The guided-wave interconnection method with 250GHz on-chip CMOS transceiver is pre-sented. To improve the SNR, high on/off ratio OOK modulator with resonance control va-ractors is proposed which switches series resonance frequencies of a transmission line reso-nator with two varactors. The resonance frequency is altered by the control voltage of the varactors. Through switching resonance, high on/off ratio is implemented. High-speed mod-ulation is possible due to small RC time constant associated to a control voltage node.
The transmitter for short distance communication is implemented which is consist of trans-former-based push-push VCO and the resonance switching modulator. The efficiency is im-proved through not using PA.
The gate-source cross-coupled envelope detector is analyzed aspect of responsivity, noise, and rejection of RF leakage. In 250GHz frequency, the transistor has low gain and it is difficult to design a LNA. Therefore, the gate-source cross-couple $G_m$-boosting technique is used to improve the sensitivity of receiver.
The receiver for short distance communication is implemented which consist of gate-source cross-coupled envelope detector and baseband amplifier. The efficiency is improved through not using LNA.
반도체 산업 발전에 따라 요구되는 데이터 전송속도가 높아지고 있다. 지금까지 많이 사용해오던 구리 도선 기반의 데이터 링크는 유전체 손실과 Skin effect에 의해 그 성능이 제한된다. 높은 성능의 Optical 링크는 광신호 전환이 필요하고 CMOS만으로 구현이 어렵기 때문에 높은 소모 전력과 비용이 짧은 거리에 사용하기에 제한이 있다. 따라서, 이러한 짧은 거리의 고속 통신에 대해서는 새로운 데이터 전송 방법이 필요하다. 도파관을 이용한 밀리미터파 데이터 링크가 주목받고 있다. 본 논문에서는 이러한 데이터 링크를 250GHz대역에서 온칩으로 구현했다. 도파관을 사용하고 칩에서 도파관으로 신호를 직접 전달하기 때문에 전력소모가 큰 전력 증폭기나 저잡음 증폭기 등이 없어도 약 1-$1.5 \mu m$ 정도의 거리까지 통신이 가능하다.
250GHz 송신기는 VCO와 OOK 변조기로 구성했다. VCO는 250GHz에서 변압기 기반의 Push-push 구조를 이용하여 출력 전력을 최적화구조를 사용하였다. OOK변조기는 공진주파수를 스위칭하는 구조를 이용하여 28GHz의 대역폭을 고려했을 때 17dB의 높은 온오프비를 갖는다. 또한 수동소자로만 구현했기 때문에 전력소모가 없다.
250GHz 수신기는 검출기와 Baseband 증폭기로 구현했다. 저잡음 증폭기가 없기 때문에 검출기의 반응도를 높이기 위해 Gate-source cross-couple을 이용한 Gm-boosting을 사용했다. 이때 기존 대비 반응도뿐만이 아닌 노이즈 특성과 Fundamental누설 특성까지도 분석했다. 그리고 검출기를 Baseband증폭기와 같이 집적하여 수신기를 구현했다.
본 논문에서는 전력증폭기와 저잡음 증폭기를 사용하지 않음으로서 3pJ/bit의 높은 효율을 얻을 수 있었다. 이 연구 결과는 앞으로 250GHz를 사용한 데이터링 개발을 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
