전파영상시스템용 CMOS 이중대역 전력증폭기와 DC to 20 GHz SPDT 스위치 설계

Abstract

본 논문은 이중대역 전파영상시스템 송신기에 해당하는 전력 증폭기와 SPDT 스위치 설계 및 구현에 관한 것이다. 전력 증폭기는 3 m 앞에 장애물이 있고, 10 m 거리에 있는 물체를 직경 12 cm 이내 해상도로 영상화하기 위해 S/X 대역에서 15 % 이상의 대역폭과 24 dBm 이상의 출력전력을 필요로 한다. CMOS의 낮은 breakdown voltage 문제를 해결하고, 높은 impedance transformation ratio에 대한 부담을 줄이기 위해 stack 구조를 선택하였다. 출력 matching 회로는 넓은 대역폭을 확보하기 위해 스위치와 Wilkinson power combiner를 이용해 2-stage로 나누어 low Q matching을 하였다. SPDT 스위치는 전력 증폭기와 안테나 사이에서 S대역 신호와 X대역 신호의 경로를 결정하며, 전력 증폭기의 출력전력 이상의 P1dB와 높은 insertion loss, isolation 특성이 필요하다. DC ~ 20 GHz까지의 동작 주파수와 27 dBm 이상의 P1dB를 목표로 설계하였다. CMOS 의 낮은 breakdown voltage 문제를 해결하기 위해 stack 구조를 사용하였고, 기존 Series-Shunt SPDT 스위치의 단점을 극복하기 위한 새로운 구조를 제안하였다. 기존 구조의 shunt 트랜지스터에 의한 성능 저하를 막기 위해 gate/body switching technique을 사용하여 약 2 dB 의 향상된 P1dB를 얻었다.