초록
본 논문에서는 동작주파수 범위가 DC에서부터 3GHz인 MMIC SPST(Single Pole Single Throw) 스위치를 설계 및 제작하였다. 스위치 회로 설계에 앞서 성능을 정확히 예측하기 위하여 스위치 소자의 소신호 및 대신호 모델이 필요하며, 새로이 제안된 스위치 소자의 소신호 등가회로 모델 파라미터들은 측정된 5-파라미터로부터 최적화 기법을 사용하여 추출하였다. 이때 예측된 초기값과 경계구간을 사용함으로써 최적화 기법이 가지고 있는 문제점을 보완하였다. 대신호 모델은 측정된 DC 데이터로부터 경험식의 파라미터들을 추출함으로써 전류원을 모델링하였고, 드레인-소오스간 바이어스 전압을 변화시켜 측정한 5-파라미터로부터 채널 커패시턴스 값을 추출함으로써 전하 모델을 도출하였다. 이를 초고주파 회로 시뮬레이터에 적용하여 일반적인 직렬-병렬구조의 SPST 스위치와 격리도를 개선한 SPST 스위치를 설계하였으며, 개선된 SPST 스위치 경우 3GHz의 동작주파수에서 0/-3V의 컨트롤 전압을 인가하머 측정한 결과 삽입손실은 0.302dB, 격리도는 35.762dB, 입출력 VSWR은 각각 1.249와 1.254이며, PldB는 약 15.7dBm이다.
In this paper, the MMIC SPST switches operating from DC to 3GHz were designed and implemented. Prior to the design of switches, the small and large-signal switch models were needed to predict switch performance accurately. The newly proposed small-signal switch model parameters were extracted from measured S-parameters using optimization technique with estimated initial values and boundary limits. In the extraction of large-signal switch model parameters, the current source was modeled by fitting empirical equations to measured DC data and the charge model was derived from extracted channel capacitances from measured S-parameters varying the drain-source voltage. To design basic series-shunt SPST switches and isolation-improved SPST switches, we applied this model to commercial microwave circuit simulator. The improved SPST switches exhibited 0.302dB insertion loss, 35.762dB isolation, 1.249 input VSWR, 1.254 output VSWR, and about 15.7dBm PldB with 0/-3V control voltages at 3GHz.
