In a direct-conversion receiver, flicker noise degrades signal-to-noise ratio and total noise figure, which results in the degradation of receiver sensitivity. In narrowband RF system, bandwidth utilization is a critical issue and it can be maximized by using a reduced flicker-noise receiver system because we can utilize more channels around the dc area. In a multicarrier modulation system like orthogonal frequency division multiplexing, spectral efficiency can also be improved by using a reduced flickernoise receiver system. CMOS transistors suffer from high intrinsic flicker noise, which is inversely proportional to the device area. Therefore, minimum length of the device increases flicker noise.
In general, passive CMOS mixers are considered as the appropriate choice for direct-conversion receivers because they do not contribute to flicker noise. However, due to conversion loss, a higher gain of a low-noise amplifier is required to minimize baseband noise contribution. In order to decrease flicker noise in CMOS active mixers, the bias current of the local oscillator switches should be small enough to lower the height of noise pulses. The static current bleeding technique was proposed to reduce the bias current of the LO switches. However, the impedance of the LO switches as seen from the RF stage is increased as we reduce the bias current of the LO switches. In addition, RF leakage current flows into the bleeding circuit, which decreases conversion gain and also allows more RF current to be shunted by tail capacitance at the node between the LO switches and RF transconductance stage. The tail capacitance should be minimized to decrease the indirectly translated flicker noise. To minimize the tail capacitance, a smaller device size is appropriate for the LO switches, which increases the intrinsic flicker noise.
In this thesis, a novel switching mixer with gain and noise enhancement technique is demonstrated. By reducing the time interval where switching pairs are on state, the switching gain and the time average output noise Power Spectral Density. Having moderate conversion gain and noise figure at 2.4 and 5.8 GHz, the proposed mixer is appropriate circuit topology for dual band RF transceiver application.
본 논문에서는 양방향 무선 통신 기술을 위한 초고주파 송수신기의 구성 회로 중 주파수 혼합기 성능 향상을 위한 기술을 다루었다. 초고주파 송수신기에서 중요한 회로 블록 중 하나인 주파수 혼합기는 높은 증폭도와 낮은 잡음도, 선형성 그리고 낮은 전력 소모를 요구 한다.
전체 초고주파 회로에서 낮은 잡음도를 유지하기 위해서는 저잡음 증폭기 다음 단인 주파수 혼합기의 높은 증폭도를 필요로 하게 된다. 또한 트랜스 컨덕턴스 스테이지의 1/f 잡음의 출력으로의 전달을 최대한 최소화 하기 위해서는 스위칭 스테이지에 특별한 기술이 요구된다. Bluetooth와 같이 적은 주파수 밴드를 갖는 표준은 Direct conversion 방식의 무선통신을 하였을 경우에는 상당한 신호 왜곡을 가져올 수 있고, 비교적 주파수 밴드가 큰 WLAN 802.11 a/b/g 또한 마찬가지이다.
제안된 구조는 잡음도를 최소화 하기 위해 스위칭 스테이지와 출력 블록으로만 이루어져 있다. 스위칭 스테이지는 이상에 가까운 스위칭 동작을 위해서 캐패시터를 gate 와 body 단자 사이에 연결함으로써 LO 신호가 gate 와 body 에 동시에 인가 되게 하였다. 시간에 따라 스위칭 스테이지의 각각의 트랜지스터는 트랜스 컨덕턴스는 변하게 되는데, 스위칭 스테이지의 트랜지스터가 모두 on state 에 있는 시간을 줄이는 방향으로 트랜스 컨덕턴스가 움직이게 된다. 그에 따라 증폭도의 계수가 증가하게 되고, 출력에 나타나는 잡음 Power Spectral Density 의 평균 값이 떨어지게 되어 잡음도 향상을 가져온다.
본 논문에서 제안된 증폭도, 잡음도 향상 주파수 혼합기는 각각 새롭게 제안된 스위칭 스테이지 회로구조를 가지며, 증폭도와 잡음도의 향상을 가져오기 때문에 앞으로의 초고주파 송수신기의 주파수 혼합기에 널리 사용될 수 있을 것이다.
