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KR102030908B1 - Frequency mixer using low-power CMOS(complementary metal oxide semiconductor) - Google Patents

Frequency mixer using low-power CMOS(complementary metal oxide semiconductor) Download PDF

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KR102030908B1
KR102030908B1 KR1020170179563A KR20170179563A KR102030908B1 KR 102030908 B1 KR102030908 B1 KR 102030908B1 KR 1020170179563 A KR1020170179563 A KR 1020170179563A KR 20170179563 A KR20170179563 A KR 20170179563A KR 102030908 B1 KR102030908 B1 KR 102030908B1
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transistors
frequency mixer
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장신일
최재경
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기가 개시된다. 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기는, 엔모스(NMOS) 트랜지스터와 피모스(PMOS) 트랜지스터의 쌍으로 구성되는 복수의 씨모스(CMOS) 트랜지스터를 포함하는 트랜스컨덕터 스테이지(transconductor stage), 복수의 씨모스 트랜지스터 중 일부의 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단 및 전원부와 연결되는 제1 스위칭 스테이지(switching stage) 및 복수의 씨모스 트랜지스터 중 나머지 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단 및 그라운드와 연결되는 제2 스위칭 스테이지를 포함하되, 복수의 씨모스 트랜지스터의 게이트단에 RF 신호가 입력되고, 복수의 씨모스 트랜지스터의 드레인단에서 IF 신호가 출력된다.A frequency mixer using a low power CMOS is disclosed. A frequency mixer using a low power CMOS includes a plurality of CMOS transistors and a transconductor stage including a plurality of CMOS transistors constituted by a pair of NMOS transistors and PMOS transistors. A first switching stage connected to a first source terminal and a power source of some CMOS transistors of the CMOS transistors, and a second switching stage connected to a second source terminal and ground of the remaining CMOS transistors of the plurality of CMOS transistors; It includes, but the RF signal is input to the gate terminal of the plurality of CMOS transistors, the IF signal is output from the drain terminal of the plurality of CMOS transistors.

Description

저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기{Frequency mixer using low-power CMOS(complementary metal oxide semiconductor)}Frequency mixer using low-power CMOS (complementary metal oxide semiconductor)

본 발명은 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency mixer using low power CMOS.

도 1은 RF(Radio Frequency) 수신기의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 무선통신용 RF 수신기에서 주파수를 하향 변환하는 주파수 혼합기(Mixer)는 안테나로부터 입력되는 RF 주파수 신호(RF Signal)를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 또는 기저대역 신호(Baseband Signal)로 변환하는 역할을 수행한다. 이러한 주파수 혼합기는 RF 수신기의 전력소모를 낮추기 위하여 전력 소모를 낮추는 회로로 설계되어야 한다. 특히, 최근 IoT(Internet of Things) 어플리케이션을 위한 RF 수신기의 전력 소모는 수십 내지 수백 마이크로와트(micro-Watt) 수준이 되어야 한다.1 is a view showing the structure of a radio frequency (RF) receiver. In the RF receiver for wireless communication shown in FIG. 1, a frequency mixer (downlink) converts an RF signal input from an antenna into an intermediate frequency (IF) or a baseband signal (IF). It performs the role of converting. These frequency mixers should be designed with low power consumption circuits to reduce power consumption of the RF receiver. In particular, the power consumption of RF receivers for Internet of Things (IoT) applications must be on the order of tens to hundreds of micro-watts.

도 2는 일반적인 주파수 혼합기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 주파수 혼합기는 트랜스컨덕터 스테이지(transconductor stage)와 스위칭 스테이지(switching stage)로 구성된다. 트랜스컨덕터 스테이지는 RF 신호를 입력 받아 이를 전류로 전환하고 증폭한다. 그리고, 스위칭 스테이지는 RF 주파수 성분의 신호와 LO(Local Oscillator) 주파수 신호를 곱셈하여, RF 주파수에서 LO 주파수를 차감한 만큼의 주파수를 가지는 신호를 생성함으로써, 입력된 RF 신호의 RF 주파수를 하향 변환시키는 역할을 수행한다. 이렇게 하향 변환된 주파수를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 또는 기저대역 주파수(Baseband Frequency)라 한다.2 is a diagram illustrating a configuration of a general frequency mixer. As shown in FIG. 2, a typical frequency mixer is composed of a transconductor stage and a switching stage. The transconductor stage receives the RF signal, converts it into current, and amplifies it. The switching stage multiplies a signal of an RF frequency component and a local oscillator (LO) frequency signal to generate a signal having a frequency equal to the subtraction of the LO frequency from the RF frequency, thereby down converting the RF frequency of the input RF signal. Play a role of This down-converted frequency is referred to as intermediate frequency (IF) or baseband frequency (Baseband Frequency).

도 3은 종래의 길버트 셀(Gilbert-Cell) 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면이다. 길버트 셀 주파수 혼합기는 가장 오래되었고 가장 보편적으로 사용되는 능동 하향 변환 주파수 혼합기이다. 3 is a diagram illustrating a circuit of a conventional Gilbert-Cell frequency mixer. Gilbert cell frequency mixers are the oldest and most commonly used active downconversion frequency mixers.

도 3에 도시된 길버트 셀 주파수 혼합기에서, NMOS 트랜지스터 M5 및 M6의 게이트단으로 RF 신호가 입력된다. 입력된 RF 신호는 M5 및 M6로 구성된 트랜스컨덕터 스테이지의 트랜스컨덕턴스(transconductance) 동작에 의하여 전류 신호로 변환되고, 이후 M1, M2, M3 및 M4로 구성된 스위칭 스테이지의 소스단으로 전달된다. 이때, M1, M2, M3 및 M4의 게이트단에 인가되는 LO 신호에 의하여, M1, M2, M3 및 M4는 주기적으로 온오프(On-Off)를 반복하는 스위칭 동작을 수행한다. 이에 따라, M1, M2, M3 및 M4의 드레인단에서는 입력된 두 RF 신호(VRF+, VRF-)로부터 생성된 IF 신호(VIF+, VIF-) 또는 기저대역 신호가 출력된다.In the Gilbert cell frequency mixer shown in FIG. 3, an RF signal is input to the gate terminals of the NMOS transistors M 5 and M 6 . The input RF signal to the source terminal of the switching stage consisting of M 5 and by the transconductor stage transconductance (transconductance) operation consisting of M 6 is converted into a current signal, since M 1, M 2, M 3 and M 4 Delivered. In this case, M 1, M 2, M 3 and by the LO signal applied to the gate terminal of M 4, M 1, M 2, M 3 and M 4 has a switching operation for periodically repeating on and off (On-Off) Do this. Accordingly, at the drain terminals of M 1 , M 2 , M 3, and M 4 , an IF signal (V IF + , V IF- ) or a baseband signal generated from two input RF signals (V RF + , V RF- ) is output. do.

길버트 셀 주파수 혼합기의 최소 공급전압은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.The minimum supply voltage of the Gilbert cell frequency mixer can be represented by the following equation.

Figure 112017129028969-pat00001
Figure 112017129028969-pat00001

즉, 최소 공급전압(VDD,min)은 트랜스컨덕터 스테이지와 스위치 스테이지의 오버드라이브 전압(VOV5, VOV1)과 저항(RL)에 걸리는 전압(ID5RL)의 합으로 결정된다. 여기서, 오버드라이브 전압은 MOSFET의 게이트-소스 전압에서 문턱전압을 뺀 값이다.That is, the minimum supply voltage V DD, min is determined by the sum of the overdrive voltages V OV5 and V OV1 of the transconductor stage and the switch stage and the voltage I D5 R L applied to the resistor R L. Here, the overdrive voltage is obtained by subtracting the threshold voltage from the gate-source voltage of the MOSFET.

도 4는 종래의 AC-coupled Folded-Switching 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a circuit of a conventional AC-coupled folded-switching frequency mixer.

AC-coupled Folded-Switching 주파수 혼합기는 도 3의 주파수 혼합기에서 트랜스컨덕터 스테이지에 해당하는 부분을 도 4에 도시된 바와 같이, 트랜지스터 M5, M6, M7 및 M8을 이용하여 재구성한 것이다. 즉, NMOS 트랜지스터 M5 및 M7의 드레인단과 PMOS 트랜지스터 M6 및 M8의 드레인단이 각각 연결되어 트랜스컨덕터 스테이지가 구성될 수 있다. 이 연결로 트랜스컨덕터 스테이지의 트랜스컨덕턴스(Gm)는 하기 수학식과 같이 향상될 수 있다.The AC-coupled Folded-Switching frequency mixer is a reconstruction of the portion corresponding to the transconductor stage in the frequency mixer of FIG. 3 using transistors M 5 , M 6 , M 7 and M 8 , as shown in FIG. 4. That is, the transconductor stage may be configured by connecting the drain terminals of the NMOS transistors M 5 and M 7 and the drain terminals of the PMOS transistors M 6 and M 8 , respectively. With this connection, the transconductance Gm of the transconductor stage can be improved as shown in the following equation.

Figure 112017129028969-pat00002
Figure 112017129028969-pat00002

도 4에 도시된 주파수 혼합기는 트랜스컨덕터 스테이지의 전체 트랜스컨덕턴스 값이 증가했으므로, 동일한 트랜스컨덕턴스를 얻기 위한 소모 전류를 낮출 수 있다. 소모 전류가 낮아지면, 이에 따라서 오버드라이브 전압도 낮아지게 된다. 따라서, 동일한 RF 성능을 가지는 조건하에서, 도 4의 주파수 혼합기는 도 3의 주파수 혼합기에 비하여 작은 오버드라이브 전압을 가지는 M5의 사용이 가능하다. 이로 인하여 주파수 혼합기의 전체 최소 공급전압이 낮춰질 수 있다.The frequency mixer shown in FIG. 4 has increased the total transconductance value of the transconductor stage, thereby lowering the current consumption to obtain the same transconductance. The lower the current consumption, the lower the overdrive voltage accordingly. Thus, under the condition of having the same RF performance, the frequency mixer of FIG. 4 allows the use of M 5 having a smaller overdrive voltage compared to the frequency mixer of FIG. This may lower the overall minimum supply voltage of the frequency mixer.

도 3의 길버트 셀 주파수 혼합기에서 M1, M2, M3 및 M4의 게이트단에 인가가 가능한 LO 신호의 최대값 및 최소값은 하기 수학식과 같이 제한된다.In the Gilbert cell frequency mixer of FIG. 3, the maximum and minimum values of LO signals that can be applied to the gate terminals of M 1 , M 2 , M 3, and M 4 are limited as in the following equation.

Figure 112017129028969-pat00003
Figure 112017129028969-pat00003

이 조건은 트랜스컨덕터 스테이지의 트랜지스터와 스위칭 스테이지의 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하게 한다. LO 신호가 이 조건을 벗어나게 되면, 주파수 혼합기의 선형성이 크게 훼손된다. 이 조건에 의하여 입력되는 LO 신호의 전압 크기가 제한되고, 이는 스위칭 성능의 열화로 이어진다. 이에 따라, 주파수 혼합기 전체의 변환 이득 성능이 저하된다. 이러한 성능 열화의 개선을 위하여 도 5에 도시된 새로운 주파수 혼합기가 제안된 바 있다.This condition causes the transistors of the transconductor stage and the transistors of the switching stage to operate in the saturation region. If the LO signal leaves this condition, the linearity of the frequency mixer is severely compromised. This condition limits the voltage magnitude of the input LO signal, which leads to deterioration of switching performance. As a result, the conversion gain performance of the entire frequency mixer is reduced. In order to improve such performance degradation, a new frequency mixer shown in FIG. 5 has been proposed.

도 5는 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면이다.5 shows a circuit of a conventional Switched-Gm frequency mixer.

Switched-Gm 주파수 혼합기는 도 3에 도시된 길버트 셀 주파수 혼합기에서 입력되는 LO 신호의 전압 크기 제약을 제거하기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 트랜지스터 M5, M6, M7 및 M8로 구성된 스위칭 스테이지를 트랜스컨덕터 스테이지의 트랜지스터 M1, M2, M3 및 M4의 소스단에 연결한 것이다.The Switched-Gm frequency mixer uses transistors M 5 , M 6 , M 7, and M 8 , as shown in FIG. 5, to remove the voltage magnitude constraints of the LO signal input from the Gilbert cell frequency mixer shown in FIG. 3. The configured switching stage is connected to the source terminals of transistors M 1 , M 2 , M 3 and M 4 of the transconductor stage.

M5, M6, M7 및 M8의 게이트단에 인가되는 LO 신호에 의하여 NMOS 트랜지스터 M5 및 M7과 PMOS 트랜지스터 M6 및 M8이 교차로 온오프된다. 이로 인하여, M1, M2, M3 및 M4의 소스단에 공급전압(VDD)과 그라운드(GND)가 교차로 입력되어 주파수 혼합기의 스위칭 동작이 수행된다. 이러한 Switched-Gm 주파수 혼합기는 길버트 셀 주파수 혼합기와 달리, 스위칭 스테이지의 트랜지스터 M5, M6, M7 및 M8의 게이트단에 인가되는 LO 신호의 전압 크기에 대한 제약이 없다. 따라서, LO 신호의 전압 크기 제한으로 인한 성능 열화의 가능성이 줄어들게 된다. 또한, 스위칭 동작에서 발생하는 잡음은 공통모드 신호이므로, 차동 출력에서 쉽게 제거되며, 이로 인하여 전체 회로의 잡음 성능이 개선된다.The NMOS transistors M 5 and M 7 and the PMOS transistors M 6 and M 8 are alternately turned on and off by the LO signal applied to the gate terminals of M 5 , M 6 , M 7 and M 8 . As a result, the supply voltage V DD and ground GND are alternately input to the source terminals of M 1 , M 2 , M 3, and M 4 to perform a switching operation of the frequency mixer. Unlike the Gilbert cell frequency mixer, the Switched-Gm frequency mixer has no limitation on the voltage magnitude of the LO signal applied to the gate terminals of the transistors M 5 , M 6 , M 7 and M 8 of the switching stage. Thus, the possibility of performance degradation due to the voltage magnitude limitation of the LO signal is reduced. In addition, since the noise generated by the switching operation is a common mode signal, it is easily removed from the differential output, which improves the noise performance of the entire circuit.

본 발명은 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기의 회로 구조를 개선하여, 소모전류의 증가 없이 전압 이득과 잡음 지수 등의 성능을 개선한 저전력 CMOS를 이용한 새로운 주파수 혼합기를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a novel frequency mixer using a low power CMOS that improves the circuit structure of the conventional Switched-Gm frequency mixer and improves performance such as voltage gain and noise figure without increasing current consumption.

본 발명의 일 측면에 따르면, RF(Radio Frequency) 신호를 입력받아 주파수를 하향 변환하여 IF(Intermediate Frequency)) 신호를 출력하는 주파수 혼합기가 개시된다.According to an aspect of the present invention, a frequency mixer for receiving a radio frequency (RF) signal and down-converting a frequency to output an IF (Intermediate Frequency) signal is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기는, 엔모스(NMOS) 트랜지스터와 피모스(PMOS) 트랜지스터의 쌍으로 구성되는 복수의 씨모스(CMOS) 트랜지스터를 포함하는 트랜스컨덕터 스테이지(transconductor stage), 상기 복수의 씨모스 트랜지스터 중 일부의 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단 및 전원부와 연결되는 제1 스위칭 스테이지(switching stage) 및 상기 복수의 씨모스 트랜지스터 중 나머지 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단 및 그라운드와 연결되는 제2 스위칭 스테이지를 포함하되, 상기 복수의 씨모스 트랜지스터의 게이트단에 상기 RF 신호가 입력되고, 상기 복수의 씨모스 트랜지스터의 드레인단에서 상기 IF 신호가 출력된다.A frequency mixer using a low power CMOS according to an embodiment of the present invention includes a transconductor stage including a plurality of CMOS transistors configured as a pair of NMOS transistors and PMOS transistors. ), A first switching stage connected to a first source terminal and a power supply of some CMOS transistors of the plurality of CMOS transistors, and a second source terminal of the remaining CMOS transistors of the plurality of CMOS transistors; A second switching stage connected to ground, wherein the RF signal is input to the gate terminal of the plurality of CMOS transistors, the IF signal is output from the drain terminal of the plurality of CMOS transistors.

상기 복수의 씨모스 트랜지스터의 게이트단과 드레인단은 자체 바이어스를 위하여 저항으로 연결된다.The gate terminal and the drain terminal of the plurality of CMOS transistors are connected by a resistor for self biasing.

상기 트랜스컨덕터 스테이지는 제1 피모스 트랜지스터와 제2 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제1 씨모스 트랜지스터, 제3 피모스 트랜지스터와 제4 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제2 씨모스 트랜지스터, 제5 피모스 트랜지스터와 제6 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제3 씨모스 트랜지스터 및 제7 피모스 트랜지스터와 제8 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제4 씨모스 트랜지스터를 포함한다.The transconductor stage may include a first CMOS transistor comprising a first PMOS transistor and a second NMOS transistor, a second CMOS transistor comprising a third PMOS transistor and a fourth NMOS transistor, and a fifth PMOS transistor. And a third CMOS transistor composed of a sixth NMOS transistor, and a fourth CMOS transistor composed of a seventh PMOS transistor and an eighth NMOS transistor.

상기 제1 씨모스 트랜지스터와 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 게이트단에는 VRF+ 신호가 입력되고, 상기 제2 씨모스 트랜지스터와 상기 제3 씨모스 트랜지스터의 게이트단에는 VRF- 신호가 입력되며, 상기 제1 씨모스 트랜지스터와 상기 제3 씨모스 트랜지스터의 드레인단에서는 VIF- 신호가 출력되고, 상기 제2 씨모스 트랜지스터와 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 드레인단에서는 VIF+ 신호가 출력된다.A V RF + signal is input to a gate terminal of the first CMOS transistor and a fourth CMOS transistor, a V RF− signal is input to a gate terminal of the second CMOS transistor and the third CMOS transistor. The V IF− signal is output at the drain terminals of the first and third CMOS transistors, and the V IF + signal is output at the drain terminals of the second and fourth CMOS transistors.

상기 제1 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단과 상기 제2 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단이 제1 노드에서 연결되고, 상기 제1 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단과 상기 제2 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단이 제2 노드에서 연결되고, 상기 제3 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단과 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단이 제3 노드에서 연결되고, 상기 제3 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단과 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단이 제4 노드에서 연결된다.A first source terminal of the first CMOS transistor and a first source terminal of the second CMOS transistor are connected at a first node, and a second source terminal of the first CMOS transistor and a second source of the second CMOS transistor are connected. A source terminal is connected at a second node, a first source terminal of the third CMOS transistor and a first source terminal of the fourth CMOS transistor are connected at a third node, and a second source of the third CMOS transistor A stage and a second source terminal of the fourth CMOS transistor are connected at the fourth node.

상기 제2 스위칭 스테이지는, 상기 제2 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 그라운드에 소스단이 연결되는 제9 엔모스 트랜지스터 및 상기 제4 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 그라운드에 소스단이 연결되는 제10 엔모스 트랜지스터를 포함한다.In the second switching stage, a drain terminal is connected to the second node, a drain terminal is connected to the fourth node, and a drain terminal is connected to the ground, and a source terminal is connected to the ground. And a tenth NMOS transistor.

상기 제1 스위칭 스테이지는, 상기 제1 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 전원부에 소스단이 연결되는 제11 피모스 트랜지스터 및 상기 제3 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 전원부에 소스단이 연결되는 제12 피모스 트랜지스터를 포함한다.The first switching stage may include a drain terminal connected to the first node, a drain terminal connected to a source terminal connected to the power supply unit, and a drain terminal connected to the third node, and a source terminal connected to the power supply unit. And a twelfth PMOS transistor.

상기 제1 스위칭 스테이지 및 상기 제2 스위칭 스테이지의 트랜지스터들의 게이트단에는 LO (Local Oscillator) 신호가 입력되되, 상기 제1 스위칭 스테이지에 입력되는 LO 신호와 상기 제2 스위칭 스테이지에 입력되는 LO 신호는 180도의 위상차를 가진다.LO signals are input to the gate terminals of the transistors of the first switching stage and the second switching stage, and the LO signal input to the first switching stage and the LO signal input to the second switching stage are 180. It has a phase difference of degrees.

상기 제1 스위칭 스테이지의 상기 제11 피모스 트랜지스터의 게이트단에는 VLO+ 신호가 입력되고, 상기 제2 스위칭 스테이지의 상기 제9 엔모스 트랜지스터의 게이트단에는 VLO- 신호가 입력된다.The V LO + signal is input to the gate terminal of the eleventh PMOS transistor of the first switching stage, and the V LO− signal is input to the gate terminal of the ninth NMOS transistor of the second switching stage.

상기 제1 스위칭 스테이지의 상기 제12 피모스 트랜지스터의 게이트단에는 상기 VLO- 신호가 입력되고, 상기 제2 스위칭 스테이지의 상기 제10 엔모스 트랜지스터의 게이트단에는 상기 VLO+ 신호가 입력된다.The first gate terminal of the first PMOS transistor 12 of the switching stage, the said V LO- signal is input to the second gate terminal of the tenth en MOS transistor of the switching stage there is the V LO + signal is input.

본 발명의 실시예에 따른 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기는 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기에 대하여 소모전류의 증가 없이 전압 이득과 잡음 지수 등의 성능이 개선될 수 있다.The frequency mixer using the low power CMOS according to the embodiment of the present invention can improve the performance such as the voltage gain and the noise figure without increasing the current consumption compared to the conventional switched-Gm frequency mixer.

도 1은 RF(Radio Frequency) 수신기의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 일반적인 주파수 혼합기의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 종래의 길버트 셀(Gilbert-Cell) 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면.
도 4는 종래의 AC-coupled Folded-Switching 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면.
도 5는 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
1 is a view showing the structure of a radio frequency (RF) receiver.
2 is a diagram illustrating a configuration of a general frequency mixer.
3 shows a circuit of a conventional Gilbert-Cell frequency mixer.
4 shows a circuit of a conventional AC-coupled folded-switching frequency mixer.
5 shows a circuit of a conventional Switched-Gm frequency mixer.
Figure 6 shows a circuit of a frequency mixer using a low power CMOS according to an embodiment of the present invention.
7 shows simulation results for a frequency mixer according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural forms unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or some steps It should be construed that it may not be included or may further include additional components or steps. In addition, the terms "... unit", "module", etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software. .

본 발명의 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기는, 트랜스컨덕터 스테이지(transconductor stage)가 전류 재사용 구조를 가지도록 구성되고, 효율적인 스위칭 동작을 위한 새로운 스위칭 스테이지(switching stage) 회로 및 적절한 바이어스 전압을 인가하는 회로가 적용된다.The frequency mixer using the low power CMOS of the present invention is configured such that the transconductor stage has a current reuse structure, and a circuit for applying a new switching stage circuit and an appropriate bias voltage for efficient switching operation. Apply.

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기의 회로를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a circuit of a frequency mixer using a low power CMOS according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기는 트랜스컨덕터 스테이지(10), 제1 스위칭 스테이지(20) 및 제2 스위칭 스테이지(30)을 포함한다.Referring to FIG. 6, a frequency mixer using a low power CMOS according to an embodiment of the present invention includes a transconductor stage 10, a first switching stage 20, and a second switching stage 30.

본 발명의 실시예에 따른 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기는 새로운 구조의 Switched-Gm 주파수 혼합기일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기와 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기의 가장 큰 차이는 트랜스컨덕터 스테이지(10) 및 스위칭 스테이지(20, 30)의 구성 방식에 있다. 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기의 트랜스컨덕터 스테이지(10)는, 전류 소모의 증가를 제한하고 변환 이득을 향상시키기 위하여, 트랜스컨덕터 스테이지(10)의 트랜지스터들(M1 ~ M8)이 전류 재사용 구조를 가지도록 구성될 수 있다.The frequency mixer using the low power CMOS according to the embodiment of the present invention may be a switched-Gm frequency mixer having a new structure. The biggest difference between the frequency mixer according to the embodiment of the present invention and the conventional Switched-Gm frequency mixer is in the configuration of the transconductor stage 10 and the switching stages 20 and 30. In the transconductor stage 10 of the frequency mixer according to the embodiment of the present invention, the transistors M 1 to M 8 of the transconductor stage 10 have a current in order to limit the increase in current consumption and improve the conversion gain. It can be configured to have a reuse structure.

트랜스컨덕터 스테이지(10)는 도 6에 도시된 바와 같이, 엔모스(NMOS) 트랜지스터와 피모스(PMOS) 트랜지스터의 쌍들 즉, 저전력 씨모스(CMOS) 트랜지스터들로 구성된다.As shown in FIG. 6, the transconductor stage 10 is composed of pairs of NMOS transistors and PMOS transistors, that is, low power CMOS transistors.

즉, 도 6을 참조하면, 트랜스컨덕터 스테이지(10)는 피모스 트랜지스터 M1과 엔모스 트랜지스터 M2로 구성되는 제1 씨모스 트랜지스터(11), 피모스 트랜지스터 M3과 엔모스 트랜지스터 M4로 구성되는 제2 씨모스 트랜지스터(12), 피모스 트랜지스터 M5과 엔모스 트랜지스터 M6로 구성되는 제3 씨모스 트랜지스터(13) 및 피모스 트랜지스터 M7과 엔모스 트랜지스터 M8로 구성되는 제4 씨모스 트랜지스터(14)를 포함한다.That is, 6, the transconductor stage 10 is a PMOS transistor M 1 and the NMOS transistor M 2 a first CMOS transistor 11, the PMOS transistor M 3 and the NMOS transistor M 4 consisting of Second CMOS transistor 12 configured, Third CMOS transistor 13 composed of PMOS transistor M 5 and NMOS transistor M 6 and Fourth transistor composed of PMOS transistor M 7 and NMOS transistor M 8 . CMOS transistor 14 is included.

이때, 제1 씨모스 트랜지스터(11)와 제2 씨모스 트랜지스터(12)는 소스단끼리 연결되고, 제3 씨모스 트랜지스터(13)와 제4 씨모스 트랜지스터(14)도 소스단끼리 연결된다.In this case, the first CMOS transistor 11 and the second CMOS transistor 12 are connected to source terminals, and the third CMOS transistor 13 and the fourth CMOS transistor 14 are also connected to source terminals.

즉, 제1 씨모스 트랜지스터(11)의 제1 소스단과 제2 씨모스 트랜지스터(12)의 제1 소스단이 제1 노드(n1)에서 연결되고, 제1 씨모스 트랜지스터(11)의 제2 소스단과 제2 씨모스 트랜지스터(12)의 제2 소스단이 제2 노드(n2)에서 연결된다.That is, the first source terminal of the first CMOS transistor 11 and the first source terminal of the second CMOS transistor 12 are connected at the first node n1, and the second source of the first CMOS transistor 11 is connected. The source terminal and the second source terminal of the second CMOS transistor 12 are connected at the second node n2.

그리고, 동일한 방식으로, 제3 씨모스 트랜지스터(13)의 제1 소스단과 제4 씨모스 트랜지스터(14)의 제1 소스단이 제3 노드(n3)에서 연결되고, 제3 씨모스 트랜지스터(13)의 제2 소스단과 제4 씨모스 트랜지스터(14)의 제2 소스단이 제4 노드(n4)에서 연결된다.In the same manner, the first source terminal of the third CMOS transistor 13 and the first source terminal of the fourth CMOS transistor 14 are connected at the third node n3, and the third CMOS transistor 13 The second source terminal of) and the second source terminal of the fourth CMOS transistor 14 are connected at the fourth node n4.

제1 노드 내지 제4 노드에는 후술할 제1 스위칭 스테이지(20) 및 제2 스위칭 스테이지(30)가 연결된다.The first switching stage 20 and the second switching stage 30 to be described later are connected to the first to fourth nodes.

이때, 각 씨모스 트랜지스터(11, 12, 13, 14)의 게이트단에는 RF 신호가 입력되고, 각 씨모스 트랜지스터(11, 12, 13, 14)의 드레인단에서는 입력된 RF 신호로부터 생성되는 IF(Intermediate Frequency) 신호가 출력된다.At this time, an RF signal is input to the gate terminal of each of the CMOS transistors 11, 12, 13, and 14, and an IF generated from the input RF signal at the drain terminal of each of the CMOS transistors 11, 12, 13, and 14. (Intermediate Frequency) signal is output.

구체적으로, 제1 씨모스 트랜지스터(11)와 제4 씨모스 트랜지스터(14)의 게이트단에는 VRF+ 신호가 입력되고, 제2 씨모스 트랜지스터(12)와 제3 씨모스 트랜지스터(13)의 게이트단에는 VRF- 신호가 입력된다.Specifically, a V RF + signal is input to the gate terminals of the first and fourth CMOS transistors 11 and 14, and the gates of the second and third CMOS transistors 12 and 13 are input. The V RF signal is input to the stage.

그리고, 제1 씨모스 트랜지스터(11)와 제3 씨모스 트랜지스터(13)의 드레인단에서는 VIF- 신호가 출력되고, 제2 씨모스 트랜지스터(12)와 제4 씨모스 트랜지스터(14)의 드레인단에서는 VIF+ 신호가 출력된다.The V IF − signal is output from the drain terminals of the first CMOS transistor 11 and the third CMOS transistor 13, and the drains of the second CMOS transistor 12 and the fourth CMOS transistor 14 are output. At the stage, the V IF + signal is output.

이와 같은 Complementary Gm 구조로 구성된 트랜스컨덕터 스테이지(10)는 전류 재사용 구조를 가질 수 있다.The transconductor stage 10 having such a complementary Gm structure may have a current reuse structure.

또한, Complementary Gm 구조로 구성된 트랜스컨덕터 스테이지(10)는 자체 바이어스를 위하여, 각 씨모스 트랜지스터(11, 12, 13, 14)의 게이트단과 드레인단이 저항을 통해 연결된다.In addition, in the transconductor stage 10 having a complementary Gm structure, a gate terminal and a drain terminal of each CMOS transistor 11, 12, 13, and 14 are connected through a resistor for self biasing.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 씨모스 트랜지스터(11)의 게이트단과 드레인단은 저항 R1로 연결되고, 제2 씨모스 트랜지스터(12)의 게이트단과 드레인단은 저항 R2로 연결되고, 제3 씨모스 트랜지스터(13)의 게이트단과 드레인단은 저항 R3로 연결되고, 제4 씨모스 트랜지스터(14)의 게이트단과 드레인단은 저항 R4로 연결된다.That is, as shown in FIG. 6, the gate terminal and the drain terminal of the first CMOS transistor 11 are connected to the resistor R 1 , and the gate terminal and the drain terminal of the second CMOS transistor 12 are connected to the resistor R 2 . The gate terminal and the drain terminal of the third CMOS transistor 13 are connected to the resistor R 3 , and the gate terminal and the drain terminal of the fourth CMOS transistor 14 are connected to the resistor R 4 .

이러한 전류 재사용 구조를 가지는 트랜스컨덕터 스테이지(10)를 보다 효율적으로 스위칭시키고, 혼합기 회로를 이중평형구조(Double Balanced Type)로 동작 시키기 위하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 트랜스컨덕터 스테이지(10)의 소정 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단 또는 제2 소스단에 각각 제1 스위칭 스테이지(20) 및 제2 스위칭 스테이지(30)가 연결된다.In order to more efficiently switch the transconductor stage 10 having such a current reuse structure and operate the mixer circuit in a double balanced type, as shown in FIG. 6, the transconductor stage 10 The first switching stage 20 and the second switching stage 30 are connected to the first source terminal or the second source terminal of the predetermined CMOS transistor, respectively.

여기서, 제1 스위칭 스테이지(20)는 피모스 트랜지스터 M11과 M12를 포함하여 구성되고, 제2 스위칭 스테이지(30)는 엔모스 트랜지스터 M9과 M10을 포함하여 구성된다.Here, the first switching stage 20 includes the PMOS transistors M 11 and M 12 , and the second switching stage 30 includes the NMOS transistors M 9 and M 10 .

제1 스위칭 스테이지(20)는 소스단이 전원부(VDD)와 연결되고, 드레인단이 트랜스컨덕터 스테이지(10)와 연결되며, 게이트단에 LO(Local Oscillator) 신호가 입력된다.In the first switching stage 20, a source terminal is connected to a power supply unit V DD , a drain terminal is connected to a transconductor stage 10, and a local oscillator (LO) signal is input to a gate terminal.

그리고, 제2 스위칭 스테이지(30)는 소스단이 그라운드와 연결되고, 드레인단이 트랜스컨덕터 스테이지(10)와 연결되며, 게이트단에 LO 신호가 입력된다.In the second switching stage 30, the source terminal is connected to the ground, the drain terminal is connected to the transconductor stage 10, and the LO signal is input to the gate terminal.

이때, 제1 스위칭 스테이지(20)의 피모스 트랜지스터 게이트단과 제2 스위칭 스테이지(30)의 엔모스 트랜지스터 게이트단에 입력되는 LO 신호는 서로 180도의 위상차를 가진다.At this time, the LO signal input to the PMOS transistor gate terminal of the first switching stage 20 and the NMOS transistor gate terminal of the second switching stage 30 have a phase difference of 180 degrees.

즉, 제1 스위칭 스테이지(20)의 피모스 트랜지스터 M11의 게이트단에는 VLO+ 신호가 입력되고, 제2 스위칭 스테이지(30)의 엔모스 트랜지스터 M9의 게이트단에는 VLO- 신호가 입력된다.That is, the first to-be-gate terminal of the MOS transistor M 11 of the switching stage 20 is input to the V LO + signal, and the gate terminal of the second NMOS transistor of the switching stage (30) M 9, the V LO- signal input .

반대로, 제1 스위칭 스테이지(20)의 피모스 트랜지스터 M12의 게이트단에는 VLO- 신호가 입력되고, 제2 스위칭 스테이지(30)의 엔모스 트랜지스터 M10의 게이트단에는 VLO+ 신호가 입력된다.On the contrary, the V LO− signal is input to the gate terminal of the PMOS transistor M 12 of the first switching stage 20, and the V LO + signal is input to the gate terminal of the NMOS transistor M 10 of the second switching stage 30. .

이에 따라, 엔모스 트랜지스터 M9와 피모스 트랜지스터 M11 그리고, 엔모스 트랜지스터 M10와 피모스 트랜지스터 M12는 온오프 상태가 동일하게 스위칭 동작함으로써, 트랜스컨덕터 스테이지(10)의 스위칭 효과를 더욱 향상시키면서 이중평형구조(Double Balanced Type)로 동작될 수 있다.Accordingly, the NMOS transistor M 9 , the PMOS transistor M 11, and the NMOS transistor M 10 and the PMOS transistor M 12 have the same switching on and off states, thereby further improving the switching effect of the transconductor stage 10. It can be operated in a double balanced structure.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기는, 도 5의 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기와 비교하면, 트랜스컨덕터 스테이지(10)가 전류 재사용 구조로 구성되어 동일한 트랜스컨덕턴스 값을 얻기 위한 소모 전류가 낮다Compared with the conventional Switched-Gm frequency mixer of FIG. 5, the frequency mixer using the low power CMOS according to the embodiment of the present invention obtains the same transconductance value because the transconductor stage 10 has a current reuse structure. Low current consumption for

즉, 도 5의 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기는 트랜스컨덕터 스테이지가 M1, M2, M3 및 M4의 엔모스 트랜지스터로 구성되는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 엔모스(NMOS) 트랜지스터와 피모스(PMOS) 트랜지스터의 쌍들(11, 12, 13, 14)로 구성된다. 그래서, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는, 도 5의 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기에 비하여 동일한 트랜스컨덕턴스 값을 얻기 위한 소모전류가 약 70%로 줄어드는 장점을 가진다.That is, the conventional Switched-Gm frequency mixer of FIG. 5 has a transconductor stage consisting of NMOS transistors of M 1 , M 2 , M 3, and M 4 , whereas the frequency mixer according to an embodiment of the present invention has an NMOS ( NMOS transistors and PMOS transistor pairs 11, 12, 13, and 14. Thus, the frequency mixer according to the embodiment of the present invention has the advantage that the current consumption for obtaining the same transconductance value is reduced to about 70% compared to the conventional Switched-Gm frequency mixer of FIG.

다른 장점으로는, 도 5의 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기는 M9 및 M10의 부하단이 트랜스컨덕터 스테이지 위에 연결되어 필요한 공급전압이 그 만큼 높아 지지만, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 트랜스컨덕터 스테이지(10)의 출력을 전류로 하고 부하단이 이후에 직렬로 연결됨으로써, 부하단에 의한 전압소모가 제거되었다.In another advantage, the conventional Switched-Gm frequency mixer of FIG. 5 has a load terminal of M 9 and M 10 connected to the transconductor stage so that the required supply voltage is increased as much as that. By using the output of the transconductor stage 10 as a current and the load stages subsequently connected in series, voltage consumption by the load stages was eliminated.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.7 is a view showing a simulation result for the frequency mixer according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기의 동작 및 성능을 검증하기 위하여, 65nm CMOS 공정으로 회로가 설계되고, 시뮬레이션을 통해 성능 검증이 수행되었다. 또한, 종래 주파수 혼합기와의 성능 비교를 위하여, 도 5의 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기의 회로가 동일한 공정으로 설계된 후 시뮬레이션이 수행되었다.In order to verify the operation and performance of the frequency mixer according to the embodiment of the present invention, a circuit was designed in a 65 nm CMOS process, and performance verification was performed by simulation. In addition, for the performance comparison with the conventional frequency mixer, a simulation was performed after the circuit of the conventional Switched-Gm frequency mixer of FIG. 5 was designed in the same process.

본 발명의 실시예에 따른 도 6의 주파수 혼합기 회로의 설계값은 하기 표 1과 같다.Design values of the frequency mixer circuit of FIG. 6 according to an embodiment of the present invention are shown in Table 1 below.

M1, M3, M5, M7의 W/L (m)W / L (m) of M1, M3, M5, M7 12/0.0812 / 0.08 M2, M4, M6, M8의 W/L (m)W / L (m) of M2, M4, M6, M8 4/0.084 / 0.08 M9, M10의 W/L (m)W / L (m) of M9, M10 4/0.064 / 0.06 M11, M12의 W/L (m)W / L (m) of M11, M12 12/0.0612 / 0.06 R1, R2, R3, R4 (k)R1, R2, R3, R4 (k) 5151 RB (k)R B (k) 5151 CB (fF)C B (fF) 520520 VDCP (mV)V DCP (mV) 700700 VDCN (mV)V DCN (mV) 300300 VDD (V)V DD (V) 1One

그리고, 도 5의 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기의 설계값은 하기 표 2와 같다.And, the design value of the conventional Switched-Gm frequency mixer of Figure 5 is shown in Table 2 below.

M1, M2, M3, M4의 W/L (m)W / L (m) of M1, M2, M3, M4 4/0.064 / 0.06 M5, M7의 W/L (m)M5, M7, W / L (m) 3/0.063 / 0.06 M6, M8의 W/L (m)M6, M8, W / L (m) 6/0.066 / 0.06 M9, M10의 W/L (m)W / L (m) of M9, M10 60/0.0660 / 0.06 R1, R2 (k)R1, R2 (k) 6060 VDD (V)VDD (V) 1One

본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기 회로는 IoT 어플리케이션을 위하여 수백 마이크로와트의 매우 낮은 소모전력 하에서 동작하도록 설계되었다.The frequency mixer circuit according to an embodiment of the present invention is designed to operate under very low power consumption of several hundred microwatts for IoT applications.

본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기와 종래 주파수 혼합기에 도 7의 (a)의 RF 신호 및 도 7의 (b)의 LO 신호가 동일하게 인가된다. 이에 따른 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기와 종래 주파수 혼합기의 IF 출력 신호의 파형은 각각 도 7의 (c)와 (d)와 같이 나타난다.The RF signal of FIG. 7A and the LO signal of FIG. 7B are equally applied to the frequency mixer and the conventional frequency mixer according to the embodiment of the present invention. Accordingly, the waveforms of the IF output signals of the frequency mixer and the conventional frequency mixer according to the embodiment of the present invention are shown as shown in FIGS. 7C and 7D, respectively.

도 7의 (c)와 (d)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 IF 출력 신호를 종래 주파수 혼합기보다 7.4dB 또는 약 2.3배 크게 출력하였다.As shown in (c) and (d) of Figure 7, the frequency mixer according to the embodiment of the present invention outputs the IF output signal 7.4dB or about 2.3 times larger than the conventional frequency mixer.

본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기와 종래 주파수 혼합기의 주요 성능은 하기 표 3과 같이 정리될 수 있다.The main performance of the frequency mixer and the conventional frequency mixer according to an embodiment of the present invention can be summarized as shown in Table 3 below.

전압이득 (dB)Voltage gain (dB) 잡음지수
(dB)
Noise figure
(dB)
Input P1dB
(dBm)
Input P1dB
(dBm)
IIP3
(dBm)
IIP3
(dBm)
전력 소모(mW)
@ 1 V supply
Power consumption (mW)
@ 1 V supply
종래 회로Conventional circuit 3.253.25 26.4426.44 -2.66-2.66 6.696.69 0.380.38 본 발명 회로Invention circuit 10.6810.68 21.4821.48 -3.53-3.53 4.244.24 0.340.34

표 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 비슷한 전력소모에서 전압 이득은 7.43dB, 잡음 지수는 4.98dB가 향상됨을 확인할 수 있다. InputP1dB 및 IIP3의 선형성 특성은 약간의 열화가 있지만, 시스템 성능에 크게 영향을 미치지 않는 미미한 수준으로 확인되었다. 이와 같은 결과를 볼 때, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기가 도 5의 종래의 Switched-Gm 주파수 혼합기보다 우수함을 알 수 있다.As can be seen from Table 3, the frequency mixer according to the embodiment of the present invention can be seen that the voltage gain is 7.43dB, the noise figure is improved 4.98dB at a similar power consumption. The linearity characteristics of InputP1dB and IIP3 were found to be insignificant, with some deterioration but not significantly affecting system performance. As a result, it can be seen that the frequency mixer according to the embodiment of the present invention is superior to the conventional Switched-Gm frequency mixer of FIG. 5.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Should be considered to be within the scope of the following claims.

10: 트랜스컨덕터 스테이지
11: 제1 씨모스 트랜지스터
12: 제2 씨모스 트랜지스터
13: 제3 씨모스 트랜지스터
14: 제4 씨모스 트랜지스터
20: 제1 스위칭 스테이지
30: 제2 스위칭 스테이지
10: Transconductor Stage
11: first CMOS transistor
12: second CMOS transistor
13: third CMOS transistor
14: fourth CMOS transistor
20: first switching stage
30: second switching stage

Claims (10)

RF(Radio Frequency) 신호를 입력받아 주파수를 하향 변환하여 IF(Intermediate Frequency)) 신호를 출력하는 주파수 혼합기에 있어서,
엔모스(NMOS) 트랜지스터와 피모스(PMOS) 트랜지스터의 쌍으로 구성되는 복수의 씨모스(CMOS) 트랜지스터를 포함하여 트랜스컨덕터 스테이지(transconductor stage);
상기 복수의 씨모스 트랜지스터 중 일부의 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단 및 전원부와 연결되는 제1 스위칭 스테이지(switching stage); 및
상기 복수의 씨모스 트랜지스터 중 나머지 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단 및 그라운드와 연결되는 제2 스위칭 스테이지를 포함하되,
상기 트랜스컨덕터 스테이지의 복수의 씨모스 트랜지스터의 게이트단에 상기 RF 신호가 입력되고, 상기 트랜스컨덕터 스테이지의 상기 복수의 씨모스 트랜지스터의 드레인단에서 상기 IF 신호가 출력되고,
상기 제1 스위칭 스테이지 및 제2 스위칭 스테이지의 게이트단에는 LO(Local Oscillator) 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
In the frequency mixer that receives an RF (Radio Frequency) signal and down-converts the frequency to output an IF (Intermediate Frequency) signal,
A transconductor stage including a plurality of CMOS transistors composed of a pair of NMOS transistors and PMOS transistors;
A first switching stage connected to a first source terminal and a power supply unit of some CMOS transistors of the plurality of CMOS transistors; And
A second switching stage connected to a second source terminal and ground of the remaining CMOS transistors of the plurality of CMOS transistors,
The RF signal is input to a gate terminal of the plurality of CMOS transistors of the transconductor stage, and the IF signal is output from a drain terminal of the plurality of CMOS transistors of the transconductor stage,
A frequency mixer using a low power CMOS, characterized in that the LO (Local Oscillator) signal is input to the gate terminal of the first switching stage and the second switching stage.
제1항에 있어서,
상기 복수의 씨모스 트랜지스터의 게이트단과 드레인단은 자체 바이어스를 위하여 저항으로 연결되는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 1,
And a gate terminal and a drain terminal of the plurality of CMOS transistors are connected by a resistor for self biasing.
제1항에 있어서,
상기 트랜스컨덕터 스테이지는 제1 피모스 트랜지스터와 제2 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제1 씨모스 트랜지스터, 제3 피모스 트랜지스터와 제4 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제2 씨모스 트랜지스터, 제5 피모스 트랜지스터와 제6 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제3 씨모스 트랜지스터 및 제7 피모스 트랜지스터와 제8 엔모스 트랜지스터로 구성되는 제4 씨모스 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 1,
The transconductor stage may include a first CMOS transistor comprising a first PMOS transistor and a second NMOS transistor, a second CMOS transistor comprising a third PMOS transistor and a fourth NMOS transistor, and a fifth PMOS transistor. And a third CMOS transistor comprising a sixth NMOS transistor and a fourth CMOS transistor comprising a seventh PMOS transistor and an eighth NMOS transistor.
제3항에 있어서,
상기 제1 씨모스 트랜지스터와 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 게이트단에는 VRF+ 신호가 입력되고, 상기 제2 씨모스 트랜지스터와 상기 제3 씨모스 트랜지스터의 게이트단에는 VRF- 신호가 입력되며,
상기 제1 씨모스 트랜지스터와 상기 제3 씨모스 트랜지스터의 드레인단에서는 VIF- 신호가 출력되고, 상기 제2 씨모스 트랜지스터와 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 드레인단에서는 VIF+ 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 3,
A V RF + signal is input to a gate terminal of the first CMOS transistor and a fourth CMOS transistor, a V RF- signal is input to a gate terminal of the second CMOS transistor and the third CMOS transistor.
A V IF− signal is output at the drain terminals of the first and third CMOS transistors, and a V IF + signal is output at the drain terminals of the second and fourth CMOS transistors. Frequency mixer using low power CMOS.
제3항에 있어서,
상기 제1 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단과 상기 제2 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단이 제1 노드에서 연결되고, 상기 제1 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단과 상기 제2 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단이 제2 노드에서 연결되고,
상기 제3 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단과 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 제1 소스단이 제3 노드에서 연결되고, 상기 제3 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단과 상기 제4 씨모스 트랜지스터의 제2 소스단이 제4 노드에서 연결되는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 3,
A first source terminal of the first CMOS transistor and a first source terminal of the second CMOS transistor are connected at a first node, and a second source terminal of the first CMOS transistor and a second source of the second CMOS transistor are connected. The source end is connected at the second node,
The first source terminal of the third CMOS transistor and the first source terminal of the fourth CMOS transistor are connected at a third node, and the second source terminal of the third CMOS transistor and the second source of the fourth CMOS transistor are connected. A frequency mixer using a low power CMOS, characterized in that the source terminal is connected at the fourth node.
제5항에 있어서,
상기 제2 스위칭 스테이지는,
상기 제2 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 그라운드에 소스단이 연결되는 제9 엔모스 트랜지스터; 및
상기 제4 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 그라운드에 소스단이 연결되는 제10 엔모스 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 5,
The second switching stage,
A ninth NMOS transistor having a drain terminal connected to the second node and a source terminal connected to the ground; And
And a tenth NMOS transistor having a drain terminal connected to the fourth node and a source terminal connected to the ground.
제6항에 있어서,
상기 제1 스위칭 스테이지는,
상기 제1 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 전원부에 소스단이 연결되는 제11 피모스 트랜지스터; 및
상기 제3 노드에 드레인단이 연결되고, 상기 전원부에 소스단이 연결되는 제12 피모스 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 6,
The first switching stage,
An eleventh PMOS transistor having a drain terminal connected to the first node and a source terminal connected to the power supply unit; And
And a twelfth PMOS transistor having a drain terminal connected to the third node and a source terminal connected to the power supply unit.
제7항에 있어서,
상기 제1 스위칭 스테이지 및 상기 제2 스위칭 스테이지의 트랜지스터들의 게이트단에는 LO (Local Oscillator) 신호가 입력되되,
상기 제1 스위칭 스테이지에 입력되는 LO 신호와 상기 제2 스위칭 스테이지에 입력되는 LO 신호는 180도의 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 7, wherein
LO (Local Oscillator) signals are input to the gate terminals of the transistors of the first switching stage and the second switching stage,
The LO signal input to the first switching stage and the LO signal input to the second switching stage have a phase difference of 180 degrees.
제7항에 있어서,
상기 제1 스위칭 스테이지의 상기 제11 피모스 트랜지스터의 게이트단에는 VLO+ 신호가 입력되고, 상기 제2 스위칭 스테이지의 상기 제9 엔모스 트랜지스터의 게이트단에는 VLO- 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.
The method of claim 7, wherein
The V LO + signal is input to the gate terminal of the eleventh PMOS transistor of the first switching stage, and the V LO− signal is input to the gate terminal of the ninth NMOS transistor of the second switching stage. Frequency mixer using low power CMOS.
제9항에 있어서,
상기 제1 스위칭 스테이지의 상기 제12 피모스 트랜지스터의 게이트단에는 상기 VLO- 신호가 입력되고, 상기 제2 스위칭 스테이지의 상기 제10 엔모스 트랜지스터의 게이트단에는 상기 VLO+ 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 저전력 CMOS를 이용한 주파수 혼합기.


The method of claim 9,
The first and the second gate terminal of the 12 PMOS transistor of the first switching stage has entered the V LO- signal, characterized in that the second the tenth en gate terminal of the MOS transistor of the switching stage there is the V LO + signal input Frequency mixer using low power CMOS.


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D. Bhatt 외, "A Self-Biased Mixer in 0.18μm CMOS for an Ultra-Wideband Receiver," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 65, no. 4, pp. 1294-1302, 2017. 04.*
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