[논문 리뷰] SOI RF SWITCH FOR WIRELESS SENSOR NETWORK

Wei Cai, Cheng Li외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 01.

Wireless Body Area Networks인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 무선 헬스 모니터링 응용 분야에서 성능 요구 사항을 충족하기 위해 0.18 µm SOI 기술을 사용하여 0–5 GHz RF 스위치를 설계한다. 5 GHz에서 0.906 dB의 삽입 손실, 30.95 dB의 고립도, 53.05 dBm의 세차절곡점, 1 dB압축점이 50.06 dBm로 측정되어 저전력·고신뢰성 센서 네트워크에 적합함을 입증한다.

ABSTRACT

The objective of this research was to design a 0-5 GHz RF SOI switch, with 0.18um power Jazz SOI technology by using Cadence software, for health care applications. This paper introduces the design of a RF switch implemented in shunt-series topology. An insertion loss of 0.906 dB and an isolation of 30.95 dB were obtained at 5 GHz. The switch also achieved a third order distortion of 53.05 dBm and 1 dB compression point reached 50.06dBm. The RF switch performance meets the desired specification requirements.

연구 동기 및 목표

• 의료 모니터링에 사용되는 무선 센서 네트워크를 위한 고성능 RF 스위치 개발.
• 0–5 GHz 주파수 대역 전반에 걸쳐 낮은 삽입 손실과 높은 고립도 당성.
• 실시간 생체의학 신호 전송에 적합한 선형성 및 전력 처리 능력 확보.
• 통합성 및 확장성을 확보하기 위해 Cadence 설계 도구를 활용한 0.18 µm SOI 기술 기반 구현.
• 저전력·고신뢰성 무선 응용 분야의 엄격한 성능 사양 충족.

제안 방법

• 선형성과 고립도를 최적화하기 위해 수직-직렬(topology)을 사용한 RF 스위치 설계.
• 고집적 및 저전력 소비를 위해 0.18 µm 파wr 저지 SOI CMOS 기술 활용.
• 장치 치수 및 편향 조정을 최적화하기 위해 Cadence 소프트웨어를 사용한 회로 시뮬레이션 및 최적화.
• 신호 루팅 제어를 위해 수직 및 직렬 경로에 MOSFET를 구성.
• 삽입 손실, 고립도, IIP3, P1dB와 같은 주요 성능 지표는 S-파rameter 및 비선형 시뮬레이션에서 추출.
• 일관된 성능을 확보하기 위해 0–5 GHz 대역 전체에서 설계 검증 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수직-직렬 SOI RF 스위치는 0–5 GHz 대역에서 낮은 삽입 손실과 높은 고립도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 IIP3 및 P1dB 측면에서 SOI 스위치의 선형성 성능은 어떠한가?
• RQ3 0.18 µm SOI 기술은 무선 센서 네트워크에 필요한 충분한 전력 처리 능력과 집적도를 제공하는가?
• RQ4 의료 모니터링에서 일반적인 실생활 신호 조건에서 스위치는 어떻게 성능을 발휘하는가?

주요 결과

• 5 GHz에서 삽입 손실이 0.906 dB로 측정되어 낮은 신호 감쇠를 나타낸다.
• 5 GHz에서 고립도가 30.95 dB로 달성되어 효과적인 신호 경로 스위칭을 보장한다.
• 세차절곡점(IIP3)이 53.05 dBm에 도달하여 뛰어난 선형성을 입증한다.
• 1 dB압축점(P1dB)이 50.06 dBm로 측정되어 높은 출력 전력 처리 능력을 나타낸다.
• 의료 응용 분야의 무선 센서 네트워크에 사용하기 위한 모든 목표 성능 사양을 충족한다.
• 저전력·고신뢰성 생체의학 무선 시스템 통합에 적합한 설계이다.