This work focuses on the design of the downconversion mixer in the RF systems using CMOS technology. This paper presents the 2.4GHz downconversion mixer that consists of the proposed NMOS passive mixer, LO balun and IF amplifier in 0.35㎛ CMOS process. That will be used in a block of one chip MICROS(Micro Information and Communication Remote Object-oriented Systems). Also, it can be used in the bluetooth wireless applications.
The measured results of the proposed NMOS passive mixer are conversion loss of -100dB, input P1dB of -5dBm, input referred IP3 of 10.5dBm and power consumption of only tens of uW when LO input power is -5dBm. The performance of the proposed NMOS passive mixer is better than that of other existing MOS passive mixer.
The simulation results of the designed downconversion mixer including the proposed NMOS passive mixer, LO balun and IF amplifier are conversion gain of 6.6dB, input P1dB of -8.5dBm, IIP3 of 5dBm and power consumption of about 19mW. The performance of the designed downconversion mixer is superior to that of the active CMOS Gilbert mixer. It consumes below the half power of that conventional one but still have good performance.
Because of its high performance with low power consumption in CMOS technology, that provides a good prospect to single chip.
본 논문은 2.4GHz CMOS 혼합기에 대해 다루고 있다. 1장에서는 고주파 회로에서 CMOS의 중요성과 설계해야 할 downconversion 혼합기에 대한 개요, 설계 목적 및 동기에 대해 언급하였다.
2장에서는 혼합기에 대한 기본 배경지식에 대해 살펴보았다. 혼합기의 기본 동작 원리와 혼합기의 성능 파라미터들에 대해 간단하게 언급하였고 이득에 따라 구분되는 능동 혼합기와 수동 혼합기에 대해 살펴보았다.
3장에서는 제안된 CMOS 수동 혼합기와 능동 LO balun 그리고 IF 증폭기로 구성된 CMOS downconversion 혼합기의 설계와 모의 실험 결과를 다루고 있다. 제안된 CMOS 수동 혼합기는 두 개의 NMOS를 common source pair로 묶어 single balanced 구조를 갖는다. 능동 LO balun은 common gate, common source 구조로 LO 신호를 차등적으로 만들어 준다. IF 증폭기는 CMOS 수동 혼합기에서 생긴 이득 손실을 보상하고 원하는 이득을 얻기 위한 증폭단 역할을 한다. 제안된 CMOS 수동 혼합기의 모의 실험 결과는 이득은 -8.65dB, P1dB는 1dBm, IIP3는 10dBm이다. CMOS downconversion 혼합기의 모의 실험 결과는 이득은 6.6dB, P1dB는 -8.5dBm, IIP3는 5dBm이다. 제안된 CMOS 수동 혼합기와 능동 LO balun 그리고 IF 증폭기 및 바이어스 회로의 전체 전력 소모는 19mW이다.
4장에서는 능동 LO balun을 가진 CMOS 수동 혼합기의 측정 결과에 대해 살펴보았다. CMOS downconversion 혼합기는 0.35um BiCMOS공정을 사용하여 제작되었다. 인쇄 회로 기판에 제안된 CMOS 수동 혼합기를 붙여 측정한 결과, -5dBm LO 입력 신호가 들어가고 수동 혼합기를 구성하는 두개의 NMOS의 게이트 dc 전압이 0.6V일 때 CMOS 수동 혼합기의 전력 이득은 -10dB, P1dB는 -5dBm, IIP3는 10.5dBm이다. 제안된 CMOS 수동 혼합기는 기존의 MOS 수동 혼합기와 비교해 볼 때 성능이 우수하다.
