130 nm CMOS 공통 게이트 증폭기를 이용한 60 GHz 양방향 능동 위상변화기

Abstract

본 논문에서는 기존 CMOS 수동 스위치를 사용한 switched - line 타입 위상변화기의 수동 스위치를 공통게이트 증폭기(양방향 증폭기)로 대체한 60 GHz CMOS 양방향 능동 위상변화기를 제안한다. 양방향 능동 위상변화기는 양방향 증폭기 블록과 수동 delay line 네트워크 블록으로 구성된다. 양방향 증폭기 블록은 순방향과 역방향의 특성이 같도록 설계하기 위해 공통 게이트 증폭기(CGA) 구조가 적합하며, 입력단과 출력단의 매칭은 대칭으로 이루어진다. 또한, 통합 바이어스 회로를 이용하여 1개의 바이어스 전압(<TEX>$V_{DS}$</TEX>)만으로도 증폭의 방향(순방향, 역방향)과 크기를 조절할 수 있도록 구성하였다. 수동 delay line 네트워크 블록은 마이크로스트립 라인으로 구성하였다. 동부 하이텍 1P8M 130-nm CMOS 공정을 이용하여 90도, 180도 1-bit 양방향 능동 위상변화기를 각각 설계하였고, 시뮬레이션 결과 60 GHz에서 평균 -3 dB의 삽입 손실을 얻었으며, 각각 90도 180도의 위상차를 얻었다. In this paper, a 60 GHz bidirectional active phase shifter with 130 nm CMOS is presented by replacing CMOS passive switchs in switched-line type phase shifter with Common Gate Amplifier(bidirectional amplifier). Bidirectional active phase shifter is composed of bidirectional amplifier blocks and passive delay line network blocks. The suitable topology of bidirectional amplifier block is CGA(Common Gate Amplifier) topology and matching circuits of input and output are symmetrical due to design same characteristic of it's forward and reverse way. The direction(forward and reverse way) and amplitude of amplification can be controlled by only one bias voltage(<TEX>$V_{DS}$</TEX>) using combination bias circuit. And passive delay line network blocks are composed of microstrip line. An 1-bit phase shifter is fabricated by Dongbu HiTek 1P8M 130-nm CMOS technology and simulation results present -3 dB average insertion loss and respectively 90 degree and 180 degree phase shift at 60 GHz.