This thesis proposes a new on-chip linearization technique and describes its MMIC power amplifier implementation for W-CDMA and PCS/W-CDMA dual band applications, using InGaP/GaAs hetero junction bipolar transistors for 60$\mum^2$ unit emitter area. An on-chip linearizer using a base-emitter voltage predistortion of an active bias transistor is devised and demonstrated. It is composed of an active bias transistor, a resistor, two base-emitter diodes for temperature compensation, and a capacitor for RF signal shorting. The linearizing shunt capacitor with the base emitter diode of an active transistor compensates the decreased base bias voltage of RF amplifier for increasing input power level, and thus improves gain compression and phase distortion of the amplifier and show negligible signal loss to the linearizer with almost no increase in die area. The linearizer increases maximum output power by 11.6dB, phase distortion by 16.49$^\circ$, and power added efficiency by 28% with maintaining base bias voltage of the RF amplifier to thee high input power level.
The fabricated two-stage MMIC power amplifier is as small as $840\times1100\mum^2$ including the input matching, inter-stage matching, bias networks, and the linearizer. The amplifier can be used for W-CDMA or PCS/W-CDMA dual band applications because it has broad band characteristics. The two-stage HBT MMIC power amplifier exhibits a linear power gain of 25.5(24.5)dB, an output power of 28(28)dBm, power added efficiency of 43(37)%, and ACPR of -41(-46)dBc at 1.25(5) MHz offset under 3.0V operation voltage, and consumes quiescent current of 90(90)mA at the output power of 0dBm for PCS(W-CDMA) applications.
선형화 회로를 active bias 회로에서 active 트랜지스터의 base-emitter 다이오드를 커패시터를 통해 고주파에서 단락 시켜, 바이어스 회로쪽으로의 임피던스를 줄여 바이어스 회로쪽으로 더 많은 신호가 입력되기 하여 active 트랜지스터의 베이스 에미터 전압을 줄임으로써 전력 증폭기의 베이스 바이어스 전압을 보상하여 전력 증폭기에서 문제가 되는 이득 감쇄와 위상 왜곡을 보정해 주는 새로운 선형화 회로를 제안했다. 이 선형화 회로를 큰 입력 파워에서까지 전력 증폭기의 베이스 바이어스를 일정하게 유지시켜서 최대 출력 전력을 11.6dB, phase distortion 을 16.49$^\circ$, 그리고 PAE 를 28% 향상시킬 수 있었다. 이는 지금까지 제안된 MMIC 칩에 집적 가능한 predistorter 중에서는 가장 훌륭한 결과이면서, 선형화 회로가 차지하는 면적 도한 작아서 두 단의 전력 증폭기를 $840\times1100\mum^2 $ 크기의 칩으로 작게 구현되었다.
새롭게 제안된 선형화 회로를 적용하고 광대역 특성을 가지도록 MMIC 전력 증폭기를 제작하여 하나의 전력 증폭기로 W-CDMA 용과 PCS/WCDMA 양 대역용으로 사용할 수 있는 전력 증폭기를 단위 에미터 면적이 60$\mum^2$인 InGaP/GaAs HBT를 이용하여 구현하였다.
측정된 전력 증폭기의 성능으로는 공급 전원이 3V가 가해질 때 90mA 의 동작점 전류로 PCS(W-CDMA)용에서 선형 이득이 25.5(24.5)dB, 출력파워가 28(28)dBm, PAE(Power Added Efficiency)가 43(37)%, 그리고 1.25(5)MHz offset에서 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)이 -41(-46)dBc 이었다.
