본 논문에서는 RFID를 위한 읽기 전용 CMOS 트랜스폰더를 one-chip으로 설계하였다. 리더에서 공급되는 자기장으로부터 트랜스폰더 칩의 전원을 공급하기 위한 전파정류기를 NMOS 트랜지스터를 사용하여 설계하였으며, 데이터 저장 소자로는 64비트의 ROM을 사용하였다. 메모리에 저장되어 있는 ID 코드는 Manchester 코딩되어 front-end 임피던스 변조 방식으로 리더에 전송된다. 임피던스 변조를 위한 감폭회로로는 리더와 트랜스폰더 사이의 거리가 변해도 일정한 감폭율을 갖는 새로운 감폭회로를 사용하였다. 설계된 회로는 0.65㎛ 2-poly, 2-metal CMOS 공정을 사용하여 IC로 제작되었다. 칩 면적은 0.9㎜×0.4㎜이다. 측정 결과 설계된 트랜스폰더 IC는 인식거리 내에서 약 20∼25%의 일정한 감폭율을 보이며, 125㎑의 RF에 대해 3.9kbps의 데이터 전송속도를 보인다. 트랜스폰더 칩의 전력소모는 읽기 모드시 약 100㎼이다. 인식거리는 약 7㎝이다.
본 논문은 60 GHz 슬라이딩-IF 구조 RF 송수신기를 위한 40 GHz CMOS PLL 주파수 합성기 설계를 다룬다. 광대역에서 안정적인 주입동기식 주파수 합성기 동작을 위하여 인덕티브 피킹 기법을 이용한 주파수 분주기가 설계되었다. 광대역 주파수 분주기는 PLL이 전압 제어 발진기의 전체 주파수 범위에서 안정적으로 동기되는 것을 보장한다. 또한, 전압 제어 발진기와 주입동기식 주파수 분주기 사이의 원치 않는 간섭을 없애기 위하여 주입동기식 버퍼를 설계하여 적용하였다. 설계된 PLL 주파수 합성기는 65 nm CMOS 공정을 이용하여 설계되었으며, 37.9~45.3 GHz 출력 주파수 범위를 갖는다. 1.2 V 전원 전압에서 버퍼 포함 74 mA의 전류를 소모한다.
20 GHz 이하의 주파수 범위에서 저잡음 증폭기의 성능지수를 최대화하기 위해 65 nm RF CMOS 기술을 이용하여 제작된 입력 트랜지스터의 바이어스 전압과 폭을 최적화하였다. 만일 13 GHz 보다 동작 주파수가 높을 경우, 보다 높은 이득을 확보하기 위해 2단 증폭기의 적용이 필요하였다. 또한 5 GHz 보다 낮을 경우, 제한된 범위 내에서의 전력소모를 제어하기 위해, 입력 트랜지스터의 게이트와 소스사이의 추가적인 커패시터를 삽입하였다. 본 논문은 20 GHz 이하에서 동작하는 1단 LNA의 전반적인 성능을 검토하였고, 본 접근법은 다른 CMOS LNA 설계 기술에 적용가능하다.
This paper describes a novel MEMS integration technique on a CMOS chip. MEMS integration on CMOS circuit has many advantages in view of manufacturing cost and reliability. The surface topography of a CMOS chip from a commercial foundry has 0.9 ${\mu}{\textrm}{m}$ bumps due to the conformal coating on aluminum interconnect patterns, which are used for addressing each MEMS element individually. Therefore, it is necessary to achieve a flat mirror-like CMOS chip fer the microelectromechanical system (MEMS) such as micro mirror array. Such CMOS chip needs an additional thickness of the dielectric passivation layer to ease the subsequent planarization process. To overcome a temperature limit from the aluminum thermal degradation, this study uses RF sputtering of silicon nitride at low temperature and then polishes the CMOS chip together with the surrounding dummy pieces to define a polishing plane. Planarization reduces 0.9 ${\mu}{\textrm}{m}$ of the bumps to less than 25 nm.
본 논문에서는 입력 매칭(input matching) BIST(Built-In Self-Test) 회로를 이용한 RF font end의 새로운 결함 검사방법을 제안한다. BIST 회로를 가진 RF front end는 1.8GHz LNA(Low Noise Amplifier: 저 잡음 증폭기)와 이중 대칭 구조의 Gilbert 셀 믹서로 구성되어 있으며, TSMC 0.25$\mu\textrm{m}$ CMOS 기술을 이용하여 설계되었다. catastrophic 결함 및 parametric 변동을 가진 RF front end와 결함을 갖지 않은 RF front end를 판별하기 위해 RF front end의 입력 전압 특성을 조사하였다. 본 방법에서는 DUT(Device Under Test: 검사대상이 되는 소자)와 BIST 회로가 동일한 칩 상에 설계되어 있기 때문에 측정할 때 단지 디지털 전자계와 고주파 전압 발생기만이 필요하며, 측정이 간단하고 비용이 저렴하다는 장점이 있다. BIST 회로가 차지하는 면적은 RF front end가 차지하는 전체면적의 약 10%에 불과하다. 본 논문에서 제안하는 검사기술을 이용하여 시뮬레이션해 본 결과 catastrophic 결함에 대해서는 100%, parametric 변동에 대해서는 약 79%의 결함을 검출할 수 있었다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제6권2호
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pp.154-157
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2008
A class-E RF(Radio Frequency) power amplifier for wireless application is designed using standard CMOS technology. To drive the class-E power amplifier, a class-F RF power amplifier is used and the reliability characteristics are studied with a class-E load network. The reliability characteristic is improved when a finite-DC feed inductor is used instead of an RF choke with the load. After one year of operating, when the load is an RF choke the output current and voltage of the power amplifier decrease about 17% compared to initial values. But when the load is a finite DC-feed inductor the output current and voltage decrease 9.7%. The S-parameter such as input reflection coefficient(S11) and the forward transmission scattering parameter(S21) is simulated with the stress time. In a finite DC-feed inductor the characteristics of S-parameter are changed slightly compared to an RF-choke inductor. From the simulation results, the class-E power amplifier with a finite DC-feed inductor shows superior reliability characteristics compared to power amplifier using an RF choke.
본 논문에서는 cascode 구조가 적용된 Class-E 스위칭 모드 CMOS 전력증폭기의 common-gate 트랜지스터 게이트 바이어스 효과에 대해 분석하였다. 게이트 바이어스 효과를 확인하기 위해서 전력증폭기의 DC 전력소모, 효율을 분석하였다. 분석 결과를 통해서 전력증폭기의 최고 효율을 보여주는 common-gate 트랜지스터의 게이트 바이어스가 일반적으로 사용하는 전력증폭기 전원 전압보다 낮음을 확인하였다. 트랜지스터의 게이트 바이어스가 계속 감소함에 따라 on-저항을 확인하여 커지고, 이에 따라 출력, 효율이 감소하는 것도 확인하였다. 이 두 가지 현상을 통해 게이트 바이어스가 스위칭 모드 전력증폭기에 미치는 영향을 분석하였다. 이 분석을 증명하기 위해서 $0.18{\mu}m$ RF CMOS 공정으로 1.9 GHz 스위칭 모드 전력증폭기를 설계하였다. 앞에서 설명한 것처럼 전력증폭기의 최대 효율은 전력증폭기의 인가 전압(3.3 V)보다 낮은 2.5 V에서 확인할 수 있었다. 이 때 최고 출력은 29.1 dBm, 최고 효율은 31.5 %이다. 측정 결과를 통해서 스위칭 모드 전력증폭기 common-gate 트랜지스터의 게이트 바이어스 효과를 실험적으로 확인하였다.
The electromagnetic coupling effect in standard CMOS process is simulated and evaluated. EM coupling transfer characteristic between planar spiral inductors by isolation methode in standard CMOS have simulated and measured. Measurement results show that suppression of EM coupling effect by ground guardring. The evaluated structures are fabricated 1P5M(one poly, five metal) 0.25um standard CMOS process. These measurement results provide a isolation design guidelines in standard CMOS process for Rf coupling suppression.
본 논문에서는 RF와 마이크로파 응용을 위한 MEMS 수동 소자에 대한 내용이다. 이 수동 소자들을 만들기 위해서 개발된 3타원 MEMS공정은 기존의 실리콘 공정과 완전한 호환성을 가지고 한 칩으로 집적화 시킬 수 있는 공정이다. 이 3차원 MEMS 공정은 기존 실리콘 긍정이 가지고 있는 한계를 극복하기 위한 방법으로써 개발되었다. 개발된 공정을 이용하여 실리콘 공정에서 구현할 수 없었던 좋은 성능의 인덕터, 트랜스포머 및 전송선을 RF와 마이크로파 응용을 위해서 구현하였다. 저 전압, 높은 차단율을 위한 push-pull 개념을 도입한 MEMS 스위치를 구현하였다. 또한 높은 Q를 갖는 MEMS 인덕터를 최초로 CMOS 칩과 집적화에 성공하여 600kHz 옵셋 주파수에서 -122 dBc/Hz의 특성을 갖는 2.6 GHz 전압 제어 발진기를 제작하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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