4 th The basic of RF

1. ByungJoo Kang 4th The basic of RF ByungJoo Kang

2. IMD (IntermodulationDistortion : 혼변조 왜곡) • Intermodulation으로 인해 발생한 왜곡신호 혹은 그 왜곡 신호의 크기를 의미 • Fundamental 과 IM3와의 차이 • 두신호의 차이 값에 –부호를 붙여서 dBc단위로 표현 • IMD신호 자체는 낮을수록 좋다. • IMD신호가 낮을수록 선형성이 좋다는 의미! ByungJoo Kang IMD, P1dB, IP3의 이해

3. P1dB (1dB Gain Compression Point : 1dB 이득압축점) • Gain이 1dB 줄어든 점에서의 출력전력을 읽은 것 ByungJoo Kang IMD, P1dB, IP3의 이해

4. IP3 (Third Order Intercept Point : 3차 교차점) • IP3 는 fundamental 과 IM3 가 같은 전력이 되어버리는 가상의 전력점 • IM3 성분의 증가율이 fundamental 신호의 전력증가율보다 높다 • 왜 IM3 는 fundamental 에 비해 빠르게 증가할까? • dB 스케일상에서 IM3 는 fundamental 에 비해 3배의 기울기를 가지고 증가 • IP3 값은 클수록 좋다! • 왜 IP3 점과 fundamental 신호와의 전력차이가 IMD/2 일까요? ByungJoo Kang IMD, P1dB, IP3의 이해

5. IIP3와 OIP3 • IIP3 (Input IP3), OIP3 (Output IP3) • OIP3 = IIP3 + Gain • OIP3 : Drive amp, Mixer, Power Amp • IIP3 : LNA, Down Mixer ByungJoo Kang IMD, P1dB, IP3의 이해

6. IP3의 측정 • OIP3 = Output Power + IMD/2IIP3 = OIP3 – Gain • OIP3, IIP3를 측정하기 위해서는 IMD를 측정 • 정해진 offset을 가진 two-tone source (즉 두 개의 주파수입력)을 DUT에 입력 • two tone source의 offset 주파수는 CDMA의 경우 1.23 또는 1.25MHz의 차이를 둔 채 입력 • 출력단spectrum을 보면서, fundamental 주파수 출력전력과 IM3 출력전력 값에 marker를 찍어서 그 두 전력값을 각각 읽는다. • 두 marker의 차이, 즉 IMD를 계산 • Output Power와 IMD 값을 통해 OIP3, IIP3를 계산 • OIP3는 어떤 전력점에서 측정하더라도 이론적으로 항상 같은 값으로 유지 • OIP3 점은 이론적으로 P1dB 보다 9.6 dB 높다 ByungJoo Kang IMD, P1dB, IP3의 이해

7. Power Amp (PA, 전력증폭기)는 어려워~ • 제작의 난이도가 높다. • 전력(W, dBm)을 출력시킬 수 있는가? • 신호의 크기 • large signal을 다루게 되는 PA에서는 3차 IMD 가 선형적으로 증가하지 않는다는 점 • 춤추는 IMD • P1dB가 20~30dBm 급 • FET보다 BJT ByungJoo Kang Power Amp와 ACPR

8. ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) • CDMA에서 OIP3대신 사용하는 PA의 선형성 규격 • ACP : 자기채널과 누설전력레벨과의 차이 • ACPR : 자기채널 전력은 1.23(1.25)MHz를, 옆채널 전력은 30kHz의 대역폭에서 평가 • ACPR측정 = ACP + 16dB ByungJoo Kang Power Amp와 ACPR

9. ACLR (Adjacent Channel Leakage Ratio) • 유럽측IMT2000 규격인 WCDMA에선 ACLR사용 • ACLR = 자기채널 – 옆 채널누설전력과의 차이 ByungJoo Kang Power Amp와 ACPR

10. ACPR과 OIP3 • 설계상에서 ACPR을 어떻게 예측하느냐의 문제 • ACPR은 CDMA 변조된 신호입력에 의한 PA의 출력형상을 나타내야 한다. • IMD 신호와 ACPR은 정확한 연관관계가 정의되지 않는다. ByungJoo Kang Power Amp와 ACPR

11. 선형성의 개념으로 돌아가라! • 선형성이 무엇인가를 정확히 파악하자! • 선형성은, 불필요한 신호를 억제하여 남의 신호와 서로 간섭하지 않기 위함이다. • 불필요한 신호는 Tr, Diode와 같은 비선형소자의 비선형성에 의해 발생한다. • 비선형성으로 인한 주요한 방해결과물은 IMD 신호이다. • 이 IMD 신호는 harmonic의 조합이다. ByungJoo Kang 선형성을 올리자!

12. Low Pass Matching • 출력단에서는선형성을 위해 위와같은LPF 형태의 매칭구조를 애용 • Tr에 아무런 매칭없이 바이어스만 걸었을 때의 S21(gain) • LPF형태의 매칭단을 출력에 추가 ByungJoo Kang 선형성을 올리자!

13. Low Pass Matching • 1.81GHz의 출력 임피던스점을 정중앙(50옴)으로 끌어옴으로써 그 주파수에서 이득이 최고가 되도록 매칭 • 출력단에서하모닉을필터링해 버릴  수 있기 때문 ByungJoo Kang 선형성을 올리자!

14. Harmonic Termination • 선형성이 결국 하모닉과 관련되어 있으니 하모닉 주파수를 없애버리는 방법 • notch filter (Band reject/stop filter)로 응용 • S파라미터 결과는 1.8GHz의 주파수를 통과시키지 못하게 하는 공진회로 ByungJoo Kang 선형성을 올리자!

15. Degeneration • 매우 강력한 선형성 확보 방법 • Tr의 접지단에 inductor를 달 게 되고 BJT라면 emitter에, FET라면 source에 주로 달게 된다. • 발진제거와 매칭성능 향상. Butgain감소. • Tr을 통과하는 신호들의 전체적인 level을 낮추는 역할 ByungJoo Kang 선형성을 올리자!

16. Back Off • back off란 p1dB보다 3~5dB 낮은 지점에서 동작하도록 함으로써 안정적인 선형성을 확보하는 것 • Feedback • 출력쪽에서 왜곡 또는 왜곡의 원인이되는 성분을 추출하여 입력단에서 보상시키는 방식 • Predistortion • diode의 비선형 곡선 특성을 이용하여, 고의적으로 Tr과 반대되는 비선형성을 만들어 입력 ByungJoo Kang 선형성을 올리자!

17. Feedforward • feedback의 반대개념 • 출력신호를 일부 커플링하여추출한후, 원래의 입력 신호에서 이 커플링 신호를 빼면 fundamental은 사라지고 IMD에너지들만 -방향으로 남게 된다. 이 신호를 error amp로 뻥튀기해서 다시 출력단 끝에서 합쳐 버리면 IMD를 빼는 것처럼 되어 결국 IMD가 제거된다. ByungJoo Kang 선형성을 올리자!

18. 선형성을 높이는 3가지 방법 • 발생된 하모닉을 제거한다 • 발생된 IMD를 역으로 보상하여 제거해준다. • 비선형 특성을 미리 보정하여 입력시킨다. ByungJoo Kang 선형성을 올리자!