In this thesis, double-balanced down-mixer for IEEE 802.11a direct-conversion receiver is designed, measured, and analyzed by focusing in flicker noise. Designed mixer is fabricated by using 0.25um a single poly five metal (1P5M) of TSMC.
In direct-conversion receiver, flicker noise significantly reduces the signal-to-noise ratio (SNR) of whole receiver system. This thesis propose that flicker noise caused by indirect mechanism is able be to reduced by using bonding-wire inductance, which make the parallel resonance at LO frequency. Thus the effective tail-capacitance is reduced at LO frequency. These causes of NF degradation are analyzed by modeling the parasitic tail-capacitance of common source node.
As a measurement result, designed mixer performs at 5.8GHz as follows: 12.3dB voltage gain, -0.5dBm P1dB, -5.8dBm IIP2, and 12.3dB noise figure averaged in the 155kHz~10MHz with 9mA current consumption from 3.0V supply. Proposed noise reduction technique leads to improvement of noise performance and voltage gain, which is about 4.5dB NF falling and 2dB gain rising, respectively.
핸드폰, 블루투스 등과 같은 무선 통신 시스템의 빠른 성장으로 값싸고 성능이 우수한 RF 수신기의 수요가 증가하고 있으며, 특히, 고속 정보전송률을 갖는 근거리 무선 통신망(LAN) 시스템에 대한 수요가 날로 증가하고 있다. 이러한 시장 수요를 충족하기 위한 방법으로 직접변환수신 (Direct-conversion) 방식과 CMOS공정기술을 들 수 있다. 하지만 간접변환 수신기(Heterodyne)에서 문제가 되지 않는 flicker (1/f) 잡음이 직접변환수신기에서는 중간 주파수 없이 직접 기저대역으로 주파가수 변환되기 때문에 문제가 될 수 있으며, CMOS 공정 또한 1/f 잡음에 취약하여 잡음 문제를 야기할 수 있다. 이러한 잡음 문제는 시스템의 전체 SNR을 악화 시켜 시스템의 성능을 제한하는 요인이 될 수 있다.
본 논문에서는 mixer의 출력에 나타나는 $\emph{1/f}$ 잡음의 원인이 되는 잡음 메커니즘을 기생 tail-capacitance의 등가회로 모델을 이용하여 설명하고 이로 인해 발행하는 $\emph{1/f}$ 잡음을 제거하기 위해 bonding-wire inductance 방법을 제안하였다. 제안된 방법을 검증하기 위해 TSMC 0.25um single poly five metal (1P5M) CMOS 모델을 이용하여 5.8 GHz 직접변환수신기용 mixer를 설계, 제작하였으며, 측정된 결과로는 5.8GHz 동작 주파수, 3.0 V의 공급 전압으로 9 mA의 전류 소모, 12.3dB 이득, -0.5dB P1dB, 3.5dBm IIP3, 그리고 12.05dB의 NF를 얻었다. 측정된 결과로부터 제안된 1/f의 잡음 감소 방법은 약 5dB의 NF 감소와 약 2dB의 이득 증가가 있었음을 확인하였다.
