This thesis proposes single-ended and single-ended to differential low-noise amplifiers (LNAs) operating in the 150 GHz band.
This thesis newly proposes a pseudo-simultaneous noise and input matched (p-SNIM) G$_{max}$ core for a high gain, wideband, and low power LNA. In addition to the SNIM G$_{max}$ technology, in which SNIM is applicable only to a single frequency, a p-SNIM G$_{max}$ , which can apply approximate SNIM with only a 0.5 dB level difference in wideband, has been proposed. The proposed technique is applied by increasing the conductance value required for conjugate matching through the boosting of the stability factor (Kf ) of the G$_{max}$-core. The measurement results show a maximum gain of 16.3 dB at 148 GHz, a 3-dB bandwidth of 23 GHz, and a noise figure of 4.9 dB. The fabricated LNA achieves the highest FoM among other reported CMOS-based D-band LNAs.
This thesis proposes a new differential dual-peak G$_{max}$-core based on coupled transmission lines to resolve the problem of existing single-ended topology. Unlike the single-ended G$_{max}$-core that required a transmission line longer than the quarter wavelength, a newly proposed differential G$_{max}$-core can be implemented with a much smaller area by adopting a coupled transmission line. To suppress the loss component of the balun, which is essential by adopting a differential mode, a single-ended to differential mode topology is adopted in which a single-ended amplifier is placed at the first stage. That single-ended amplifier is implemented based on lumped elements with a much smaller area.
이 논문에서 150 GHz 대역에서 동작하는 공통 모드와 공통-차동 모드 저잡음 증폭기를 시연했다.
본 논문에서 의사(pseudo) 동시 잡음 및 입력 정합 (SNIM), 즉 p-SNIM G$_{max}$ 코어를 새롭게 제안하여 고이득, 광대역 및 저전력 LNA를 제안한다. 기존 협대역의 한 주파수에서만 SNIM 기술이 적용 가능했던 SNIM G$_{max}$ 기술에서 더 나아가, 광대역에서 0.5 dB 수준의 차이만으로 SNIM을 적용할 수 있는 p-SNIM
G$_{max}$ 기술을 새롭게 제안하였다. 컨쥬게이트 정합을 위해 필요한 컨덕턴스값을 G$_{max}$ 코어의 안정도 지수 (Kf ) 증폭을 통해서 증가시킴으로써 해당 기술을 적용한다. 측정 결과는 148 GHz 에서 16.3 dB의 최대 이득, 23 GHz의 3dB 대역폭, 4.9 dB 수준의 낮은 잡음 지수를 보인다. 해당 증폭기는 보고된 다른 CMOS 기반 D 대역 증폭기 중에서, 최대 이득, 3dB 대역폭, 전력 소모, 잡음 지수를 포함하는 가장 높은 FoM을 달성하였다.
본 논문에서는 기존 저잡음 증폭기가 단일 (single-ended) 증폭기 구조를 채택하여 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 차동 (differential)으로 동작하는 결합선로 기반의 이중피크 G$_{max}$ 코어를 새롭게 제안한다. 기존의 1/4 파장 이상의 긴 길이의 전송선로를 필요로하던 단일 G$_{max}$ 코어 (Single-ended G$_{max}$-core)와 달리, 결합선로를 채택하여 훨씩 작은 면적으로도 차동 이중피크 G$_{max}$ 코어 (differential G$_{max}$-core)를 구현한다. 또한 차동증폭기 구조의 채택으로 단일-차동모드의 토폴로지를 채택한다. 집중정수소자 (lumped element)를 사용한 단일 이중피크 G$_{max}$ 코어를 새롭게 제안하여 훨씩 작은 면적으로 증폭기를 구현한다.
