This thesis presents a design result of 900MHz RFID and noise analysis of the mixer under leakage condition. The designed mixer is potentiometric mixer including DC offset cancellation circuit and fabricated on $0.18\microm$ CMOS technology. In the thesis, noise performance degradation phenomenon under leakage condition is defined, and the relationship between leakage power and noise is explained. In addition, noise figure of potentiometric mixer is derived.
First, brief explanation of the designed mixer is presented, and the measured results are reported with the incensement of noise under leakage condition.
Second, noise of switch transistor is analyzed. The output noise of composed of three types of noise: thermal noise, noise from $R_{on}$ modulation, and noise from zero-crossing modulation. The equation of each noise is derived, and gain is also derived. From the derived equations, the phenomenon of noise performance degradation is verified, and noise figure equation is obtained.
Finally, the derived equations are compared with simulation result to prove the validity of the equations. From the comparison, thermal noise is quite closed to the simulation result with a maximum error of 1dB, and low frequency noise is also similar with the simulation result with a average error of 3.5dB. The gain is same to the simulation result, and the noise figure curve is also same to the simulation result with a smaller error of 3.8dB.
The noise analysis provides understanding of potentiometric mixer noise and some guide lines to reduce mixer noise. In addition, the noise analysis offers a foundation to explain noise of passive mixer and noise performance degradation of multi-carrier system.
본 학위 논문에서는 RFID 통신 시스템 같이 송신기와 수신기가 동시에 켜지는 경우 송신기의 신호가 수신기로 들어와 mixer 의 잡음 성능에 어떠한 영향을 미치는 가에 대하여 분석을 하였다. 분석에 앞서 RFID 시스템을 위해 설계 된 mixer 의 동작을 간단히 설명하였고 그 측정결과를 나타내었다. 그리고 측정결과 leakage 에 의한 잡음 성능 저하를 현상을 나타내었다. Leakage 에 대한 mixer 의 잡음 성능을 분석 하기 위하여 mixer 의 스위치를 등가인 모형으로 나타내고 이를 이용하여 잡음 성능을 분석하였다. 본 잡음 성능에서 고려된 mixer 는 potentiometric mixer 이며, 스위치에서 발생되는 잡음에 대하여 초점을 맞추었다. Potentiometric mixer 에서의 잡음 발생은 열 잡음, 입력 전압을 전류의 출력으로 바꾸는 과정에서 생기는 잡음, 스위치 동작의 왜곡으로 인한 잡음의 세 가지 경로를 통하여 발생되는 것으로 분석하였다. 각 잡음을 분석하여 출력에 나타나는 잡음과 leakage 신호와의 관계를 식으로 구하였고, 이를 통하여 leakage 가 수신기로 들어오는 경우 mixer 의 잡음이 증가되는 현상을 설명하였다. 출력 잡음에 관한 식과 함께 mixer 의 이득에 관한 식도 함께 구하여, mixer 의 주요 성능 지표 중 하나인 잡음 성능(NF)에 관한 관계식을 유도하였다. 분석의 결과로 얻어진 식의 타당성을 검증하기 위하여 시뮬레이션 결과와 유도된 식의 비교가 이루어졌다. 비교 결과, 열 잡음에 관한 식은 시뮬레이션 결과와 1dB 이내의 차이를 갖는 정확도를 입증하였다. 한편, 낮은 주파수에서 잡음의 주된 요소인 flicker 잡음에 대한 식도 시뮬레이션 결과와 3.5 dB 이내의 오차를 갖는 정확도로 mixer 의 잡음 현상을 잘 설명한다는 결론을 얻을 수 있었다. 출력 잡음과 더불어, mixer 의 이득에 관한 식과 잡음 성능에 관한 식에 대한 비교도 이루어졌으며, 그 결과 mixer 의 이득에 관한 식은 시뮬레이션과 같은 정확도를 가짐이 보여졌으며 잡음 성능에 관한 식도 3.8 dB 보다 작은 오차를 가지며 mixer 의 잡음 성능을 잘 나타냄이 입증되었다.
본 연구는 leakage 신호가 mixer 의 잡음 성능에 미치는 영향에 대한 이해를 제공함과 동시에 mixer 의 잡음 성능을 향상 시키기 위한 설계의 지침을 제공해준다. 또한, 본 연구에서 이루어진 잡음 성능 분석은, passive mixer 에서의 flicker 잡음의 현상을 설명하는 것으로 확장 될 수 있으며, 다중 주파수를 이용한 통신 시스템에서의 잡음 성능 저하를 설명할 수 있는 기반이 된다.
