The voltage to current transconductor, what is called transconductance amplifier, has been used as a basic building block of analog circuits such as analog filter and variable gain amplifier. Generally, the transconductance amplifier dominates the total linearity characteristic of analog circuits. However, as device sizes and power supply voltages are scaled down, analog circuit design is getting difficult to guarantee the required linearity. Various efforts to improve the linearity of transconductor have been developed. Moreover, the tremendous demands of multi-mode communication terminal accelerate the research on the multi-standard transceiver. Recently, one of issues in continuous-time analog filter design is the possibility of reconfigurable function adapting to the various channel bandwidth and group delay specification. According to the trend, the linearity improvement technique of transconductor is proposed in this paper. The proposed high linear transconductor constitutes a $5^{th}$ elliptic Gm-C filter, which is applicable to various standards by implementing various cutoff frequency
There are several methods to increase the linearity of transconductor; one of the efficient and easy ways of improving linearity is source degeneration technique. The degree of degeneration ratio in source degeneration transconductor determines the total transconductance curve. If the degeneration ratio dynamically varies with the change of input voltage, we can get flat transconductance curve. The proposed linearization technique is based on the typical source degeneration of differential amplifier. By attaching a non-linear resistor composed of two NMOS transistors the degeneration ratio changes with input level. This proposed transconductor is used in constructing a multi-bandwidth Gm-C filter which provides 5MHz, 10MHz, and 20MHz cutoff. This filter is fabricated in 1P6M 0.18um CMOS process. The measured IIP3 and SFDR are 15.5dBm and 43.87dB while consuming 4.3mW power with 1.8 V. Furthermore, new filter is designed by considering previous problems in first prototype filter, and the filter is now under fabrication process. From the simulation result, the proposed filter has superior IIP3, IMD3, and SFDR to simple filter and its amounts are 0.6dB, 1dB, and 0.9dB respectively.
전압-전류 변환기, 즉 트랜스컨덕턴스 증폭기 (transconductance amplifier)는 아날로그 필터나 가변이득 증폭기 등 여러 아날로그 회로의 기본 블락으로 사용되어 왔다. 일반적으로 트랜스컨덕턴스 증폭기의 선형성이 아날로그 회로의 전체적인 선형성을 좌우하게 된다. 공정기술이 발전으로, 소자의 크기와 이에 따른 공급전압이 점점 낮아지면서, 필요한 선형성을 확보하는 것에 어려움을 겪고 있다. 그에 따라 트랜스컨덕턴스 증폭기의 선형성을 증가시키기 위한 노력이 진행되어 왔다. 또한, 최근 들어 무선통신시장이 급격하게 발전함에 따라, 여러 표준을 통합하는 무선단말기의 개발이 이루어지고 있고, 아날로그 필터설계에 있어서도 다양한 표준에 적용 가능한 필터의 개발이 주를 이루고 있다. 이러한 흐름에 맞추어 트랜스컨덕턴스 증폭기의 선형성을 증가시키는 새로운 방법을 제안하였고, 이 증폭기를 사용하여 다중 표준에 적합한 아날로그 Gm-C 필터를 설계 하였다.
선형성의 증가는 기존의 여러 방법들이 있는데, 그 중 가장 간단하고 효과적인 방법은 소스축퇴(Source Degeneration)을 사용하는 것이다. 특별히, 입력전압에 크기에 따라 소스축퇴율을 다르게 변화시키면, 평평한 트랜스컨덕턴스 그래프를 얻을 수 있다. 기본적인 소스축퇴에 더하여 비선형저항을 추가하여서 평평한 트랜스컨덕턴스를 갖는 선형성이 증가된 트랜스컨덕터를 제안 하였다. 이 제안된 트랜스컨덕턴스 증폭기를 사용하여, 5MHz, 10MHz 그리고 20MHz 의 Cutoff 주파수를 갖는 다중대역 Gm-C 필터를 1P6M 0.18um CMOS 공정을 사용하여 제작, 측정하였다. 1.8V 공급전압에 4.3mW 의 전력소모가 있고 필터의 주파수 특성과 선형성이 측정되었다. 측정된 IIP3 와 SFDR은 각각 15.5dBm , 43.87dB 이다.
또한, 칩으로 제작된 필터의 개선사항을 고려하여 필터를 재설계 하였고, 재설계된 칩은 현재 Foundry 에서 제작 중에 있다. 재설계 된 필터의 시뮬레이션 결과, 제안된 증폭기로 만들어진 필터에서 IIP3 는 0.6 dB, IMD3 는 1 dB, SFDR 는 0.9dB 의 선형성 개선효과를 확인하였다.
