A reconfigurable CMOS mixer for SDR or multi-standards is designed and implemented using 0.25um CMOS process. To realize this mixer, a flexible input matching network consisted of inductor and capacitor bank is suggested, which is a kind of variable reactance transformer. This network controls input impedance of the mixer and matches that to source impedance according to operation frequency.
The designed mixer core is double-balanced Gilbert cell structure and connected to 2 flexible matching networks differentially. Simulation result shows good return loss below -10 dB and acceptable performance in wide frequency band off ~ 6 GHz. Based on the results of the mixer performance, the mixer is applied to present commercial standard such as WCDMA, 802.11a/b/g and simulation results are presented correspond to each standard characteristic, especially bandwidth.
By using proposed method, a reconfigurable CMOS mixer is implemented and measured. In WCDMA application, the specific measured parameters of the mixer are the conversion gain of 9.5 dB, NF of 13.8 dB, and IIP3 of -2.6 dBm. In IEEE 802.11b/g application, those are the conversion gain of 8.3 dB, NF of 12.1 dB, and IIP3 of -1.9 dBm. In IEEE 802.11a application, those are the conversion gain of 6.2 dB, NF of 14.8 dB, and IIP3 of -1.1 dBm. These values meet most of simulation specification except conversion gain due to the power consumption of the matching network.
In brief, we can obtain a reconfigurable mixer with wide range of input impedance matching capability from 2 GHz to 6 GHz using flexible input matching method. It supports not only WCDMA, 802.11a/b/g frequency bands but also unlicensed frequency band between 2 and 6 GHz, so it can be used to multi-standard or SDR applications.
빠르게 발전하고 있는 무선 통신 기술과 더불어 다양한 표준을 하나의 기기에 통합하려는 시도는 계속되고 있다. 그 중에서 SDR 기술은 스마트한 프로그램 할 수 있는 플랫폼으로 광대역 antenna, 재구성 가능한 RF 모듈, 높은 성능의 DAC 와 ADC, 그리고 DSP 등으로 구성되며 유연성과 재구성성을 바탕으로 연구가 진행되고 있다.
본 논문은 이 중에서 RF 모듈을 구성하는데 필수적인 재구성 가능한 mixer 에 대해 다루고 있다. 이 mixer 는 입력단에 가변성의 리액턴스 변환기인 컨트롤 가능한 입력 매칭 네트워크를 이용하는 것으로 스위치 할 수 있는 인덕터와 캐패시터 조합으로 구성되어 있다. 동작 주파수에 따라 이 조합을 통해서 mixer는 2 GHz에서 6 GHz까지 광대역대 걸쳐 -10 dB 이하의 반사 손실을 갖도록 설계된다.
제안된 방법을 검증하기 위해 TSMC 0.25um mixer core 와 오프칩 인덕터와 캐패시터를 이용, 제작하였다. 제작된 mixer 를 802.11a/b/g 와 WCDMA 표준에 적용시켰고 측정된 결과로, 잡음지수는 -15 dB 이하, 변환 이득은 6 dB에서 9.5 dB, IIP3는 -2 dBm 이상을 얻었다. 반사손실은 동작 주파수에 따라 변화하는 경향을 따르고 있음을 확인하였고 입력 매칭 네트워크의 동작을 검증하였다. 이 측정 결과들은 일반적인 double-balanced active CMOS mixer 의 성능 범위 안에 있으며 따라서 multi-standard 를 지원하기 위해 여러 개의 mixer 를 구성하는 것보다 이 논문에서 제시한 reconfigurable mixer를 사용하는 것이 보다 타당하다 말할 수 있다.
