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KR100638740B1 - DC modeling method of high frequency single integrated circuit amplifier - Google Patents

DC modeling method of high frequency single integrated circuit amplifier Download PDF

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KR100638740B1
KR100638740B1 KR1020040051091A KR20040051091A KR100638740B1 KR 100638740 B1 KR100638740 B1 KR 100638740B1 KR 1020040051091 A KR1020040051091 A KR 1020040051091A KR 20040051091 A KR20040051091 A KR 20040051091A KR 100638740 B1 KR100638740 B1 KR 100638740B1
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mmic
amplifier
drain
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voltage
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정진철
염인복
박종흥
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한국전자통신연구원
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 고주파단일집적회로 증폭기의 DC 모델링 방법에 관한 것임.The present invention relates to a DC modeling method of a high frequency single integrated circuit amplifier.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention

본 발명은 FET의 파라미터 중 일부 파라미터 값만을 변화시킴으로써, MMIC 증폭기의 한 동작점에서의 DC 특성과 일치하는 DC 소자를 모델링하기 위한, MMIC 증폭기의 DC 모델링 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.It is an object of the present invention to provide a DC modeling method of an MMIC amplifier for modeling a DC element matching a DC characteristic at an operating point of the MMIC amplifier by changing only some parameter values of the parameters of the FET.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

본 발명은, 시뮬레이터(Simulator)를 이용한 고주파단일집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit;MMIC) 증폭기의 DC 모델링 방법으로서, MMIC 증폭기의 RF 성능을 최적화 시키는 MMIC 증폭기의 게이트 전압 및 드레인 전압을 측정하는 단계; 상기 게이트 전압은 유지하고 상기 드레인 전압을 변화시키며 드레인 전류 값을 측정하는 단계; 및 상기 측정 데이터에 근거하여, 게이트 전압의 변화에 따라 드레인 전류가 변하는 DC 모델의 파라미터를 상기 측정한 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성에 근사하도록 조정하여 모델링하는 단계를 포함함.The present invention provides a DC modeling method of a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) amplifier using a simulator, the method comprising: measuring gate voltage and drain voltage of an MMIC amplifier for optimizing RF performance of the MMIC amplifier; Maintaining the gate voltage, varying the drain voltage and measuring a drain current value; And adjusting and modeling a parameter of a DC model in which the drain current changes according to the change of the gate voltage to approximate the drain voltage / current characteristic of the measured gate voltage based on the measured data.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

본 발명은 MMIC 증폭기의 DC 모델링에 이용됨.The present invention is used for DC modeling of MMIC amplifiers.

MMIC 증폭기, DC 모델, FET, Beta, LamdaMMIC Amplifier, DC Models, FETs, Beta, Lamda

Description

고주파단일집적회로 증폭기의 DC 모델링 방법{Method for DC modeling of MMIC amplifier} DC modeling method of a high frequency single integrated circuit amplifier {Method for DC modeling of MMIC amplifier}             

도 1은 고주파단일집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit;MMIC) 증폭기의 구동을 위한 일반적인 바이어스 회로도,1 is a general bias circuit diagram for driving a high frequency integrated circuit (Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)) amplifier,

도 2는 MMIC 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)의 DC 특성을 측정하기 위한 MMIC LNA 측정지그의 일실시예 구성도,2 is a configuration diagram of an embodiment of a MMIC LNA measuring jig for measuring DC characteristics of a MMIC low noise amplifier;

도 3은 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA를 DC 모델링하기 위한 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor:FET)의 피스파이스(P-SPICE) 구성도,3 is a diagram illustrating a structure of a P-SPICE of a field effect transistor (FET) for DC modeling an MMIC LNA according to an embodiment of the present invention;

도 4a는 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA에 대한 DC 모델링 전의 FET의 모델 파라미터를 설명하기 위한 도면,4A is a view for explaining model parameters of a FET before DC modeling for an MMIC LNA according to an embodiment of the present invention;

도 4b는 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA에 대한 DC 모델링 후의 FET의 모델 파라미터를 설명하기 위한 도면,4B is a view for explaining model parameters of a FET after DC modeling for an MMIC LNA according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA의 측정 데이터와 MMIC LNA를 DC 모델링한 FET의 DC 특성을 비교한 그래프,Figure 5 is a graph comparing the DC characteristics of the MMIC LNA measurement data and MMIC LNA DC model of the FET according to an embodiment of the present invention,

도 6은 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA의 다수의 게이트 전압 에 대한 드레인 전압/전류 특성을 나타낸 그래프이다.6 is a graph illustrating drain voltage / current characteristics of a plurality of gate voltages of an MMIC LNA according to an exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

110, 120 : 전압원 130 : MMIC 증폭기110, 120: voltage source 130: MMIC amplifier

140, 310 : 게이트 150, 320: 드레인140, 310: gate 150, 320: drain

210 : MMIC LNA 220 : 입력 포트210: MMIC LNA 220: Input Port

230 : 출력 포트 240 : 게이트 전원핀230: output port 240: gate power pin

250 : 드레인 전원핀 330 : 소스250: drain power pin 330: source

340 : 게이트 전압원 350 : 드레인 전압원340: gate voltage source 350: drain voltage source

본 발명은 고주파단일집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit:MMIC) 증폭기의 DC 모델링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor:FET)를 이용하여 MMIC 증폭기에 대한 DC 모델링을 하기 위한, MMIC 증폭기의 DC 모델링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a DC modeling method of a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) amplifier, and more particularly to a DC modeling of a MMIC amplifier using a field effect transistor (FET). The present invention relates to a DC modeling method of an MMIC amplifier.

MMIC 증폭기는 고주파 특성이 우수하고 RF(Radio Frequency) 신호의 세기에 따른 특성 변화가 적은, 각종 개별 소자를 하나의 칩에 구현한 증폭기이다.The MMIC amplifier is an amplifier in which various individual devices are implemented on a single chip, which has excellent high frequency characteristics and little characteristic change according to the strength of an RF (Radio Frequency) signal.

상기 MMIC 증폭기는 접지, 게이트(Gate) 및 드레인(Drain)의 3개의 포트로 구성되며 게이트의 전압에 따른 드레인의 전류가 변하는 특성이 있다.The MMIC amplifier is composed of three ports, a ground, a gate, and a drain, and has a characteristic of changing the drain current according to the voltage of the gate.

일반적으로 한 부품을 개발하기 위해서는 우선 그 부품에 대한 회로 설계를 해야 하고, 설계를 마치면 설계한 자료를 바탕으로 회로의 기능 검사 및 성능 시험을 한다.In general, in order to develop a part, the circuit design for that part must be performed first. After the design is completed, the functional test and performance test of the circuit are performed.

회로의 기능 검사 및 성능 검사, 즉 회로 해석 방법은 등가 회로를 이용하는 방법과 컴퓨터에서의 회로 시뮬레이터(simulator)를 이용하는 방법이 있다.The functional test and the performance test of the circuit, that is, a circuit analysis method, include an equivalent circuit and a computer simulator.

등가 회로를 이용한 회로 해석 방법은 실제 회로를 구성하는 모든 개별 소자들을 동일한 기능을 수행하는 소자들로 대체하여 실험판(breadboard) 위에 회로를 구현한 후 회로를 해석하는 것이다.The circuit analysis method using an equivalent circuit is to implement a circuit on a breadboard and then analyze the circuit by replacing all individual elements constituting the actual circuit with the elements having the same function.

등가 회로를 이용한 회로 해석 방법은 실험판에 구현한 회로의 개별 소자들의 기능이 실제 회로를 구성하는 모든 개별 소자들과 정확히 일치하지 않고, 회로 설계에 오류가 있을 경우에는 개별 소자의 내부 신호를 확인할 수 없어 회로 해석에 어려움이 있다.In the circuit analysis method using an equivalent circuit, the function of the individual elements of the circuit implemented on the test board does not exactly match all the individual elements constituting the actual circuit, and in case of error in the circuit design, the internal signals of the individual elements are checked. There is a difficulty in circuit analysis.

컴퓨터에서의 회로 시뮬레이터를 이용한 회로 해석 방법은 시뮬레이터에서 회로를 구성하는 개별 소자의 모델을 찾아 회로를 구현하고 해석하는 것으로, 시뮬레이터로는 스파이스(SPICE)가 가장 널리 사용되고 있다. The circuit analysis method using a circuit simulator in a computer finds a model of an individual element constituting a circuit in a simulator and implements and analyzes a circuit. SPICE is the most widely used simulator.

MMIC 증폭기를 구현하는데 있어서 중요한 사항 중 하나는 MMIC 증폭기를 구동(bias)하기 위한 바이어스 보드의 개발이다. 바이어스 보드를 개발하기 위해서는 바이어스 회로를 설계하고 회로를 해석해야한다. One important aspect of implementing an MMIC amplifier is the development of a bias board to bias the MMIC amplifier. Developing a bias board requires designing a bias circuit and interpreting the circuit.

MMIC 증폭기를 구동하기 위한 바이어스 회로의 시뮬레이터를 이용한 회로 해 석은, 바이어스 회로를 구성하는 개별 소자와 바이어스 회로의 부하 역할을 하는 MMIC 증폭기의 모델을 시뮬레이터에서 찾아 구현하고 DC 동작점을 구하는 것이다.Circuit simulation using a simulator of a bias circuit to drive an MMIC amplifier is to find and implement a model of the MMIC amplifier that serves as a load of the bias circuit and the individual elements constituting the bias circuit, and obtain a DC operating point.

이때, 시뮬레이터를 이용하여 바이어스 회로의 회로 해석을 하기 위해서는 회로 해석을 하는데 사용되는 각 소자들의 정확한 모델이 필요한데, 바이어스 회로의 부하 역할을 하는 MMIC 증폭기의 DC 특성과 일치하는 정확한 모델은 없다.At this time, in order to analyze the circuit of the bias circuit using a simulator, an accurate model of each device used for the circuit analysis is required. There is no exact model that matches the DC characteristics of the MMIC amplifier serving as a load of the bias circuit.

따라서, 바이어스 회로를 해석하기 위해서는 MMIC 증폭기의 DC 특성과 일치하는 모델이 필요하다.Therefore, in order to analyze the bias circuit, a model matching the DC characteristics of the MMIC amplifier is required.

일반적으로 MMIC 증폭기 DC 모델링 방법으로 두가지 방법을 사용한다.In general, two methods are used for DC modeling of MMIC amplifiers.

첫번째 방법은 MMIC 증폭기의 DC 동작점에서의 게이트(Gate) 전압값 및 드레인(Drain) 전압/전류값과 비슷한 값을 갖는 FET 모델을 시뮬레이터에서 찾아 그대로 사용하는 방법이다.The first method is to find a FET model in the simulator that has values similar to the gate voltage and drain voltage / current values at the DC operating point of the MMIC amplifier.

그러나 MMIC 증폭기는 게이트 전압의 변화에 따라 드레인의 전류가 변하는 특성을 갖는데 상기 시뮬레이터에서 찾아 그대로 사용하는 FET 모델은 그 특성을 만족시키지 못한다. However, the MMIC amplifier has a characteristic that the drain current changes according to the change of the gate voltage, and the FET model used in the simulator does not satisfy the characteristic.

또한, 모델의 부정확성 때문에 발생하는 DC 특성에 대해서는 바이어스 회로의 제작 후 저항값들을 바꿔 가면서(tuning) 그 특성을 유사하게 만드는 추가적인 과정을 거쳐야만 한다.In addition, DC characteristics caused by inaccuracies in the model must be further processed to make the characteristics similar by tuning the resistance values after fabrication of the bias circuit.

두번째 방법은 MMIC 증폭기의 바이어스 조건에 따른 많은 양의 측정 데이터를 획득하여 실제 MMIC 증폭기를 모델링하는 방법이다. 그러나 상기 측정 데이터를 얻기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하다.The second method is to model a real MMIC amplifier by acquiring a large amount of measurement data according to the bias condition of the MMIC amplifier. However, it takes a lot of time and effort to obtain the measurement data.

한편, 대한민국 공개특허 제1020027014414호는 고주파 증폭기용 소자인 고전자이동트랜지스터(High Electron Mobility Transistor:HEMT)에 대한 모델링 방법을 제안한다. 즉, 종래의 등가 회로 모델링과 물리적 장치 시뮬레이션을 적절하게 결합하여 실제 HEMT 소자의 여러 동작점에서의 DC 및 RF 특성과 근사적으로 가까운 DC 및 RF 특성을 갖는 모델을 제공하는 모델링 방법을 제안한다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 1020027014414 proposes a modeling method for a High Electron Mobility Transistor (HEMT) which is a device for a high frequency amplifier. That is, the present invention proposes a modeling method that properly combines conventional equivalent circuit modeling and physical device simulation to provide a model having DC and RF characteristics that are close to DC and RF characteristics at various operating points of an actual HEMT device.

그러나, 상기 공개특허는 복잡한 수식과 이론적 바탕으로 만들어진 모델링 방법으로 실제 HEMT 소자의 여러 동작점에서의 DC 및 RF 특성과 근사적으로 가까운 모델을 제공할 수 있으나, 임의의 한 게이트 전압 및 드레인 전압에서 그 전류값이 정확하지 않은 단점이 있다.However, the disclosed patent can provide a model that is close to the DC and RF characteristics at various operating points of the actual HEMT device by using a complicated formula and theoretical modeling method, but at any one gate voltage and drain voltage. There is a disadvantage that the current value is not accurate.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, FET의 파라미터 중 일부 파라미터 값만을 변화시킴으로써, MMIC 증폭기의 한 동작점에서의 DC 특성과 일치하는 DC 소자를 모델링하기 위한, MMIC 증폭기의 DC 모델링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and by changing only some parameter values of the parameters of the FET, DC modeling method of the MMIC amplifier for modeling a DC element matching the DC characteristics at one operating point of the MMIC amplifier The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 시뮬레이터(Simulator)를 이용한 고주파단일집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit;MMIC) 증폭기의 DC 모델링 방법으로서, MMIC 증폭기의 RF 성능을 최적화 시키는 MMIC 증폭기의 게이트 전압 및 드레인 전압을 측정하는 단계; 상기 게이트 전압은 유지하고 상기 드레인 전압을 변화시키며 드레인 전류 값을 측정하는 단계; 및 상기 측정 데이터에 근거하여, 게이트 전압의 변화에 따라 드레인 전류가 변하는 DC 모델의 파라미터를 상기 측정한 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성에 근사하도록 조정하여 모델링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of the present invention for achieving the above object is a DC modeling method of a high frequency integrated circuit (MMIC) amplifier using a simulator, the gate voltage of the MMIC amplifier to optimize the RF performance of the MMIC amplifier Measuring the drain voltage; Maintaining the gate voltage, varying the drain voltage and measuring a drain current value; And adjusting and modeling a parameter of a DC model in which the drain current changes according to the change of the gate voltage to approximate the drain voltage / current characteristic of the measured gate voltage based on the measured data. .

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 MMIC 증폭기의 구동을 위한 일반적인 바이어스 회로도이다.1 is a general bias circuit diagram for driving an MMIC amplifier.

도 1에 도시된 바와 같이, 바이어스 회로는 회로의 부하 역할을 하는 MMIC 증폭기(130)와 연결되어 있고, 전압원(110, 120)을 이용하여 상기 MMIC 증폭기(130)의 게이트(140)와 드레인(150)에 전압을 공급한다.As shown in FIG. 1, the bias circuit is connected to the MMIC amplifier 130 serving as a load of the circuit, and using the voltage sources 110 and 120, the gate 140 and the drain of the MMIC amplifier 130 ( Supply voltage to 150).

상기 MMIC 증폭기(130)는 게이트(140)의 전압에 따라 드레인(150)의 전류가 변하는 특성을 갖는다. 따라서 게이트(140)의 전압 변화에 따라 드레인(150)의 전류가 변하는 증폭기 모델이 필요하다. 이러한 특성을 만족하는 DC 소자로는 FET 또는 HEMT 등을 예로 들 수 있으나 설명의 편의상 이하의 실시예에서는 FET를 예로 들어 설명한다.The MMIC amplifier 130 has a characteristic in which the current of the drain 150 changes according to the voltage of the gate 140. Therefore, an amplifier model in which the current of the drain 150 changes according to the voltage change of the gate 140 is required. A DC device that satisfies these characteristics may be FET or HEMT, for example. For convenience of description, the following embodiment will be described using FET as an example.

우선, 상기 FET를 이용하여 상기 MMIC 증폭기(130)의 DC 모델링을 하기 위해서는 상기 MMIC 증폭기(130)가 최적의 RF 성능을 보이는 DC 동작점을 측정하여야 한다. 본 명세서에서 최적의 RF 성능이라 함은 작은 전류에서도 최대 전류 이득과 최소 반사 손실 특성을 갖는다는 것을 의미한다.First, in order to perform DC modeling of the MMIC amplifier 130 using the FET, the MMIC amplifier 130 needs to measure a DC operating point at which an optimal RF performance is achieved. Optimal RF performance herein means that it has maximum current gain and minimum return loss characteristics even at small currents.

이하의 실시예에서는 MMIC 증폭기 중 MMIC 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier:LNA)를 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.In the following embodiment, a MMIC Low Noise Amplifier (LNA) of the MMIC amplifier is described as an example, but it is apparent to those skilled in the art that the technical idea of the present invention is not limited thereto.

도 2는 MMIC LNA의 DC 특성을 측정하기 위한 MMIC LNA 측정지그의 일실시예 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of an embodiment of the MMIC LNA measuring jig for measuring the DC characteristics of the MMIC LNA.

도 2 에 도시된 바와 같이, MMIC LNA 측정지그는 MMIC LNA(210)의 RF 특성을 측정하기 위한 입력·출력 포트(220, 230), MMIC LNA(210)의 구동을 위한 게이트 전원핀(240) 및 드레인 전원핀(250)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the MMIC LNA measuring jig includes input and output ports 220 and 230 for measuring RF characteristics of the MMIC LNA 210, a gate power pin 240 for driving the MMIC LNA 210, and A drain power pin 250 is included.

상기 MMIC LNA(210)의 RF 특성을 측정하기 위해 상기 입력 ·출력포트(220, 230)는 RF 성능 측정장비(미도시)에 연결하고, 상기 MMIC LNA(210)에 구동 바이어스 공급을 위해 상기 게이트·드레인 전원핀(240, 250)은 DC 전원에 연결한다. In order to measure the RF characteristics of the MMIC LNA 210, the input and output ports 220 and 230 are connected to an RF performance measuring device (not shown), and the gate for supplying a driving bias to the MMIC LNA 210. Drain power pins (240, 250) are connected to a DC power source.

RF 성능 측정장비에서 측정되는 RF 성능이 최적화 되도록 즉 MMIC가 작은 전류에서도 최대 전류이득과 최소 반사손실 특성을 갖도록 게이트 전원핀(240)과 드레인 전원핀(250)에 연결된 DC 전원의 전압을 조정한다.Adjust the voltage of the DC power connected to the gate power pin 240 and the drain power pin 250 so that the RF performance measured by the RF performance measuring device is optimized, that is, the MMIC has maximum current gain and minimum return loss even at a small current. .

최적의 RF 성능을 나타내는 DC 전원이 구해지면, 상기 게이트 전원핀(240)에 연결된 DC 전원의 전압은 유지한 상태에서 상기 드레인 전원핀(250)에 연결된 DC 전원의 전압을 0.05V 차이로 변화시켜 드레인 전류값을 측정한다.When a DC power supply having an optimal RF performance is obtained, the voltage of the DC power connected to the drain power pin 250 is changed by 0.05V while maintaining the voltage of the DC power connected to the gate power pin 240. Measure the drain current.

게이트 전원의 전압은 유지하고, 드레인 전원의 전압을 변화시켜 그에 따른 드레인 전류값을 측정한 측정 결과는 후술하는 도 5에 표시되어 있다.The measurement result of maintaining the voltage of the gate power supply, changing the voltage of the drain power supply, and measuring the drain current value accordingly is shown in FIG. 5 described later.

MMIC LNA의 DC 특성을 측정하기 위한 상술한 과정은 MMIC 및 증폭기 모듈 개발에 있어서 최적의 동작을 얻기 위해 반드시 거쳐야 한다. The above-described process for measuring the DC characteristics of the MMIC LNA must be followed to obtain optimal operation in the development of the MMIC and amplifier modules.

즉, 종래의 모델링 기술에서는 모델링을 위한 데이터를 측정하는데 많은 시간과 노력이 필요하지만 본 발명에 따른 모델링 방법은 모듈 개발 과정에서 자연스럽게 얻어지는 데이터를 이용함으로써 종래의 모델링 기술에서 요구되는 시간과 노력이 필요하지 않다.That is, in the conventional modeling technique, a lot of time and effort is required to measure data for modeling, but the modeling method according to the present invention requires the time and effort required in the conventional modeling technique by using data obtained naturally in the module development process. Not.

다음으로 MMIC LNA가 최적의 RF 성능을 보이는 DC 동작점을 이용하여 FET를 이용하여 MMIC LNA(130)의 DC 모델링을 한다.Next, the MMIC LNA performs DC modeling of the MMIC LNA 130 using a FET using a DC operating point showing optimal RF performance.

DC 모델링을 하기 위해 시뮬레이터로 전자회로 시뮬레이터인 피스파이스(P-SPICE)를 사용한다.To model the DC, the simulator uses an electronic circuit simulator, P-SPICE.

도 3은 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA를 DC 모델링하기 위한 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor:FET)의 피스파이스(P-SPICE) 구성도이다.3 is a P-SPICE diagram of a field effect transistor (FET) for DC modeling an MMIC LNA according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, FET는 게이트(310), 드레인(320), 소스(330) 전극 을 포함한다.As shown in FIG. 3, the FET includes a gate 310, a drain 320, and a source 330 electrode.

먼저, 상기 게이트(310) 및 드레인(320) 전극에는 전압원(340, 350)을 연결하고, 소스(330) 전극은 접지를 시킨다.First, voltage sources 340 and 350 are connected to the gate 310 and drain 320 electrodes, and the source 330 electrode is grounded.

이후, 상기 게이트 전압원(340)의 전압을 MMIC 저잡음증폭기에서 측정한 최적의 RF 성능을 나타내는 전압값으로 고정하고, 상기 드레인 전압원(350)의 전압을 증가시켜 가면서 드레인 전류값을 측정한다.Thereafter, the voltage of the gate voltage source 340 is fixed to a voltage value representing the optimal RF performance measured by the MMIC low noise amplifier, and the drain current value is measured while increasing the voltage of the drain voltage source 350.

FET를 시뮬레이션하여 측정한 드레인 전압값의 변화에 따른 드레인 전류값이 실제 MMIC LNA의 드레인 전압값의 변화에 따른 드레인 전류값과 차이가 날 경우, 상기 FET의 모델 파라미터 중 "Beta" 값과 "Lamda" 값을 조정하여 다시 시뮬레이션을 반복한다(Curve fitting).When the drain current value according to the change of the drain voltage value measured by simulating the FET is different from the drain current value according to the change of the drain voltage value of the MMIC LNA, the "Beta" value and "Lamda" among the model parameters of the FET "Adjust the value and repeat the simulation (Curve fitting).

상기 FET의 모델 파라미터 중 "Beta" 값은 드레인 전류의 크기에 영향을 주고, "Lamda" 값은 드레인 전압의 변화량에 따른 전류의 변화량 즉, 기울기에 영향을 준다.The value of "Beta" among the model parameters of the FET affects the magnitude of the drain current, and the value of "Lamda" affects the amount of change of the current according to the amount of change of the drain voltage, that is, the slope.

도 4a 및 4b는 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA에 대한 DC 모델링 전후의 FET의 모델 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.4A and 4B are diagrams for explaining model parameters of a FET before and after DC modeling for an MMIC LNA according to an embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, MMIC LNA에 대한 DC 모델링 전의 FET의 "Beta" 파라미터 값은 1.340m, "Lamda" 파라미터 값은 2.25m 이고, MMIC LNA에 대한 DC 모델링 후의 FET의 "Beta" 파라미터 값은 2.500m, "Lamda" 파라미터 값은 1.25m이다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the "Beta" parameter value of the FET before DC modeling for MMIC LNA is 1.340m, the "Lamda" parameter value is 2.25m, and the "Beta" of FET after DC modeling for MMIC LNA "The parameter value is 2.500m and the" Lamda "parameter value is 1.25m.

DC 모델링 후의 파라미터에 의한 FET의 DC 특성은 후술하는 도 5에 도시되어 있다.The DC characteristic of the FET by the parameter after DC modeling is shown in FIG. 5 described later.

도 5는 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA의 측정 데이터와 MMIC LNA를 DC 모델링한 FET의 DC 특성을 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing the DC characteristics of the MMIC LNA measurement data and the MMIC LNA DC model of the FET according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 도 2에서 측정한 MMIC LNA의 측정 데이터 값(510)과 도 4에서 DC 모델링한 FET의 DC 특성(520)이 일치함을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, it can be seen that the measured data value 510 of the MMIC LNA measured in FIG. 2 and the DC characteristic 520 of the FET modeled DC in FIG. 4 coincide.

즉, MMIC LNA의 한 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성과 파라미터 "Beta"와 파라미터 "Lamma"를 조정하여 MMIC LNA를 모델링한 FET의 한 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성이 일치한다.That is, the drain voltage / current characteristic of one gate voltage of the MMIC LNA and the parameter “Beta” and parameter “Lamma” are adjusted to match the drain voltage / current characteristic of one gate voltage of the FET modeling the MMIC LNA.

도 6은 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 MMIC LNA의 다수의 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성을 나타낸 그래프이다.6 is a graph illustrating drain voltage / current characteristics of a plurality of gate voltages of an MMIC LNA according to an exemplary embodiment of the present invention.

일반적으로 도 6에 도시된 바와 같이, MMIC LNA는 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성은 다양하다.In general, as shown in FIG. 6, the MMIC LNA has various drain voltage / current characteristics with respect to the gate voltage.

그러나 MMIC LNA의 모든 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성에 일치하는 모델보다는 하나의 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성에 일치하는 모델이 필요하다.However, rather than a model that matches the drain voltage / current characteristics for all gate voltages of the MMIC LNA, a model that matches the drain voltage / current characteristics for one gate voltage is needed.

따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 박스 부분을 제외하고는 실제 MMIC LNA와 모델의 DC 특성이 달라도 상관이 없다. Therefore, as shown in FIG. 6, except for the box part, the DC characteristics of the actual MMIC LNA and the model may be different.

또한, 본 발명에 따른 모델링 방법은 MMIC 증폭기의 종류에 상관없이 다양한 종류에 적용이 가능하다.In addition, the modeling method according to the present invention can be applied to various types regardless of the type of the MMIC amplifier.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

상기와 같은 본 발명은, FET의 DC 특성을 MMIC 증폭기의 DC 특성과 일치하도록 FET의 일부 파라미터를 조정함으로써, 간단한 작업만으로 MMIC 증폭기를 DC 모델링 할 수 있다.The present invention as described above, by adjusting some parameters of the FET to match the DC characteristics of the FET to the DC characteristics of the MMIC amplifier, it is possible to DC model the MMIC amplifier with a simple operation.

Claims (4)

시뮬레이터(Simulator)를 이용한 고주파단일집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit;MMIC) 증폭기의 DC 모델링 방법으로서,DC modeling method of a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) amplifier using a simulator, MMIC 증폭기가 작은 전류에서도 최대 전류이득과 최소 반사손실 특성을 얻을 수 있는 MMIC 증폭기의 게이트 전압 및 드레인 전압을 측정하는 단계;Measuring, by the MMIC amplifier, the gate voltage and the drain voltage of the MMIC amplifier capable of obtaining maximum current gain and minimum return loss even at a small current; 상기 게이트 전압은 유지하고 상기 드레인 전압을 변화시키며 드레인 전류 값을 측정하는 단계; 및Maintaining the gate voltage, varying the drain voltage and measuring a drain current value; And 상기 측정 데이터에 근거하여, 게이트 전압의 변화에 따라 드레인 전류가 변하는 DC 모델의 파라미터를 상기 측정한 게이트 전압에 대한 드레인 전압/전류 특성과 일치하도록 조정하여 모델링하는 단계Modeling by adjusting a parameter of a DC model in which the drain current changes according to the change of the gate voltage to match the drain voltage / current characteristic of the measured gate voltage based on the measured data. 를 포함하는 고주파단일집적회로 증폭기의 DC 모델링 방법.DC modeling method of a high frequency single integrated circuit amplifier comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 DC 모델은,The DC model, 전계 효과 트랜지스터(FET:Field Effect Transistor)인Field Effect Transistors (FETs) 고주파단일집적회로 증폭기의 DC 모델링 방법.DC modeling method of high frequency single integrated circuit amplifier. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 파라미터는,The parameter is 드레인 전류의 크기에 영향을 주는 파라미터 및 드레인 전압의 변화량에 따른 전류의 변화량(기울기)에 영향을 주는 파라미터인Parameters affecting the magnitude of the drain current, and parameters affecting the amount of change (tilt) of the current according to the amount of change in the drain voltage. 고주파단일집적회로 증폭기의 DC 모델링 방법.DC modeling method of high frequency single integrated circuit amplifier. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 드레인 전류의 크기에 영향을 주는 파라미터는,The parameter affecting the magnitude of the drain current, "Beta" 이고,"Beta" 상기 기울기에 영향을 주는 파라미터는,The parameter affecting the slope is, "Lamda"인"Lamda" Inn 고주파단일집적회로 증폭기의 DC 모델링 방법.DC modeling method of high frequency single integrated circuit amplifier.
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