T E L KO M NIK A , V ol . 1 7 No. 4 A ug us t   201 9 , p p.1 8 59 ~1 86 6   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 accr ed ited   F irst  Gr ad e b y K em en r istekdikti,  Decr ee  No: 2 1/E/ K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 4 . 12761      18 59       Rec ei v ed   O c tob er  17 20 1 8 ; Rev i s ed   F eb r u ary  10 20 1 9 ; A c c ep t ed   Ma r c h 1 3 , 2 01 9   A   2 8 G Hz  0.18 - µ m CM O S ca sca de p o w er amplif ier    w i th  re v erse   bo d y  bias  tec hn i q ue       A.   F . Ha sa n * 1 ,   S.   A.   Z .   M u r ad 2 , F.   A Bak ar 3   1 Sc h o o l  o f  M i c ro e l e c tro n i c  E n g i n e e r i n g U n i v e rs i ti  M a l a y s i a  P e rl i s ,   Ka m p u s  Pa u h  Pu tr a Ara u Pe rl i s ,   M a l a y s i a   1 ,2 ,3 Dep a r tm e n o El e c tro n i c  En g i n e e ri n g Fa c u l ty  o En g i n e e ri n g  T e c h n o l o g y Uni v e rs i ti  M a l a y s i a  P e rl i s ,   Ka m p u s  Un i c i t i  Al a m S g Chu c h u h Pa d a n g  Be s a r,  M a l a y s i a   *C o rre s p o n d i n g  a u th o r,   e - m a i l fa ri z h a s a n @u n i m a p .e d u . m y       Ab strac t   2 8   G H z   p o wer  a m p l i fi e (P A)  u s i n g   CM O 0 .1 8   µ m   Si l te rra   p ro c e s s   te c h n o l o g y   i s   re p o rte d .     Th e   c a s c a d e   c o n f i g u ra ti o n   h a s   b e e n   a d o p te d   to   o b ta i n   h i g h   Po wer  Ad d e d   Ef fi c i e n c y   (P AE).  To   a c h i e v e   l o p o wer  c o n s u m p t i o n ,   th e   i n p u s ta g e   a d o p t s   re v e rs e   b o d y   b i a s   te c h n i q u e .   Th e   s i m u l a ti o n   r e s u l ts   s h o w   th a t h e   p r o p o s e d   PA  c o n s u m e s   3 2 .0 3 m W  a n d  p o wer  g a i n   ( S 21 o 9 .5 1   d i s  a c h i e v e d  a 2 8   G H z Th e   PA   a c h i e v e s  s a tu ra t e d  p o wer  (P sa t ) o 1 1 .1 0  d Bm  a n d  m a x i m u m  PAE  o 1 6 .5 5 %  wi th  o u t p u 1 - d B c o m p re s s i o n   p o i n t   (O P 1dB 8 . 4 4   d Bm .   Th e s e   re s u l t s   d e m o n s tr a te   th e   p ro p o s e d   p o wer  a m p l i fi e a r c h i te c tu re   i s   s u i ta b l e   fo r 5 G  a p p l i c a t i o n s .       Key w ords 5 G CM O S   p o w e a m p l i fi e r l o p o w e c o n s u m p ti o n p o wer  a d d e d   e ff i c i e n c y re v e r s e     b o d y  b i a s       Copy righ ©  2 0 1 9   Uni v e rsi t a s  Ahm a D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   T he   r ac to   d ep l o y   f i f th  g en erat i o ( 5G )   wi r e l es s   s erv i c es   b y   20 2 i s   o ng o i n a nd     mm - w av t ec hn o l o g y   wi l l   pl a y   k e y   r o l i m ee ti n m ou nti ng   de m an f or  broadb an da t a     tr af f i c   [ 1 ].  T he   m m - w av e   be c o m ne x t   ge ne r at i on   c arr i er  s ou r c du t ex pl od i ng   da ta   gro wth   i n   c el l u l ar  ne t w ork s   an 26 - 60   G H z   b an ds   are  of   gro w i n i n teres f or  po ten t i a l   5G   c el l ul ar    ne t w ork   [2 - 4] T he   gl ob al   ba nd wi dth   s h ortage   f ac i ng   wi r el es s   c arr i ers   ha s   m oti v ate d     the   ex p l ora ti o of   th un de r uti l i z ed   m m - w av f r eq ue n c y   s pe c tr um   f or  f utu r b r oa db an c e l l u l ar   c o m m un i c ati on   n et w ork s   [ 5 ].  Ho we v er,  hi gh   ef f i c i en c y   s i l i c o p o w er   am pl i f i er  ( P A )   f or  m m - w av e   c o m m un i c ati on s   i s   c ha l l en gi n du to  i ng r ai n ed   tr a d e - of f   be tw e en   bre ak - do w n   an s pe ed   i n   s i l i c o n [ 6 ].   P o w er  am pl i f i er  i s  on e  of  t he  i m po r tan t  el em en i n  R ad i o Fr e qu e nc y   Int eg r ate d C i r c ui t   ( RF IC)   de s i gn   t c on v erts   a   l o w   po we r   r ad i f r eq ue nc y   s i gn a l   i n to  h i g he r   po wer   s i gn al   i order   to  m ak s ure  tha t   th RF   s y s t em   c an   de l i v er   hi gh   q ua l i t y l o l ate nc y   v i de a nd   m ul ti m ed i ap p l i c at i on s  f or  w i r el es s  d e v i c es   [ 7,  8] .   Ma n y   r es ea r c he s   ex pe r i e nc l ot  of   c ha l l e ng es   i i m pl em en ti ng   mm - w av e   po w er  am pl i f i ers . Fi r s t, i i s  h arder  to  ac h i e v e  hi gh   ou t pu po wer  l e v e l  d ue  t o t he   l o w s up p l y   v o l ta ge   tha t   ac c o m pa ni es   s m al l er  tec h n ol o g y   no d es B es i d es the   t ec hn o l og y   s hri nk s   c au s i ng   the   g ate   ox i d e   be c om thi nn er  an br ea k do w v o l t ag be c om l o we r   he nc l i m i to  ge t   be t ter  o utp ut   po wer   at  r ec ei v i n e nd   of   the   s y s te m   [9,  10] S ec o nd ,   the   p o w er  g ai o utp ut  p o w er   tr ad eo f f   du e   to   tr an s i s tor  s i z i n tha pr e s en ts   i ts el f   at  m m - w av e   f r eq ue nc i es   po s es   an   up pe r   l i m i on     the   m ax i m u m   tr an s i s tor  s i z t ha c a be   ac hi e v ed   wi th  r e as on ab l y   hi g g ai n   an t hu s   o n     the   m ax i m u m   ou tpu po we r   of   s i ng l tr an s i s tor  [ 11 ].   Mo r eo v er,   the   po wer   g ai n   ou tp ut  po w er   tr ad eo f f   du e   to   i m pe da nc e   m atc hi ng   m ak es   i m ore  c ha l l en g i n t ac hi ev hi g o utp ut  po wer   l e v el s   wi th  r ea s on ab l e p o wer  ga i n f r om  a  s i ng l e s ta ge   am pl i f i er   [12,  13] .   Res ea r c on   f i f th  ge n erat i on   ( 5G )   w i r e l es s   s erv i c e s   b y   20 2 i s   i progr es s an d     mm - W av K a - B an t ec hn o l og y   wi l l   of f er  v i ta l   r ol e   i n   m ee ti ng   h i g de m an f or  b r oa db an d   d ata   tr af f i c   [ 14 15 ].   Rec e ntl y i i s   r ep orted   tha S am s un g's   5G   ne t w ork   al s a do pt s   the   2 G H z     mm - w av e   K a - B an f r eq ue nc y T hi s   i s   the   tr i g ge r i ng   po i nt  f or  t he   r es e arc he r   t r es ea r c on     Ka - B an d   m m - w a v P o wer   A m pl i f i er  ( P A ) .   T he s de m an ds   ha v e   prom ote to  c o m prehen d   a   s i ng l c h i r a di tr an s c e i v e r   i l o w - c os t   CMO S   t ec h no l og y   wi th  ex tr f un c ti on a l i t y   [16 ].   S i nc e   the   P A   o pe r ate s   at  v er y   hi gh   f r eq ue nc y ,   i t   c an   ha v e   wi de   ba nd wi dt h.  H o w e v er,   as   th s i gn a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 8 59 - 1 86 6   1860   ba nd wi d th  i nc r ea s es t he   l i ne arit y   of   the   P A   i s   d eg r a de be c au s e   the   as y m m etri c   s i de b an d   i s   ge ne r ate d   b y   th m e m or y   ef f ec [6] F urtherm ore,  th c r i ti c a l   p art  i de s i gn i n g   CMO S   P A   i n     Ka - B an d   s pe c tr um   i s   to  a c hi e v h i g g ai n l o w   p o wer i n pu an d   ou t pu m atc hi ng   an d   po wer   ad de d e f f i c i en c y   ov er  w i de   ba nd  f r eq ue nc y  f r o m  26 .5 - 40 G H z .   T da te,   s e v era l   ex c el l en t   CMO S   P A s   at  20 - 2 G H z   ha v e   b ee n   r ep orted   [ 11 - 2 5 ].   F or  ex am pl 2 2 - 29   G H z   CMO S   P A   w i th  2   c as c ad c as c od s ta ge   f or  hi gh   po w er  ga i i   0.1 µm   CMO S   proc es s   t ec hn o l og y   i s   pres e nte d   [1 4 ].  H i gh   s atu r at ed   ou t pu po w er  ( P sat )   of     the   P A   c an   be   en h an c ed   b y   c om bi n i ng   arc h i tec ture  a do pt ed   i the   o utp u s tag e.   T ho ug P sat   of     15 .4   d B m   i s   ac hi e v e d,  i ts   P A E   of   14 . 6%  an d   DC   po we r   c on s um pti on   o f   16 3. m W   are  no go o d   en ou gh In  [ 1 5 ],   22 - 27   CMO S   P A   w i th  f ul l y   i n teg r ate tr a ns f or m er   de s i gn   i 0.1 µm   i s   r ep orted T ho ug ex c el l en t   po wer   ga i of   14   + / -   2   d B   an P sat   of   1 7d B m   i s   ac hi ev e i ts   P A E   of   12 i s   no t   s ati s f ac tor y .   T o   de m on s tr ate   h i gh   P A E   an l o p o w er  c on s um pti on   c an   be   ac hi ev s i m ul tan eo us l y   f or  2 G H z   CMO S   P A i n   t hi s   w or k w r ep ort  28   G H z   P A   wi th  ex c el l en t   P A E P sat   a nd   l o w   po wer   c on s um pti on   us i ng   0.1 µm   S i l tera  proc es s   tec hn ol o g y .   T he   propos ed   P A   c om pris es   c as c ad s t ag es   w i th  r e v ers b od y   bi a s   de s i gn   at  i np u to  ac h i e v e   l o w   dc   p o w er  c on s um pti on  an d h i gh  P A E.       2.  Cir cuit  De sign   T he   s c he m ati c   de s i gn   of   c as c ad po wer   am p l i f i er  i s   s ho w i F i g u r 1.   Cas c ad to po l og y   h as   be e c ho s en   t pro v i de   s uf f i c i en g ai n T ac hi e v t he   d es i r ed   o utp ut  po w er  at  th po wer   am pl i f i er  ou tpu t the   tr an s i s tor  wi d th  of   M 1 M 2   and  M 3   are  o pt i m i z t be   48 50   an 95   µm   r es pe c ti v el y T he   f i r s s tag c on s i s of   r ev ers bo d y   b i as   to  c on t r ol   the   p o w er  c on s um pti on   at   f i r s s tag ( P DC 1 ) to   g et  t he   hi gh   ef f i c i en c y   an d   l o w   po we r   c on s um pti on .   T he   ou tp ut  of   the   f i r s s tag P A   i s   pa s s ed   to   th e   ot h er  s tag e   t hroug an   i nt er - s tag e   m atc hi ng   c i r c ui f orm ed   b y   c ap ac i tor s   C 1   a nd   C 2   w h i c i s   d es i gn ed   a nd   op t i m i z ed   to   ac h i e v m ax i m u m   P A E   an d   o utp u p o w er.   T ab l 1   s ho w s   the   c om po ne nt  pa r am ete r s   f or  p o w er  am pl i f i er  s c he m ati c .   T he   de s i gn   w i t th thr ee - s tag e   of   c as c ad ed   am pl i f i c ati o i s   c ho s en   to  ac hi e v e   th e   r eq ui r e g ai n.  T he   ou tpu t   s tag i s   de s i gn e to   pro v i de   m ax i m u m   ou tpu po w er   whi l t he   f i r s an s ec on s tag es   are  de s i g ne f or  m ax i m u m   ga i n.   F i gu r s ho w   b l oc k   di ag r am   of   c as c ad e s y s tem .           F i gu r 1.  C om pl ete  s c he m ati c  of  th e  prop os es  th r ee - s tag CMO S  P A     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  28  G H z   0.1 8 - µ m C M O S   c as c ad e p ow er am pl i f i er   wi th  r ev ers e… ( A .F. Has a n )   1861         F i gu r 2 B l oc k  di a gram  of   c as c ad e s y s tem       B as ed   on  F i gu r e 2 :     V A i o V V = 1 3 i o V V =   1 1 1 2 2 3 i o o o o o V V V V V V =   1 1 2 2 3 3 i o i o i o V V V V V V =   3 2 1 A A A v v =   ( 1)     the r ef ore, i f  th ere i s  n th   s tag e:     vn v v v v A A A A A = 3 2 1   ( 2)     ap p l y i ng  s am e c on c ep t to  c urr en t g ai n :     in i i i i A A A A A = 3 2 1   ( 3)     k no w i n g t h at,  f or po wer :     IV P =   ( 4)     Henc e:     v i P A A A =   ( 5)     as   s ho w n   f r o m   ( 5) po wer   g ai n   of   the   c as c ad e   s y s tem   i nc r ea s es   du t c urr en t   a n v ol t ag g ai n   i nc r ea s ed   b y   c as c ad i ng   th am pl i f i er  s tag e.  T he r ef or the   ne ed   f or  c as c ad i ng   i s   i m po r tan to   m ai nta i th po w er  g ai n .   T he   drai c urr en t,  I d i the   s atu r at i on   r eg i o n,  de pe n ds   on   the   W /L  r ati of  trans i s tor, ga te  b i as   v o l ta g e (V gs )   an d  th r es ho l d  v ol t a ge  ( V t ):     = 2 ) ( ' 2 , s a t d d s a t t gs d V V V V L W k I   ( 6)     where  t he  t hres ho l v o l ta g de f i n es   as :     ) 2 2 ( F SB F TO T V V V + + =   ( 7)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 8 59 - 1 86 6   1862   f r o m   ( 7) the   s ou r c to  bu l k   v ol ta ge   ( V SB )   p l a y   an   i m po r tan r ol to  c on tr ol   t he   V T A s   V SB   de c r ea s ed V T   w i l l   b i nc r ea s ed   r es ul ti ng   l o wer   I d A s   I d   l o w er,  t ota l   po wer   c on s um pti on   of    the   d ev i c ( P DC )   wi l l   b de c r ea s ed e v en tua l l y   i w i l l   driv to  be tt er  ef f i c i en c y   of   the   c i r c ui as   po w er a dd e d e f f i c i en c y  ( P A E )  i s  d ep e nd  o n:     DC in out P P P PAE =   ( 8)     no te d t h at  f or c as c ad e t o po l og y  as  s h o w i n F i gu r e 2 po w er g ai n o f  c as c ad e c an   be   w r i t ten   as :     1 2 1 1 , P P G P P G o u t in = =   ( 9)     f r o m   ( 9), the  P A E  of  th e  f i r s t a nd   s ec on d s t ag e c a n b w r i tte n  as :     2 2 1 1 1 , DC in out DC in P P P P P P = =   ( 10 )     he nc e;     2 1 DC DC in o u t t o t a l P P P P + =     2 1 1 1 ) ( ) ( DC DC in o u t P P P P P P + + =     ) ( ) ( 1 1 1 2 1 in out DC DC P P P P P P + + =   ( 11 )     s ub s ti tut i n ( 9) an d (10)  i ( 11 )   w i l l   l e ad  t o:     + + = 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 2 G G G P P DC DC t o t a l   ( 12 )     no ti c tha t f r o m   ( 12 )   i f   t he   P D C1  i s   m i ni m u m   an G i s   hi g h,  th ef f i c i en c y   of   the   P A   w i l l   i nc r ea s ed T he r ef ore,  to  r ed uc the   P DC1 r e v ers bi a s   tec hn i qu at  th i n pu s t ag i s   ap pl i ed   whi l e G 2   i s  s et  to  be   hi gh  b y  c as c ad i ng  t he  c i r c u i t.       T ab l e 1 . C om po ne nt  pa r am ete r s  f or Po w er  A m pl i f i er s c he m ati c   C o m p o n e n t   P a r a m e t e r   C o m p o n e n t   P a r a m e t e r   V dd   1 . 9   V   C 5   1 5 9 . 2 4   f F   V b i a s 1 ,   V b i a s 3   8 0 0   m V   L 1   4 7 8 . 9 8   p H   V b i a s 2   8 6 4   m V   L 2   1 8 1 . 3 4   p H   V RE   - 5 1 0   mV   L 3   2 1 1 . 5 8   p H   M 1   0 . 1 8   µ ×4 8   µ m   L 4   1 9 5 . 1 6   p H   M 2   0 . 1 8   µ ×5 0   µ m   L 5   2 3 8 . 6 4   p H   M 3   0 . 1 8   µ ×9 5   µ m   L 6   1 9 5 . 1 6   p H   C 1 ,   C 2   5 3 . 2 9   f F   L 7   2 0 8 . 9 3   p H   C 3   1 3 0   f F   L 8   7 0 5 . 3 4   p H   C 4   2 0 7 . 0 6   f F   R 1   , R 2   , R 3   2 . 1 5   k Ω       3.  S i mu latio n  Re sult  and   Disc u s sion   S - pa r am ete r   s i m ul ati on   r es ul ts   are  s ho wn  i F i g ure  3.   T he   po wer   am pl i f i er  prov i de s   s i m ul ate pe ak   S 21   of   9.5 1   dB   at  26   G H z T he   S 21   3 - dB   ba nd wi dt i s   10   G H z   c en tere arou nd   26 .7 G H z A s   t he   i n pu i s   m atc he to  50     i m pe d an c e,  i pro v i de   p ea k   s i m ul ate S 11   of    - 15   d B   at  27   G H z .   T he   S 11   10 - d B   ba n d w i dth   i s   3.4 G H z   r a ng i ng   f r o m   25 .52   G H z   t 29   G H z .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  28  G H z   0.1 8 - µ m C M O S   c as c ad e p ow er am pl i f i er   wi th  r ev ers e… ( A .F. Has a n )   1863   A s   the   o utp ut  i s   m atc he to  50     i m p ed a nc e,  i prov i de s   p ea k   s i m ul ate S 22   of   - 21 .31   dB   a t   27 .6   G H z T he   S 22   10 - dB   ba nd wi dt i s   1 2.4 3   G H z   r an gi ng   f r o m   25 .41   G H z   t 3 7.8 4   G H z .   P o w er  s i m ul ati on   r es u l ts   a r s ho wn  i F i gu r an d   5.  T he   po wer   am pl i f i er  de l i v ers   d B   c o m pres s i on   an s at urate o utp ut  p o w ers   of   + 8.4 4   dB m   an + 1 1.1 dB m   r es pe c ti v e l y   as   s ho w i n   F i gu r 4.  T he   p o w er  g ai ob ta i n ed   f or  t h d es i gn ed   P A   i s   8. 07 d B   an t he   pe ak   s i m ul ate po wer   a dd e ef f i c i en c y   i s   16 . 55 %   as   s h o wn  i n   F i g ure   5.   T he   am pl i f i er  c on s um e s   32 .0 3 m W   fr o m  1. 9 V   po we r   s up pl y .   S i m ul ati on   r es ul ts   of   the   propos ed   P A wi t a nd   wi t ho ut  r e v ers b i as   v o l ta ge   at  2 G H z   f or  P A E   an DC   po wer   c o ns um pti on   i s   s h o w n   i n   F i g ure  ( a)  an ( b).  I i s   c l e arl y   no t i c t ha t     the   pe r f orm an c of   the   P A   wi th   r e v ers bi as   v ol t ag s ho w s   s i gn i f i c an i m prov em en ts   i n   term   of  P A E   a nd   t ota l   p o w er  c on s u m ti on T he   pe r f or m an c c om pa r i s on   be t w e en   t he   prop os ed   P A   wi th   an wi th ou t r ev ers e b i as  ar e s um m a r i z i n T ab l e 2 .       F r e q u e n c y  ( G H z ) 10 20 30 40 50 S 1 1 ,S 2 1  &  S 2 2  ( d B ) - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 20 S 2 2 S 2 1 S 1 1     F i gu r 3.  S i m ul ate dS 21 , S 11   an S 22   v ers us  f r eq ue nc y   at  28  G H z       P in  ( d B m ) - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 P o u t  ( d B m ) - 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 O u t p u t   R e f e r r e d   P s a t =   1 1 . 1 0   d B m O u t p u t   R e f e r r e d   P - 1 d B     =   8 . 4 4   d B m 1   d B   lin e     F i gu r 4.  S i m ul ate d P 1dB   of   the   P A   at  2 8 GH z     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 8 59 - 1 86 6   1864   I n p u t  P o w e r  ( d B m ) - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 P A E  % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 P ow e r  G ai n  ( d B ) 0 2 4 6 8 10         F i gu r 5.  S i m ul ate po wer   ga i &   P A E   of  th P A   at  2 8  G H z       P i n   ( d B m ) - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 10 P A E   % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 W i t h   R e v e r s e   B i a s W i t h o u t   R e v e r s e   B i a s     ( a)     T i m e  ( n s ) 2 4 6 8 10 P o w e r  ( m W ) 31 32 33 34 35 36 W it h   R e v e r s e   B ia s W it h o u t   R e v e r s e   B ia s     ( b)     F i gu r 6.  P erf or m an c e c om pa r i s on   be t wee n (a)  P A E  a nd     ( b) DC  po wer wi th  an wi t ho ut  r e v ers bi as  c on d i ti on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  28  G H z   0.1 8 - µ m C M O S   c as c ad e p ow er am pl i f i er   wi th  r ev ers e… ( A .F. Has a n )   1865   T ab l e 2 S um m ar y  of  th P r op os ed  P A s   P erf or m an c e a t 2 8  G H z   wi t h a n   wi th ou R ev ers B i as   V a r iab le   W i t h   R e v e r s e   B ia s   W i t h o u t   R e v e r s e   B ia s   Ou t p u t   P 1 dB   8 . 4 4   d B m   8 . 7 2   d B m   Ou t p u t   P s a t   1 1 . 1 0   d B m   1 1 . 1 7   d B m   P o w e r   Ga in   8 . 0 7   d B   8 . 3 2   d B   M a x im u P A E   1 6 . 5 5   %   1 4 . 6 8 %   P e a k   S 21   9 . 5 1   d B   9 . 3 0   d B   P e a k   S 11   - 1 5   d B   - 1 5   d B   P e a k   S 22   - 2 1 . 3 1   d B   - 2 0   d B   D C   p o w e r   c o n s u m p t ion   3 2 . 0 3   m W   3 5 . 3 6   m W       4.  Co n clus ion   T hi s   w ork   ad dres s es   th r e qu i r em en ts an c ha l l en g of   r ea l i z i ng   an   ef f i c i en m m - W av e   P A   i s ta nd ard   CMO S   te c hn ol og y   f or  5G   ap pl i c ati o n.  A   3   s tag c as c ad wi t r e v ers bi as   top o l og y   a 28   G H z   C MO S   P A   i s   pres en t ed T he   am pl i f i er  i s   i m pl em en ted   i s t an da r d   CMO S   0.1 µm   proc es s T he   prop os ed   to po l og y   em pl o y e c as c ad s tr uc ture  to  o bta i hi g P A E   w i th   r ev ers bo d y   bi as   at  i n pu t   s tag e   to  ac hi ev l o w   po wer   c on s um pti on .   T he   s i m ul at i o r es u l ts   s ho w   t ha t   th pr op os e P A   i s   a bl e   to   d el i v er  1 1.1 dB m   of   ou tp ut  po w er   to   a   50     l oa d   wi th  P A E   of   16 . 55 at  p o w er  c on s um pti on   of   32 . 03   mW   u s i ng   1.9   V   v o l ta ge .T he   pr op os ed   P A   c an   be  us e d f or f utu r e 5 G  c om m un i c ati on s .       A c kno w ledg ement s   T he   au tho r s   w o ul l i k to  ex pres s   the i r   hi gh es grat i t ud to  Un i v ers i t y   Ma l a y s i a   P erli s   ( Uni M A P )   an d  Ma l a y s i a  Mi ni s tr y   of  Hi gh er E du c at i on  ( MO HE )  f or f un di n g t h P H w ork s .       Ref er en ce s   [1 ]   O n o e 1 .3   E v o l u ti o n   o 5 G   m o b i l e   te c h n o l o g y   to w a rd   1   2 0 2 0   a n d   b e y o n d i n   Dig e s t   o f   T e c h n i c a l   Pa p e rs   -   IEEE  In te rn a ti o n a l  S o l i d - Sta te  Ci r c u i t s   Co n fe re n c e 2 0 1 6 5 9 2 3 - 2 8 .   [2 ]   Has a n AF M u ra d SAZ,   Ran i ,   KNA,  Ba k a r,  FA,   Z u l k i fl i T ZA.   Stu d y   o CM O p o w e a m p l i fi e d e s i g n   te c h n i q u e s   fo r   k a - b a n d   a p p l i c a ti o n s In d o n e s i a n   J o u rn a l   o El e c tr i c a l   En g i n e e ri n g   a n d   Com p u te r   Sc i e n c e 2 0 1 9 1 3 (2 ):  8 0 8 - 8 1 7 .   [3 ]   Sh a k i b HC   Pa r k J   Dun w o rt h Ap a r i n E n te s a ri .   2 8 G H z   e ff i c i e n l i n e a p o wer  a m p l i fi e fo r   5 G   p h a s e d   a rra y s   i n   2 8 n m   b u l k   C M O S i n   Dig e s o f   T e c h n i c a l   Pa p e r s - IEEE  In te r n a ti o n a l   S o l i d - St a t e   Cir c u i t s  Co n fe re n c e 2 0 1 6 v o l 5 9 p p 3 5 2 - 3 5 3 .   [4 ]   T   Han n a Del t i m p l e A   Cl a s s - J   Po wer   Am p l i f i e fo 5 G   Ap p l i c a ti o n s   i n   2 8 n m   CM O FD - SO I   Te c h n o l o g y .   i n   Pr o c e e d i n g s   o th e   3 0 t h   Sy m p o s i u m   o n   I n te g ra t e d   Cir c u i ts   a n d   Sy s te m s   De s i g n .   2 0 1 7 1 - 4.   [5 ]   J i n M   Kw o n M o o n Pa rk Ki m Con tro l   o IM a s y m m e t ry   o CM O p o w e a m p l i fi e f o r   b ro a d b a n d   o p e ra ti o n   u s i n g   w i d e b a n d   s i g n a l .   IEEE  Tr a n s M i c ro w.  Th e o r y   Te c h .   2 0 1 3 6 1 (1 0 ) :     3753 - 3 7 6 2 .   [6 ]   M   Fra n c o A   G u i d a ,   Ka tz P   Herc z fe l d .   M i n i m i z a ti o n   o b i a s - i n d u c e d   m e m o r y   e ff e c ts   i n   UH ra d i o   fre q u e n c y   h i g h   p o wer  a m p l i f i e rs   w i th   b ro a d b a n d   s i g n a l s .   i n   Pr o c e e d i n g s - 2 0 0 7   IEEE   R a d i o   a n d   W i r e l e s s  Sy m p o s i u m R W S 2 0 0 7 3 6 9 - 3 7 2 .   [7 ]   SAZ  M u ra d M Ah a m d M   M o h a m a d   Sh a h i m i n RC   Is m a i l KL   Che n g Sa p a w i Hig h   Eff i c i e n c y   C M O Cla s s   Po wer  Am p l i fi e Us i n g   0 . 1 3   μm   Te c h n o l o g y W i re l e s s   T e c h n o l o g y   a n d   A p p l i c a t i o n s   (IS W T A) 2 0 1 2  I EEE Sy m p o s i u m  o n .  2 0 1 2 8 5 - 88.   [8 ]   SAZ  M u ra d RK  Po k h a re l Ka n a y a Y o s h i d a 2 . 4   G H z   0 .1 8 - µ m   C M O Cla s s   s i n g l e - e n d e d   p o wer  a m p l i fi e wi th o u s p i ra l   i n d u c to r s .   IEEE  2 0 1 0   1 0 th   T o p i c a l   M e e ti n g   o n   Si l i c o n   M o n o l i th i c   In te g ra te d  C i rc u i ts  i n  RF  Sy s te m s  (SI RF  2 0 1 0 ).  2 0 1 0 2 5 - 2 8 .   [9 ]   So h i fu l   An u a Za i n o l   M u ra d Ram e s h   Po k h a re l Haru i c h i   Ka n a y a Ke i j i   Y o s h i d a   a n d   O l e g   Niz h n i k .   2 .4 - G Hz   0 .1 8 - µ m   CM O Cla s s   s i n g l e - e n d e d   s w i tc h i n g   p o w e a m p l i f i e w i th   a   s e l f - b i a s e d   c a s c o d e In t.  J El e c tro n i c Co m m u n (AEU) 2 0 1 0 ;  6 4 8 1 3 - 8 1 8 .   [1 0 ]   Cha k ra b a rti ,   Kri s h n a s w a m y Hig h - p o w e h i g h - e f fi c i e n c y   c l a s s - E - l i k e   s ta c k e d   m m W a v e   PAs   i n   SO a n d   Bu l k   CM O S:  T h e o ry   a n d   i m p l e m e n t a ti o n IEEE  Tr a n s .   M i c ro w.  T h e o r y   Te c h .   2 0 1 4 6 2 (8 ) :   1686 - 1 7 0 4 .   [1 1 ]   Y J e n J T s a i CT   Pe n g T W   H u a n g A   2 0   t o   2 4   G Hz   +1 6 .8   d Bm   Fu l l y   In t e g ra te d   Po w e Am p l i f i e r   Us i n g   0 .1 8  u m  CM O S Pro c e s s M i c ro w. W i re l .  Co m p o n e n ts  L e tt IEEE 2 0 0 9 1 9 ( 1 ):  4 2 - 44.   [1 2 ]   Hua n g Z   T s a i K   L i n H   W a n g R   Roa d A   2 2 - d Bm   2 4 - G H z   p o w e a m p l i f i e r   u s i n g   0 . 1 8 - µ m   CM O te c h n o l o g y 2 0 1 0  I EEE M TT - S I n te rn a ti o n a l  M i c ro wa v e  S y m p o s i u m .   2 0 1 0 1   2 4 8 - 251 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   1 7 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 8 59 - 1 86 6   1866   [1 3 ]   KA  Hs i e h HS W u KH  T s a i C Cli v e   T z u a n g d u a l - b a n d   1 0 /2 4 - G Hz   a m p l i fi e d e s i g n   i n c o rp o r a ti n g   dual - fr e q u e n c y   c o m p l e x   l o a d   m a tc h i n g IEEE  Tra n s M i c ro w.  Th e o r y   T e c h .,   2 0 1 2 ;   6 0 (6   PART   1 ):   1649 - 1 6 5 7 .   [1 4 ]   T   Hua n g Y   L i n W a n g K - Ba n d   Ad a p ti v e - Bi a s   Po w e Am p l i fi e w i th   En h a n c e d   L i n e a r i z e Us i n g   0 .1 8 u m  CM O S Pro c e s s .   IEEE  M TT - S I n te rn a ti o n a l  M i c ro wa v e  Sy m p o s i u m  2 0 1 5 .   2 0 1 5 4 - 6.   [1 5 ]   J L   Ku o H   W a n g A   2 4   G H z   C M O p o wer  a m p l i f i e u s i n g   re v e r s e d   b o d y   b i a s   t e c h n i q u e   to   i m p ro v e   l i n e a ri t y  a n d  p o wer  a d d e d  e ff i c i e n c y IEEE  M TT - S I n t.  M i c ro w. Sy m p Dig 2 0 1 2 1 1 - 13.   [1 6 ]   SAZ  M u ra d RC   Is m a i l M N M   I s a M   M   Sh a h i m i n ,   M   Ah m a d Hig h   Eff i c i e n c y   CM O Cla s s - Po w e r   Am p l i fi e r s   i n   G i g a h e rtz   Fre q u e n c i e s Rev i e w i n   ARPN   J o u rn a l   o En g i n e e ri n g   a n d   Ap p l i e d   Sc i e n c e s 2 0 1 6 1 1 3 8 6 6 - 3 8 7 4 .   [1 7 ]   Y - Hs u Y - Che n T - T s a i K - Y   L i n K - b a n d   CM O c a s c o d e   p o wer  a m p l i fi e u s i n g   o p ti m a l   b i a s   se l e c ti o n  m e th o d o l o g y M i c ro w Con f.  Pro c (APM C). 2 0 1 1 7 9 3 - 7 9 6 .   [1 8 ]   NC   Ku o J Ka o CC   Ku o ,   W a n g K - b a n d   CM O p o wer  a m p l i fi e r   wit h   a d a p ti v e   b i a s   f o r   e n h a n c e m e n t  i n   b a c k - o f e ff i c i e n c y IEEE  M TT - S I n t.  M i c ro w. Sy m p Dig 2 0 1 1 3 - 6.   [1 9 ]   Y - L i n J - Cha n g A   2 4 - G Hz   p o w e a m p l i f i e w i th   P s a t   o 1 5 .9   d B m   a n d   PAE  o 1 4 .6 %   u s i n g   s ta n d a rd   0 .1 8  μ m  CM O S t e c h n o l o g y A n a l o g  I n te g r.  C i rc u i ts   Si g n a l  Pro c e s s 2 0 1 4 ;  7 9 (3 ) 4 2 7 - 4 3 5 .   [2 0 ]   M o s a l a m A   Al l a m H   J i a A Ab d e l ra h m a n T   Ka h o Po k h a re l A   1 2   to   2 4   G Hz   h i g h   e ff i c i e n c y   fu l l y   i n te g r a te d  0 .1 8  µm  CM O S p o w e r a m p l i f i e r.  IEI CE E l e c tro n i c s  Ex p r e s s 2 0 1 6 1 3 (1 4 ):  1 - 10.   [2 1 ]   Pa rk J e o n g J   Ki m Y   C h o M o o n Ki m Hig h l y   l i n e a CM O p o wer  a m p l i fi e fo r   m m - wav e   a p p l i c a t i o n s IEEE  M TT - S I n t.  M i c ro w Sy m p Di g 2 0 1 6 :  1 6 - 18.   [2 2 ]   Y  Hu a n g R Zh a n g C Sh i A f u l l y - i n te g ra te d  Ka - b a n d  CM O p o wer  a m p l i fi e r wi t h  Ps a o 2 0  d Bm  a n d   PAE  o f   1 9 % i n   2 0 1 6   IEEE   I n te rn a t i o n a l   Con fe re n c e   o n   Ubi q u i to u s   W i re l e s s   Br o a d b a n d ICU W B   2 0 1 6 2 0 1 6 .   [2 3 ]   SY   M o rta z a v i KJ   Ko h 3 8   G H z   i n v e rs e   c l a s s - p o wer  a m p l i fi e w i th   3 8 .5 %   p e a k   PA E,  1 6 .5   d B   g a i n a n d  5 0   m W   Ps a i n   0 .1 3 - μm   Si G e   Bi CM O S Dig Pa p -   IEEE  Rad i o  F re q .   In te g r.  Cir c u i ts   Sy m p .   2 0 1 5 2 1 1 - 214.   [2 4 ]   J L   Ku o W a n g 2 4   G H z   C M O p o wer  a m p l i f i e u s i n g   re v e r s e d   b o d y   b i a s   t e c h n i q u e   to   i m p ro v e   l i n e a ri t y  a n d  p o wer  a d d e d  e ff i c i e n c y IEEE  M TT - S I n t.  M i c ro w. Sy m p Dig 2 0 1 2 1 1 - 13.   [2 5 ]   Ko m i j a n i Nat a ra j a n Ha j i m i ri 2 4 - G Hz +1 4 . 5 - d Bm  f u l l y   i n te g ra te d   p o w e a m p l i f i e r i n   0 .1 8   u m   C M O S.  IEEE  J o u rn a l  o S o l i d - S ta te  Ci r c u i t s 2 0 0 5 4 0 ( 9 ):  1 9 0 1 - 1 9 0 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.