This thesis presents a low-power tunable low-pass filter for a multi-mode transceiver. Customer demands for an application which supports multi-modes. For example, the smartphones support WLAN, Bluetooth, GPS as well as WCDMA in the same terminal. For multi-operation, each component in the transceiver should support the multi-mode operation. The low-pass filter operates as baseband selection in a transceiver. By varying the cut-off frequency of the low-pass filter, it supports the multi-mode operation. The transconductance amplifier is a basic building block of low-pass filter. The transconductance amplifier dominates the total linearity characteristic in low-pass filter. However, as device size and supply voltage are scaled down, the low-pass filter is getting difficult to guarantee the required linearity. Therefore, the linearity improvement techniques of the transconductance amplifier has been developed. In this work, the filter uses the cascades of two $G_m$-C biquad cells including the transconductance amplfier. The design of the transconductance amplifier is based on the $g_m3$ cancellation technique for linearity improvement. The tunability of this filter is realized by using a capacitor array. The filter cut-off frequency tuning range is from 2MHz to 16.6MHz for the WCDMA(UMTS) and WLAN 802.11 a/j/n. The in-band IIP3 of the filter is 16.32 dBm. The filter is fabricated in a 0.13 $\mu$m 1P8M CMOS process, the chip area is 0.43 $mm^{2}$, and the power consumption is 1.69 mW with a 1.2 V supply power.
본 학위 논문은 다중 모드 통신용 저전력 조정 가능형 기저대역 필터를 소개한다. 최근 소비자들은 다중 모드를 지원하는 어플리케이션을 요구한다. 예를 들어 최근 나오는 스마트폰을 3세대 통신인 WCDMA 뿐만 아니라 기본적으로 WLAN, 블루투스, GPS등을 하나의 단말기로 지원하고 있다. 다중 모드 동작을 위해서는 송수신 내부에 탑재되는 각각의 소자들이 다중 모드 동작을 지원해야 한다. 송수신기에서 기저 대역 필터(low-pass filter, LPF)는 기저 대역 주파수를 선택하는 동작을 한다. 여기서 기저 대역 필터는 차단 주파수를 변화시키면서 다중 모드 동작을 지원하게 된다. 트랜스컨덕턴스 증폭기(transconductance amplifier)의 선형성이 기저 대역 필터의 전체적인 선형성을 좌우하게 된다. 하지만 공정기술의 발전으로 소자의 크기와 이에 따른 공급전압이 점점 낮아지면서 필요한 선형성을 확보한 것에 어려움을 겪고 있다. 그에 따라 트랜스컨덕턴스 증폭이의 선형성을 증가시키기 위해 많은 노력이 진행되어 왔다. 이번 연구에서 필터는 트랜스컨턱던스 증폭기를 포함하고 있는 두 개의 biquad 셀을 cascade형태로 연결되어 있다. 선형성을 향상시키기 위해 트랜스컨덕턴스 증폭기는 $g_m3$ cancellation 방법을 기반으로 설계하였다. 이 필터의 tunability는 캐패시터 어레이(capacitor array)를 사용함으로써 구현되었다. 필터의 차단 주파수 튜닝 범위는 2MHz 부터 16.6MHz까지 가능하도록 설계 되었다. 필터의 in-band IIP3는 16.32 dBm이다. 설계된 필터의 공정은 1P8M 0.13$\mu$m CMOS 공정을 사용하였고, 칩 면적은 0.43 $mm^{2}$이며, 전력소모는 1.2 V 공급 전압에 1.69mW이다.
