A new physically based thermal noise model for MESFET's has been proposed, which is compatible with small signal equivalent circuit and large signal current-voltage characteristics. Specifically, the static feedback effect is taken into account to model noise characteristics correctly especially in low current regime. The gate and drain bias dependence of the gate noise voltage, the drain noise current, and the correlation coefficient between them has been investigated thoroughly, showing good agreement with experimental results from 0.5 ㎛ gate length MESFET. As a result, our formulation is successfully used to model bias dependence of the four noise parameters with reasonably good accuracy.
A new extraction method for noise sources and correlation coefficient in the noise equivalent circuit of GaAs MESFET is proposed. It is based on the linear regression, which allows us to extract physically meaningful parameters from the measurement in a systematic and straightforward way. The confidence level of the measured data can also be easily examined from the linearity, y-intercept of the linear regression, and the scattering from the regression line. Furthermore, it is found that the time delay of correlation coefficient whose value is almost the same as that of the transconductance should be considered to model noise parameters accurately. The calculated values of minimum noise figure, optimum impedance, and noise resistance both at high and at low drain current bias using above approach, show excellent agreement with measurement for a typical MESFET device studied in this paper.
본 논문에서는 갈륨비소 MESFET에 대해서 고주파 잡음모델링의 물리적인 새로운 방법을 제시하였다. 제시된 잡음 모델은 소신호 등가회로 뿐만 아니라 대신호 특성인 전류-전압 특성과도 연관을 맺고 있다. 특히 잡음 특성이 우수한 바이어스 조건인 저전류 영역에서의 잡음 특성을 정확하게 나타내기 위하여 static feedback effect를 고려하였다. 게이트 전압 잡음원과 드레인 전류 잡음원의 게이트, 드레인 바이어스에 대한 함수관계에 대하여 실험과 이론적인 고찰을 하였다. 0.5μm의 GaAs MESFET에 대하여 측정값과 이론값이 서로 일치하는 것을 볼 수 있었다.
GaAs MESFET 잡음 등가회로에서 쓰이는 게이트전압 잡음원과 드레인 전류잡음원, 그리고 그 두 잡음원 사이의 상관계수를 측정된 잡음 파라미터로부터 추출하는 방법을 제시하였다. 잡음 특성의 주파수에 대한 관계를 선형 회귀법으로 근사하여, 체계적이고도 분명한 방법으로 잡음원들과 그 상관계수를 추출하였다. 본 방법은 기존의 오차 최소법을 이용하는 것보다 신뢰성이 높다는 장버이 있다. 더욱이, 측정된 데이터들이 선형 회귀선으로부터 얼마나 떨어져서 분포해있는지와 선형회귀선의 y-축 절편을 봄으로써 잡음 측정의 정확도도 살펴볼 수 있다는 장점을 지니고 있다. 또한 잡음원 상관계수의 주파수에 대한 변화를 고려하여, 복소수인 상관계수의 각도변화를 결정하는 시상수를 트랜지스터 트랜스컨턴스의 시간 지연으로 근사할 수 있다는 것을 발견하였다. 모델을 통해서 계산된 최소 잡음지수, 잡음 최적 임피던스, 잡음 저항을 측정값과 비교하여 제안된 모델이 측정결과를 뛰어나게 잘 묘사하고 있다는 것을 확인하였다.
