The 60-GHz frequency band has the advantage of wideband properties, but also results in high path loss. Therefore, A beamforming system with wideband characteristics is needed. In this study, the sub-harmonic frequency mixer and the active phase shifter with wideband characteristics are proposed. The sub-harmonic mixer consists of cold-fet stacked mixing structure and the inverter type buffer with negative feedback resistor to have wideband properties. The measured frequency bandwidth is 54–67GHz, and 3-dB channel bandwidth is 6.1 GHz or higher at every state. The measured conversion gain is -10.9dB, and consumes DC power of 19.5mW. The chip size is 1.56mm2 including pads, and the core area is 0.08mm2. For the active phase shifter, common-gate input Gilbert cell structure is implemented for wideband properties, and auxiliary Gilbert cells are added to suppress the variance of input impedance in polar coordination operations. In addition, high-resolution current-steering DAC is implemented to control the phase difference state and gain simultaneously. The simulated frequency bandwidth is 52–73 GHz, with a phase resolution of 7bits, and a gain resolution of 6bits. The proposed active phase shifter has the widest bandwidth with polar coordination operation in the same frequency band. The simulated maximum average gain is -11dB and the DC power consumption is 17mW. The chip size is 0.7mm2 including pads, and the core area is 0.18mm2. Both circuits were designed using a 28-nm CMOS bulk process.
60-GHz 주파수 대역은 광대역 특성을 가지면서도 높은 경로 손실이 발생한다. 따라서 이를 극복하기 위한 광대역 특성을 가지는 빔포밍 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 광대역 특성을 가지는 저조파 주파수 혼합기와 능동 위상 변위기를 제안하였다. 저조파 주파수 혼합기는 Cold-fet 적층 혼합 구조 및 부궤환 저항을 이용한 인버터 버퍼를 채택하여 광대역한 특성을 유지하였다. 측정 결과, 주파수 대역폭은 54–67GHz, 3-dB 채널 대역폭은 6.1GHz 이상이다. 변환이득은 -10.9dB이며 전력 소모는 19.5mW이다. 칩 사이즈는 패드를 포함하여 0.42mm2, 코어 사이즈는 0.08mm2이다. 능동 위상 변위기는 광대역 특성을 위하여 공통 게이트 입력 길버트셀 구조를 채택하였으며, 벡터 변조기의 극좌표계 동작 시 입력 임피던스의 변화를 억제하기 위하여 보조 길버트셀을 추가하였다. 또한 고분해능 전류 조절 DAC을 이용하여 위상차 조절과 이득 조절을 동시에 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 주파수 대역폭은 52–73 GHz, 위상 분해능 7bit, 이득 분해능 6bit를 가지며, 동일 주파수 밴드 내에서 극좌표계 동작 시 가장 넓은 대역폭을 가지는 능동 위상 변위기를 설계하였다. 최대 평균 이득은 -11 dB이고 전력 소모는 17mW이다. 칩 사이즈는 패드를 포함하여 0.7mm2이고 코어 사이즈는 0.18mm2이다. 두 회로 모두 28-nm CMOS bulk 공정을 통해 설계되었다.
