Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering (한국정보통신학회논문지)

The Korea Institute of Information and Commucation Engineering (한국정보통신학회)
권호 표지

Two Stage CMOS Class E RF Power Amplifier

2단 CMOS Class E RF 전력증폭기

  • 최혁환 (부경대학교 전자컴퓨터정보통신공학부) ;
  • 김성우 (부경대학교 전자컴퓨터정보통신공학부) ;
  • 임채성 (부경대학교 전자컴퓨터정보통신공학부) ;
  • 오현숙 (부경대학교 전자컴퓨터정보통신공학부) ;
  • 권태하 (부경대학교 전자컴퓨터정보통신공학부)
  • Published : 2003.03.01
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Abstract

In this paper, low voltage and two stage CMOS Class E RF power amplifier for ISM(Industrial/Scientific/Medical) Open Band is presented. The power amplifier operates at 2.4GHz frequency, and is designed and simulated with a 0.35um CMOS technology and HSPICE simulator. The power amplifier is simple structure of two stage Class E power amplifier. The design procedure determing matching network was presented. The power amplifier is composed of input stage matching network, preamplifier, interstage matching network, power amplifier, and output stage matching network. The matching networks of input stage and interstage were constituted by pi($\pi$) type and L type respectively. At 2.4GHz operating frequency, and with a 2.5V supply voltage, the power amplifier delivers 23dBm output power to a 50${\Omega}$ load with 39% power added efficiency(PAE).

본 연구에서는 ISM 밴드의 블루투스 응용을 위한 2단 CMOS E급 전력증폭기를 설계하였다. 제안된 전력증폭기는 2.4GHz의 주파수에서 동작하며 0.35um CMOS기술과 Hspice 툴을 이용하여 설계 및 시뮬레이션 되었고 Mentor 툴을 이용하여 레이아웃되었다. 전력증폭기의 구조는 간단한 2단으로 설계하였다. 첫단에는 입력매칭네트웍과 전압증폭단인 전치증폭기로, 둘째단은 최대효율과 최대전력을 위한 E급 전력증폭단과 출력 매칭네트웍으로 구성하였다 내부단은 가장 간단한 구조의 L구조의 매칭네트웍을 이용하여 제작될 전체칩의 크기를 최소화하였다. 본 연구에서 제안된 전력증폭기는 2.4GHz의 동작주파수와 2.5V의 낮은 공급전압에서 25.4dBm의 출력전력과 약 39%의 전력부가효율을 얻을 수 있었다. 패드를 제외한 칩의 크기는 약 0.9${\times}$0.8(mm2)였다.

Keywords

References

  1. Giry, A. Fourniert, J.-M. Pons, M. 'A 1.9 GHz low voltage CMOS power amplifier for medium power RF applications', Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, 2000. Digest of Papers. 2000 IEEE, pp. 121-124, 2000.
  2. King-Chun Tsai Gray, P.R. 'A 1.9-GHz, 1-W CMOS class-E power amplifier for wireless communications', Solid-State Circuits, IEEE Journal of, Volume: 34 Issue: 7, pp. 962-970, July 1999 https://doi.org/10.1109/4.772411
  3. S. David，M. McFarland, 'A 2.5V, 1W Monolithic CMOS RF Power Amplifier', Hewlett-Packard Laboratories, Palo Alto, California, IEEE Custom Intergrated Circuits Conference, pp. 189-192, 1997
  4. Chen, Y.J.E. Hamai, M. Heo, D. Sutono, A. Yoo, S. Laskar, J. 'RF power amplifer integration in COMS technology', Microwave Symposium Digest. 2000 IEEE MTT-S International, Vol.1, pp. 545-548, 2000
  5. Sowlati, T. Salama, C.A.T. Sitch, J. Rabjohn, G. Smith, D. 'Low voltage, high efficiency GaAs Class E power amplifiers for wireless transmitters,' Solid-State Circuits, IEEE Journal of, Volume: 30 Issue: 10, pp. 1074-1080, Oct. 1995 https://doi.org/10.1109/4.466076
  6. K Yamamoto and al., 'A GaAs RF Transceiver IC for 1.9GHz Digital Mobile Communication Systems', ISSCC, pp. 340-341，1996.
  7. S. Weber and G. Donig, 'An Integrated 2GHz 500mW Bipolar Amplifier', RFIC, pp. 139-142, 1997.
  8. N. O. Sokal and A. D. Sokal, 'Class E-A new class of high-efficiency tuned single-ended switching power amplifier', IEEE J. Solid-State Circuits, vol.SC-10, pp.l68-176, June 1975.
  9. P. Gray and R. Meyer, 'Future directions of silicon IC's for RF personal communicat -ions,' in Proc. Custom Integrated Circuits Conf., pp.83-90, May, 1995.