifier structure capable of switching a drain and a source of a transistor by switching a supplied voltage, wherein a bidirectional amplifier is manufactured by using a CMOS 65-nm process to simplify a system. The C-band CMOS bidirectional amplifier using a switchable matching circuit comprises: a central transmission path formed in a horizontal direction with a first port and a second port as a center; an amplification terminal formed between the first port and the second port and performing bidirectional amplification using a common gate circuit; and first and second conversion matching terminals formed between the first port and the amplification terminal and between the second port and the amplification terminal and converting the direction of a current to correspond to the amplification direction according to the directivity of the amplification terminal.

Description

변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기{C-band CMOS Bidirectional Amplifier Using Switchable Matching Network}[0001] C-band CMOS Bidirectional Amplifier Using Switchable Matching Network [

본 발명은 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기에 관한 것으로, 특히 기존 HEMT 공정을 이용한 양방향 증폭기에 비해 집적화가 용이하고 제작하는 가격이 저렴하며, 변환 매칭 회로가 바이어스 조절 없이 자동 변환이 가능 하도록 하는 C-band CMOS 양방향 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a C-band CMOS bidirectional amplifier using a conversion matching circuit, and more particularly, to a bidirectional amplifier using a conventional HEMT process, which is easier to integrate and less expensive to manufacture, and a conversion matching circuit can automatically convert without bias adjustment To a C-band CMOS bidirectional amplifier.

전력 증폭기는 통신 시스템, 예를 들면 무선전화 기지국 및 무선전화에서 널리 사용된다, 무선전화 통신 시스템에서 전력 증폭기는 보통은 송신을 위해 고주파 신호를 증폭한다.Power amplifiers are widely used in communication systems, e.g., wireless telephone base stations and wireless telephones. In a wireless telephony system, a power amplifier typically amplifies a high frequency signal for transmission.

전력 증폭기를 설계하는데 있어서 주로 고려사항은 그 효율이다, 일반적으로 열로서 낭비되는 전력량을 감소시키기 위해서는 고효율이 필요하다. 더욱이 위성 및 휴대성 무선전화와 같은 여러 응용 예에서 사용 가능한 전력량이 제한될 수 있다. 그러므로 전력 증폭기에서 효율을 증가시키는 것이 중요한데, 이는 동작 시간을 증가시키거나 위성 또는 휴대용 무선전화의 용량을 증가시키기 위한 것이다.The main consideration in designing a power amplifier is its efficiency. In general, high efficiency is required to reduce the amount of power dissipated as heat. Moreover, the amount of power available in various applications such as satellite and portable wireless telephones may be limited. It is therefore important to increase the efficiency in the power amplifier, which is intended to increase the operating time or increase the capacity of the satellite or portable radiotelephone.

현재는 무선 통신 시스템이 급속히 증가함에 따라, 시스템 집적회로의 간소화, 경량화, 성능 효율 등이 중요시 되고 있으며, 양방향 증폭이 가능한 회로를 제작하고 있다.As the wireless communication system rapidly increases, the system integrated circuit is simplified, the weight is reduced, the performance efficiency is important, and a circuit capable of bi-directional amplification is being manufactured.

특히, 기존 양방향 증폭기는 주로 3-5족 트랜지스터를 이용해서 만들어 졌다. 그러나 이는 제작시 가격이 비싸고 다른 회로와 집적화하기에 용이하지 않다는 문제점을 가지고 있다.In particular, existing bi-directional amplifiers are mainly made of 3-5 family transistors. However, it has a problem that it is expensive to manufacture and is not easy to integrate with other circuits.

공개특허공보 제10-2001-0052234호 (공개일자 2001.06.25)Published Japanese Patent Application No. 10-2001-0052234 (published Jun. 25, 2001)

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 시스템 간소화를 위해 CMOS 65-nm 공정을 이용하여 시분향 양방향 증폭기를 제작하였고, 공급전압의 스위칭에 따라 트랜지스터의 드레인과 소스가 바뀌도록 하는 것이 가능한 공통 게이트 증폭기 구조를 기반으로 구성되는 변환 매칭 회로를 이용한 C-band CMOS 양방향 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made to provide a time-division bi-directional amplifier using a CMOS 65-nm process for simplifying the system and to change the drain and source of the transistor The present invention provides a C-band CMOS bidirectional amplifier using a conversion matching circuit configured based on a common gate amplifier structure capable of performing a C-band CMOS amplification.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 특징은 제 1 포트 및 제 2 포트를 중심으로 수평 방향으로 중앙전송선로가 구성되고, 제 1 포트 및 제 2 포트 사이에 구성되어 공통 게이트 회로를 이용하여 시분향 양방향 증폭이 가능한 증폭단과, 상기 제 1 포트와 증폭단 사이 및 상기 제 2 포트와 증폭단 사이에 각각 구성되어 상기 증폭단의 방향성에 따라 증폭 방향에 맞는 전류의 방향을 변환시키는 제 1, 2 변환 매칭단을 포함하여 구성되는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a C-band CMOS bidirectional amplifier using a conversion matching circuit. The C-band CMOS bidirectional amplifier includes a first port and a second port, An amplification stage which is configured between the first port and the second port and is capable of performing bi-directional amplification in a time-sharing manner by using a common gate circuit; and an amplification stage which is formed between the first port and the amplification stage, and between the second port and the amplification stage, And a first and second conversion matching stage for converting the direction of the matching current.

바람직하게 상기 증폭단은 직류 제어 스위치(DPDP 스위치)와 공통 게이트 구조로 연결되고, 드레인에 각각 제 1 변환 매칭단 및 제 2 변환 매칭단이 연결되고, 소스 간에 서로 연결되는 제 1, 2 트랜지스터(MA1)(MA2)와, 상기 제 1, 2 트랜지스터(MA1)(MA2) 사이에 연결되어 전력 이득을 증가시키는 제 1 인덕터(Linter)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the amplifier stage is connected to a DC control switch (DPDP switch) in a common gate structure, a first conversion matching stage and a second conversion matching stage are respectively connected to the drains, and first and second transistors M A1) (characterized in that is comprises a first inductor (L inter) which is connected between the M A2) and said first and second transistors (M A1) (A2 M) increase the power gain.

바람직하게 상기 증폭단 및 직류 제어 스위치(DPDP 스위치)사이에는 서로 병렬로 연결되는 저항(RA) 및 커패시터(CACG)가 다단 공통 게이트 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, a resistor R A and a capacitor C ACG connected in parallel to each other are formed between the amplifier stage and the direct current control switch (DPDP switch) in a multi-stage common gate structure.

바람직하게 상기 제 1 변환 매칭단 또는 제 2 변환 매칭단은 증폭단과 드레인이 연결되는 제 3 트랜지스터(MW1)와, 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 게이트에 일정 전압을 인가하는 전원(Vsw)과, 상기 제 3 트랜지스터(MW1) 및 전원(Vsw) 사이에 직렬로 연결되는 저항(RSW)과, 일 측이 접지되어 전원(Vsw) 및 저항(RSW)과 병렬로 연결되는 제 1 커패시터(CACG)와, 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 드레인을 연결하는 제 2 인덕터(LSWIT1)와, 상기 제 1 포트 및 상기 트랜지스터(MW1)의 소스 사이에 직렬로 연결되는 제 2 커패시터(C1)와, 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스 및 제 2 커패시터(C1) 사이에 병렬로 연결되어 증폭 방향에 맞는 방향성을 조절하여 변환 매칭단(200a)을 변경하는 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)와, 상기 직류 제어 스위치(SPDP 스위치) 및 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 연결되는 연결라인에 직렬로 연결되는 제 1 인덕터(L1)와, 상기 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)(400a) 및 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 연결되는 연결라인에 병렬로 연결되는 제 3 커패시터(CACG)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably the first transform matching stage or second conversion matching stage is a third transistor (M W1), and a power source (V sw for applying a predetermined voltage to the gate of the third transistor (M W1) that this amplifier stage and a drain connected ), and the third transistor (M W1) and the power (V sw) resistor connected in series between the (R sW) and, on one side is a ground power supply (V sw) and a resistor (R sW) and connected in parallel a first capacitor (C ACG) which with said third transistor in series between the source of the second inductor (L SWIT1) and said first port and said transistor (M W1) connecting the source and the drain of the (M W1) a second capacitor (C 1) through to, and the third transistor (M W1) source and a second capacitor connected in parallel to the (C 1) converting the matching stage (200a) to control the direction for the amplified direction of the (SPDP switch), a DC control switch (SPDP switch) and a DC control switch 3. The source of the transistor a first inductor (L 1) and the direct-current control switch (SPDP switch) (400a) and the third transistor (M W1) connected in series in the connection line connected with the source of the (M W1) and And a third capacitor (C ACG ) connected in parallel to a connection line to be connected.

바람직하게 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 게이트에는 전원(Vsw)을 통해 1.3V에 일정한 전압을 인가해주고, 상기 제 3 트랜지스터(MW1) 및 전원(Vsw) 사이에 직렬로 연결되는 저항(RSW)은 20 Kohm의 저항으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, a constant voltage is applied to the gate of the third transistor M W1 at a voltage of 1.3 V through a power source V sw , and a voltage of a resistance connected in series between the third transistor M W1 and the power source V sw (R SW ) has a resistance of 20 Kohm.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기은 다음과 같은 효과가 있다.The C-band CMOS bidirectional amplifier using the conversion matching circuit according to the present invention as described above has the following effects.

첫째, 이 구조는 회로의 입력과 출력부가 상호 대칭적으로 설계 가능하여 양방의 이득과 위상을 동일하게 할 수 있다는 장점을 갖는다. First, this structure has an advantage that the input and output portions of the circuit can be designed symmetrically with respect to each other, so that both gains and phases can be equalized.

둘째, 이는 고주파 위상 배열시스템에 적용하기 용이한 성능을 보이며, 트랜지스터 재사용이 가능한 구조를 활용함으로써 작은 칩 사이즈를 갖게 된다. Second, it is easy to apply to a high-frequency phased array system, and has a small chip size by utilizing a structure capable of reusing a transistor.

셋째, 기존 HEMT 공정을 이용한 양방향 증폭기에 비해 집적화가 용이하고 제작하는 가격이 저렴하며, 변환 매칭 회로가 바이어스 조절 없이 자동 변환이 가능 한 효과가 있다. Third, it is easier to integrate and less expensive to manufacture than the conventional HEMT process, and the conversion matching circuit can perform automatic conversion without bias control.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도
도 2 는 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 전방향 일 때 S 파라미터 및 잡음지수 특성을 나타낸 그래프
도 3 은 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 전방향일 때 반사손실 특성을 나타낸 그래프
도 4 는 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 역방향 일 때 S 파라미터 및 잡음지수 특성을 나타낸 그래프
도 5 는 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 역방향 일 때 반사손실 특성을 나타낸 그래프
도 6 은 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 선형성 특성을 나타낸 그래프
1 is a circuit diagram showing a configuration of a C-band CMOS bidirectional amplifier using a conversion matching circuit according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a graph showing the S parameter and the noise figure characteristic in the forward direction in the circuit diagram showing the configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of Fig. 1. Fig.
Fig. 3 is a graph showing the reflection loss characteristic in the forward direction in the circuit diagram showing the configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of Fig. 1
Fig. 4 is a graph showing the S parameter and the noise figure characteristic in the reverse direction in the circuit diagram showing the configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of Fig. 1
Fig. 5 is a graph showing the reflection loss characteristic in the reverse direction in the circuit diagram showing the configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of Fig. 1
Fig. 6 is a graph showing linearity characteristics in a circuit diagram showing a configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of Fig. 1

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.A preferred embodiment of a C-band CMOS bidirectional amplifier using the conversion matching circuit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a configuration of a C-band CMOS bidirectional amplifier using a conversion matching circuit according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 제 1 포트 및 제 2 포트를 중심으로 수평 방향으로 중앙전송선로가 구성되고, 제 1 포트 및 제 2 포트 사이에 구성되어 공통 게이트 회로를 이용하여 시분향 양방향 증폭이 가능한 증폭단(100)과, 상기 제 1 포트와 증폭단(100) 사이 및 상기 제 2 포트와 증폭단(100) 사이에 각각 구성되어 상기 증폭단(100)의 방향성에 따라 증폭 방향에 맞는 전류의 방향을 변환시키는 제 1 변환 매칭단(200a) 및 제 2 변환 매칭단(200b)으로 구성된다.As shown in Fig. 1, a central transmission line is formed in the horizontal direction around the first port and the second port, and is configured between the first port and the second port, and is used for time-division bi- directional amplification And an amplification stage 100 which is provided between the first port and the amplification stage 100 and between the second port and the amplification stage 100 so as to direct the direction of the current corresponding to the amplification direction according to the directionality of the amplification stage 100 And a first conversion matching stage 200a and a second conversion matching stage 200b.

이때, 상기 증폭단(100)은 직류 제어 스위치(DPDP 스위치)(300)와 공통 게이트 구조로 연결되고, 드레인에 각각 제 1 변환 매칭단(200a) 및 제 2 변환 매칭단(200b)이 연결되고, 소스 간에 서로 연결되는 제 1, 2 트랜지스터(MA1)(MA2)와, 상기 제 1, 2 트랜지스터(MA1)(MA2) 사이에 연결되어 전력 이득을 증가시키는 제 1 인덕터(Linter)로 구성된다. At this time, the amplifier stage 100 is connected to the DC control switch (DPDP switch) 300 in a common gate structure, the first conversion matching stage 200a and the second conversion matching stage 200b are connected to the drain, A first inductor L inter connected between the first and second transistors M A1 and M A2 and connected to the first and second transistors M A1 and M A2 to increase the power gain, .

이처럼, 상기 증폭단(100)은 공통 게이트 회로를 이용하여 바이어스만 바꾸면 증폭방향이 변하기 용이한 구조를 사용했다. 증폭단의 가운데 제 1 인덕터(Linter)를 추가함으로써 공통 게이트의 단점인 전력 이득을 증가 시킬 수 있게 구성된다.As described above, the amplifier stage 100 uses a structure in which the amplification direction can be easily changed by changing the bias using a common gate circuit. And the first inductor (L inter ) in the middle of the amplification stage is added to increase the power gain which is a disadvantage of the common gate.

이때, 상기 증폭단(100) 및 직류 제어 스위치(DPDP 스위치)(300)사이에는 서로 병렬로 연결되는 저항(RA) 및 커패시터(CACG)가 다단 공통 게이트 구조로 구성된다.In this case, a resistor R A and a capacitor C ACG connected in parallel to each other are formed between the amplifier stage 100 and the DC control switch (DPDP switch) 300 in a multi-stage common gate structure.

그리고 상기 제 1 변환 매칭단(200a)은 증폭단과 드레인이 연결되는 제 3 트랜지스터(MW1)와, 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 게이트에 일정 전압을 인가하는 전원(Vsw)과, 상기 제 3 트랜지스터(MW1) 및 전원(Vsw) 사이에 직렬로 연결되는 저항(RSW)과, 일 측이 접지되어 전원(Vsw) 및 저항(RSW)과 병렬로 연결되는 제 1 커패시터(CACG)와, 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 드레인을 연결하는 제 2 인덕터(LSWIT1)와, 상기 제 1 포트 및 상기 트랜지스터(MW1)의 소스 사이에 직렬로 연결되는 제 2 커패시터(C1)와, 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스 및 제 2 커패시터(C1) 사이에 병렬로 연결되어 증폭 방향에 맞는 방향성을 조절하여 변환 매칭단(200a)을 변경하는 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)(400a)와, 상기 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)(400a) 및 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 연결되는 연결라인에 직렬로 연결되는 제 1 인덕터(L1)와, 상기 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)(400a) 및 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 연결되는 연결라인에 병렬로 연결되는 제 3 커패시터(CACG)로 구성된다. The first conversion matching stage 200a includes a third transistor M W1 to which an amplification stage and a drain are connected, a power source V sw to apply a constant voltage to a gate of the third transistor M W1 , a third transistor (M W1) and the power (V sw) resistor connected in series between the (R SW) and, on one side is a ground power supply (V sw) and a resistor (R SW) a first capacitor connected in parallel with (C ACG) and the third transistor of claim in which the second inductor (L SWIT1) and, connected in series between the source of the first port and the transistors (M W1) connecting the source and the drain of the (M W1) second capacitor (C 1) and the third transistor are connected in parallel between the source and the second capacitor (C 1) of the (M W1) direct current to change the conversion matching stage (200a) to control the direction for the amplification direction A control switch (SPDP switch) 400a, a DC control switch (SPDP switch) 400a, Connected to the source of the first inductor (L 1) and the direct-current control switch (SPDP switch) (400a) and the third transistor (M W1) connected in series in the connection line connected with the source of the (M W1) And a third capacitor (C ACG ) connected in parallel to the connection line.

참고로 상기 제 2 변환 매칭단(200b)은 상기 제 1 변환 매칭단(200a)과 동일한 구성을 나타내고 있으며, 이에 따른 설명은 생략한다. 아울러, 아래에서 제 1 변환 매칭단(200a)의 기능만을 설명하여 동일한 기능을 갖는 제 2 변환 매칭단(200b)의 중복되는 설명을 생략한다.For reference, the second conversion matching stage 200b has the same configuration as the first conversion matching stage 200a, and a description thereof will be omitted. In addition, only functions of the first conversion matching stage 200a will be described below, and redundant description of the second conversion matching stage 200b having the same function will be omitted.

이와 같은 구성을 통해, 상기 제 1 변환 매칭단(200a)은 증폭단(100)의 방향성에 따라 조절되어 진다. 즉, 제 1 변환 매칭단(200a)에 제 3 트랜지스터(MW1)의 게이트에 Vsw의 일정 전압을 인가하고, SPDT 스위치(400a)의 방향성을 조절하면 증폭 방향에 맞는 변환 매칭단(200a)을 자유자재로 바꿔줄 수 있다. With such a configuration, the first conversion matching stage 200a is adjusted in accordance with the directionality of the amplification stage 100. That is, when a predetermined voltage of Vsw is applied to the gate of the third transistor M W1 in the first conversion matching stage 200a and the directionality of the SPDT switch 400a is adjusted, the conversion matching stage 200a matching the amplification direction You can change it freely.

또한, 저항(RSW) 및 제 1 커패시터(CACG)로 구성되는 다단 공통 게이트 구조는 입력 임피던스가 작고, 출력 임피던스가 크다는 특징을 보여준다. 이에 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)(400a)를 이용해서 증폭 방향을 결정 할 때, 입력 임피던스와 출력 임피던스의 공액(conjugate) 값을 가질 수 있는 변환 매칭 회로로 구성된다.Also, the multi-stage common gate structure composed of the resistor R SW and the first capacitor C ACG has a feature that the input impedance is small and the output impedance is large. And a conversion matching circuit capable of having a conjugate value of the input impedance and the output impedance when determining the amplification direction using the direct current control switch (SPDP switch) 400a.

이에 따라, 상기 변환 매칭 회로의 트랜지스터에 일정한 전압을 인가하면 드레인, 소스의 직류 전압이 변환됨에 따라 자동으로 스위칭이 된다. Accordingly, when a constant voltage is applied to the transistor of the conversion matching circuit, switching is automatically performed as the DC voltage of the drain and the source is converted.

또한 상기 변환 매칭 회로는 제 2 인덕터(LSWIT1)와 및 제 3 트랜지스터(MW1)(Deep-n-well 트랜지스터)를 이용해서 최소한의 교류 전류의 손실을 갖도록 구성된다. 이에 따라, 제 3 트랜지스터(MW1)가 켜지면 소트(short)와 같이 동작하고, 반대로 트랜지스터가 꺼질 경우 인덕터와 같이 동작을 하는 특징을 나타낸다. The conversion matching circuit is configured to have a minimum AC current loss using the second inductor L SWIT1 and the third transistor M W1 (Deep-n-well transistor). Accordingly, when the third transistor M W1 is turned on, it operates like a short, and conversely, when the transistor is turned off, it operates like an inductor.

참고로, 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 게이트에는 전원(Vsw)을 통해 1.3V에 일정한 전압을 인가해주고, 상기 제 3 트랜지스터(MW1) 및 전원(Vsw) 사이에 직렬로 연결되는 저항(RSW)은 20 Kohm의 큰 저항을 연결하는 것이 바람직하다. For reference, the third transistor applying a constant voltage to 1.3V, the gate through the power (V sw) of the (M W1) haejugo, the third transistor (M W1) and the power (V sw) which is connected in series between the The resistor (R SW ) is preferably connected to a large resistance of 20 Kohm.

이와 같은 구조는 회로의 입력부와 출력부가 상호 대칭적으로 설계 가능하여 양방향의 이득과 위상을 동일하게 할 수 있다. 이는 고주파 위상 배역 시스템에 적용하기 용이한 성능을 보이며, 트랜지스터 재사용이 가능한 구조를 활용함으로써 작은 칩 사이즈를 갖게 된다. 실제로 구현되는 칩의 크기는 470 x 544

Figure pat00001
를 나타내는데, 이는 현재까지 CMOS로 설계된 양방향 증폭기 회로 중 크기가 가장 작다는 장점을 보여준다.Such a structure enables the input and output sections of the circuit to be designed symmetrically with respect to each other, so that the gain and phase in both directions can be the same. It is easy to apply to a high-frequency phase shifting system, and has a small chip size by utilizing a structure capable of reusing a transistor. The size of the chip actually implemented is 470 x 544
Figure pat00001
Which shows the advantage that the size of the bidirectional amplifier circuit designed to CMOS is the smallest to date.

이는 고주파 위상 배열시스템에 적용하기 용이한 성능을 보이며, 트랜지스터 재사용이 가능한 구조를 활용함으로써 작은 칩 사이즈를 갖게 된다.
It is easy to apply to a high-frequency phased array system, and has a small chip size by utilizing a transistor reusable structure.

도 2 는 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 전방향 일 때 S 파라미터 및 잡음지수 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing S parameter and noise figure characteristics in a forward direction in a circuit diagram showing the configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of FIG. 1. FIG.

도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 전방향 동작에서 최대 이득이 9.8 dB, 고립도가 19 dB 이상, 최소 잡음지수가 7.2 dB 를 나타내고 있음을 알 수 있다.As shown in Fig. 2, it can be seen that the maximum gain is 9.8 dB, the isolation is 19 dB or more, and the minimum noise figure is 7.2 dB in forward operation.

도 3 은 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 전방향일 때 반사손실 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the reflection loss characteristics in the forward direction in the circuit diagram showing the configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of FIG.

도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 전방향 동작에서 반사손실이 -7 dB 정도를 나타내고 있음을 알 수 있다.As shown in Fig. 3, it can be seen that the reflection loss in the forward direction operation is about -7 dB.

도 4 는 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 역방향 일 때 S 파라미터 및 잡음지수 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the S-parameter and the noise figure characteristic in the reverse direction in the circuit diagram showing the configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of FIG.

도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 역방향 동작에서 최대 이득이 9.5 dB, 고립도가 21 dB 이상, 최소 잡음지수가 7.2 dB 를 나타내고 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the maximum gain is 9.5 dB, the isolation is 21 dB or more, and the minimum noise figure is 7.2 dB in the reverse operation.

도 5 는 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 역방향 일 때 반사손실 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing a reflection loss characteristic in a reverse direction in a circuit diagram showing a configuration of a C-band CMOS bidirectional amplifier of FIG. 1. FIG.

도 5에서 도시하고 있는 것과 같이, 삽입 위상 차이가 < 6°이므로 전 방향과 역 방향 특성이 거의 일치함을 나타내고 있음을 알 수 있다.As shown in Fig. 5, it can be seen that the insertion phase difference is < 6 [deg.], So that the forward and reverse characteristics are almost identical.

도 6 은 도 1의 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기의 구성을 나타낸 회로도에서 선형성 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing linearity characteristics in a circuit diagram showing a configuration of the C-band CMOS bidirectional amplifier of FIG. 1; FIG.

도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 4.2 dBm의 출력 P1dB를 나타내고 있음을 알 수 있다.
As shown in Fig. 6, it can be seen that the output P1dB of 4.2 dBm is shown.

상기 도 2 내지 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 동작 주파수에서 측정된 최대 이득은 9.8 dB 이며, 출력 P1dB 와 NF는 각각 4.2 dBm 과 7.7dB 이고, NF는 측정하는 GSG의 손실값을 포함하고 있는 것을 알 수 있어, 이 구조는 회로의 입력과 출력부가 상호 대칭적으로 설계 가능하여 양방의 이득과 위상을 동일하게 할 수 있음을 알 수 있다.
As shown in FIGS. 2 to 6, the maximum gain measured at the operating frequency is 9.8 dB, the outputs P1dB and NF are 4.2 dBm and 7.7 dB, respectively, and NF contains the loss value of the measured GSG It can be seen that this structure allows the input and output sections of the circuit to be designed symmetrically with respect to each other, so that both gain and phase can be made equal.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (7)

제 1 포트 및 제 2 포트를 중심으로 수평 방향으로 중앙전송선로가 구성되고, 제 1 포트 및 제 2 포트 사이에 구성되어 공통 게이트 회로를 이용하여 시분향 양방향 증폭이 가능한 증폭단과,
상기 제 1 포트와 증폭단 사이 및 상기 제 2 포트와 증폭단 사이에 각각 구성되어 상기 증폭단의 방향성에 따라 증폭 방향에 맞는 전류의 방향을 변환시키는 제 1, 2 변환 매칭단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기.
An amplification stage which is constituted by a central transmission line in the horizontal direction around the first port and the second port and which is formed between the first port and the second port and which is capable of bi-
And a first and a second conversion matching stage which are respectively provided between the first port and the amplifying stage and between the second port and the amplifying stage and which change the direction of the current corresponding to the amplifying direction according to the directionality of the amplifying stage. C-band CMOS bi-directional amplifier using transform matching circuit.
제 1 항에 있어서, 상기 증폭단은
직류 제어 스위치(DPDP 스위치)와 공통 게이트 구조로 연결되고, 드레인에 각각 제 1 변환 매칭단 및 제 2 변환 매칭단이 연결되고, 소스 간에 서로 연결되는 제 1, 2 트랜지스터(MA1)(MA2)와,
상기 제 1, 2 트랜지스터(MA1)(MA2) 사이에 연결되어 전력 이득을 증가시키는 제 1 인덕터(Linter)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기.
2. The receiver of claim 1,
A first and a second transistor M A1 (M A2 ) connected in common gate structure to a direct current control switch (DPDP switch), each having a first conversion matching node and a second conversion matching node connected to the drain, )Wow,
And a first inductor L inter connected between the first and second transistors M A1 and M A2 to increase a power gain. .
제 1 항에 있어서,
상기 증폭단 및 직류 제어 스위치(DPDP 스위치)사이에는 서로 병렬로 연결되는 저항(RA) 및 커패시터(CACG)가 다단 공통 게이트 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기.
The method according to claim 1,
And a resistor (R A ) and a capacitor (C ACG ) connected in parallel to each other between the amplifier stage and the DC control switch (DPDP switch) are formed in a multi-stage common gate structure. amplifier.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변환 매칭단 또는 제 2 변환 매칭단은
증폭단과 드레인이 연결되는 제 3 트랜지스터(MW1)와,
상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 게이트에 일정 전압을 인가하는 전원(Vsw)과,
상기 제 3 트랜지스터(MW1) 및 전원(Vsw) 사이에 직렬로 연결되는 저항(RSW)과,
일 측이 접지되어 전원(Vsw) 및 저항(RSW)과 병렬로 연결되는 제 1 커패시터(CACG)와,
상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 드레인을 연결하는 제 2 인덕터(LSWIT1)와,
상기 제 1 포트 및 상기 트랜지스터(MW1)의 소스 사이에 직렬로 연결되는 제 2 커패시터(C1)와,
상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스 및 제 2 커패시터(C1) 사이에 병렬로 연결되어 증폭 방향에 맞는 방향성을 조절하여 변환 매칭단(200a)을 변경하는 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)와,
상기 직류 제어 스위치(SPDP 스위치) 및 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 연결되는 연결라인에 직렬로 연결되는 제 1 인덕터(L1)와,
상기 직류 제어 스위치(SPDP 스위치)(400a) 및 상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 소스와 연결되는 연결라인에 병렬로 연결되는 제 3 커패시터(CACG)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기.
2. The apparatus of claim 1, wherein the first conversion match stage or the second conversion match stage
A third transistor M W1 to which an amplification stage and a drain are connected,
A power source V sw for applying a constant voltage to the gate of the third transistor M W1 ,
A resistor R SW serially connected between the third transistor M W1 and the power source V sw ,
A first capacitor C ACG grounded on one side and connected in parallel to the power source V sw and the resistor R SW ,
A second inductor L SWIT1 connecting a source and a drain of the third transistor M W1 ,
A second capacitor (C 1 ) serially connected between the first port and the source of the transistor (M W1 )
A direct current control switch (SPDP switch) connected in parallel between the source of the third transistor M W1 and the second capacitor C 1 to adjust the direction matching with the amplification direction to change the conversion matching stage 200a,
A first inductor L 1 connected in series to a connection line connected to the source of the DC control switch SPDP switch and the third transistor M W1 ,
And a third capacitor (C ACG ) connected in parallel to a connection line connected to the source of the third transistor (M W1 ) and the DC control switch (SPDP switch) 400a. C - band CMOS bi - directional amplifier using circuit.
제 4 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터(MW1)가 켜지면 소트(short)와 같이 동작하고, 반대로 트랜지스터가 꺼질 경우 인덕터와 같이 동작하는 것을 특징으로 하는 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기.
5. The method of claim 4,
Band CMOS bi-directional amplifier using a conversion matching circuit, wherein the third transistor M W1 operates as a short when turned on and vice versa.
제 4 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터(MW1)의 게이트에는 전원(Vsw)을 통해 1.3V에 일정한 전압을 인가해주는 것을 특징으로 하는 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기.
5. The method of claim 4,
And a constant voltage is applied to the gate of the third transistor M W1 at a voltage of 1.3 V through a power source V sw .
제 4 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터(MW1) 및 전원(Vsw) 사이에 직렬로 연결되는 저항(RSW)은 20 Kohm의 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 변환 매칭 회로를 이용한 C-밴드 CMOS 양방향 증폭기.
5. The method of claim 4,
Wherein the resistor R SW connected in series between the third transistor M W1 and the power supply V sw is comprised of a resistor of 20 Kohm.
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