Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering (한국정보통신학회논문지)

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Reliability Characteristics of RF Power Amplifier with MOSFET Degradation

MOSFET의 특성변화에 따른RF 전력증폭기의 신뢰성 특성 분석

  • 최진호 (부산외국어대학교 컴퓨터공학부)
  • Published : 2007.01.31
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Abstract

The reliability characteristics of class-E RF power amplifier are studied, based on the degradation of MOSFET electrical characteristics. The class-E power amplifier operates as a switch mode operation to achieve high efficiency. This operation leads to high voltage stress when MOSFET switch is turned-off. The increase in threshold voltage and decrease in nobility caused by high voltage stress leads to a drop in the drain current. In the class-E power amplifier the effects caused by the degradation of MOSFET drain current is a drop of the power efficiency and output power. But the small inductor in the class-E load network allows the reliability to be improved. After $10^{7}\;sec$. the drain current decreases 46.3% and the PAE(Power Added Efficiency) decreases from 58% to 36% when the load inductor is 1mH. But when the load inductor is 1nH the drain current decreases 8.89% and the PAE decreases from 59% to 55%.

MOSFET 트랜지스터의 전기적인 특성 변화에 따른 Class-E RF 전력 증폭기의 신뢰성 특성을 분석하였다. Class-E 전력 증폭기에서 MOSFET는 높은 효율을 얻기 위해 스위치로 동작하며, 이로 인해 MOSFET가 off 되었을 때 드레인 단자에 높은 전압 신호가 발생한다. 회로가 동작함에 따라 높은 전압의 스트레스로 인하여 MOSFET의 문턱 전압은 증가하고 전자의 이동도는 감소하여 MOSFET의 드레인 전류는 감소하게 된다. Class-E 전력 증폭기에서 MOSFET의 전류가 감소하면 전력 효율 및 출력 전력은 감소하게 된다. 그러나 class-E 전력증폭기에서 작은 부하 인덕터를 사용할 경우 큰 인덕터를 사용하는 경우에 비 해 신뢰성 특성을 향상시킬 수 있다. 1mH의 부하 인덕터를 사용한 경우 $10^{7}$초 후에 드레인 전류는 46.3%가 감소하였으며, 전력 효율은 58%에서 36%로 감소하였다. 그러나 1nH의 부하 인덕터를 사용한 경우 드레인 전류는 8.89%, 전력 효율 59%에서 55%로 감소하여 우수한 신뢰성 특성을 보여주었다.

Keywords

References

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