KR101960181B1 - 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기 - Google Patents

안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기 Download PDF

Info

Publication number
KR101960181B1
KR101960181B1 KR1020170110929A KR20170110929A KR101960181B1 KR 101960181 B1 KR101960181 B1 KR 101960181B1 KR 1020170110929 A KR1020170110929 A KR 1020170110929A KR 20170110929 A KR20170110929 A KR 20170110929A KR 101960181 B1 KR101960181 B1 KR 101960181B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transistor
unit
output
signal
inductor
Prior art date
Application number
KR1020170110929A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190024188A (ko
Inventor
윤태열
이지영
최수영
김영운
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020170110929A priority Critical patent/KR101960181B1/ko
Publication of KR20190024188A publication Critical patent/KR20190024188A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101960181B1 publication Critical patent/KR101960181B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/14—Balanced arrangements
    • H03D7/1425—Balanced arrangements with transistors
    • H03D7/1441—Balanced arrangements with transistors using field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/12—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of semiconductor devices having more than two electrodes
    • H03D7/125—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of semiconductor devices having more than two electrodes with field effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D2200/00—Indexing scheme relating to details of demodulation or transference of modulation from one carrier to another covered by H03D
    • H03D2200/0041—Functional aspects of demodulators
    • H03D2200/0066—Mixing
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D2200/00—Indexing scheme relating to details of demodulation or transference of modulation from one carrier to another covered by H03D
    • H03D2200/0041—Functional aspects of demodulators
    • H03D2200/0094—Measures to address temperature induced variations of demodulation
    • H03D2200/0096—Measures to address temperature induced variations of demodulation by stabilising the temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기가 개시된다. 주파수 혼합기는, 전원부, RF(Radio frequency) 신호를 입력받는 입력부, RF 신호 및 LO(Local Oscillator) 신호를 입력받아 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하며, 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함하는 스위칭부, 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부, 전원부와 입력부 사이에 연결되며, 커런트 블리딩(Current Bleeding)을 수행하는 커런트 블리딩부 및 출력된 IF 신호를 네거티브 피드백시키는 피드백부를 포함하되, 커런트 블리딩부는, 전원부와 입력부 사이에 연결되는 제3 트랜지스터 및 제3 트랜지스터에 연결된 인덕터를 포함하며, 피드백부는 커런트 블리딩부와 출력부를 전기적으로 연결시켜 공통 모드 피드백 구조를 형성하며, 인덕터에는 인덕터와 제3 트랜지스터의 기생 캐패시터의 공진을 보조하기 위한 공진 보조 소자가 연결된다.

Description

안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기{Frequency mixer for boosting gain stably}
본 발명은 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기에 관한 것이다.
주파수 혼합기는 신호가 가지고 있는 정보를 그대로 유지한 채, 주파수를 변환하는 기능을 수행하는 회로로써, 각종 통신 송수신 시스템에 널리 활용되고 있다.
즉, RF 수신기에 포함된 주파수 혼합기는 RF(Radio Frequency) 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 신호로 하향 변환하는 역할을 한다. 다시 말해, 주파수 혼합기는 국부 발진기(LO: Local Oscillator)에서 제공된 LO 신호와 RF 신호의 차에 해당하는 중간 주파수 신호를 출력한다. 이러한 주파수 혼합기의 중요 이슈는 잡음을 증가시키지 않으면서도 고이득을 구현하는 것이다.
도 1은 종래의 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기는 입력부(10), 스위칭부(20), 출력부(30) 및 커런트 블리딩부(Current bleeding section)(40)를 포함한다.
여기서, 커런트 블리딩부(40)는 하나의 트랜지스터(M4)와 트랜지스터(M4)에 게이트단에 연결되는 인덕터(L1)로 구성되며, 인덕터(L1)로 바이어스 전압이 인가된다. 이러한 인덕터(L1)는 이득을 부스팅하는 역할을 수행한다.
도 1에서, 출력 전류(IIF+, IIF-)는 입력부(10)의 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류(IT)와 커런트 블리딩부(40)에 흐르는 전류(IB)의 차이만큼 흐르게 된다. 그리고, 출력단(IF+, IF-)의 전압은 출력부(30)의 부하 저항(RL)의 저항값과 출력 전류(IIF+, IIF-)의 곱이 된다. 그래서, 출력단(IF+, IF-)의 전압 변화는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112017084586979-pat00001
여기서, ΔVIF+는 출력단(IF+)의 전압 변화율이고, ΔIIF+는 출력 전류(IIF+)의 변화율이고, RL은 부하 저항(RL)의 저항값이다. 입력부(10)의 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류(IT)가 고정이라면, 출력 전류(IIF+)의 변화율은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112017084586979-pat00002
여기서, ΔIB는 커런트 블리딩부(40)에 흐르는 전류(IB)의 변화율이다.
만약, 주파수 혼합기 회로의 칩 제작 공정이나 전압 및 온도의 변화로 인하여 커런트 블리딩부(40)에 흐르는 전류(IB)가 변화하면, 특히 출력부(30)의 부하 저항(RL)의 저항값이 클 경우, 출력단(IF+, IF-)의 전압은 매우 크게 변화한다.
이러한 출력단 전압의 변화는 신호의 왜곡을 초래하며, 심할 경우 회로의 동작 지점이 변화하여 정상적인 동작이 이루어질 수 없게 된다. 또한, 다음 단의 입력과 DC coupled로 연결되어 있는 경우에는, 다음 단에서의 동작을 불안정하게 만든다. 이러한 결과는 칩의 수율을 저하시키고, 온도의 변화가 매우 큰 환경에서는 회로 동작의 신뢰성을 저하시킨다.
대한민국등록특허 제10-1435342호(2014.08.21)
본 발명은 공정과 전압 및 온도의 변화에 대하여 안정적으로 저잡음 및 고이득을 구현하는 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는, 전원부, RF(Radio frequency) 신호를 입력받는 입력부, 상기 RF 신호 및 LO(Local Oscillator) 신호를 입력받아 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하며, 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함하는 스위칭부, 상기 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부, 상기 전원부와 상기 입력부 사이에 연결되며, 커런트 블리딩(Current Bleeding)을 수행하는 커런트 블리딩부 및 상기 출력된 IF 신호를 네거티브 피드백시키는 피드백부를 포함하되, 상기 커런트 블리딩부는, 상기 전원부와 상기 입력부 사이에 연결되는 제3 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터에 연결된 인덕터를 포함하며, 상기 피드백부는 상기 커런트 블리딩부와 상기 출력부를 전기적으로 연결시켜 공통 모드 피드백 구조를 형성하며, 상기 인덕터에는 상기 인덕터와 상기 제3 트랜지스터의 기생 캐패시터의 공진을 보조하기 위한 공진 보조 소자가 연결된다.
상기 제3 트랜지스터는, 드레인단이 상기 전원부에 연결되고, 소스단이 상기 입력부에 연결되고, 게이트단이 상기 인덕터에 연결되고, 상기 피드백부는 제1 피드백 저항 및 제2 피드백 저항을 포함하되, 상기 제1 피드백 저항 및 상기 제2 피드백 저항은 상기 인덕터와 상기 출력부의 출력단 사이에서 상호 병렬로 연결되고, 상기 공진 보조 소자는 교류접지용 커패시터이다.
상기 인덕터의 일단에는 상기 제3 트랜지스터의 게이트단이 연결되고, 상기 인덕터의 타단에 상기 제1 피드백 저항의 일단 및 상기 제2 피드백 저항의 일단이 연결되고, 상기 제1 피드백 저항의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 상기 출력부의 제1 부하 저항 사이의 제1 출력단에 연결되고, 상기 제2 피드백 저항의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 상기 출력부의 제2 부하 저항 사이의 제2 출력단에 연결된다.
상기 인덕터는 상기 제3 트랜지스터의 게이트단와 소스단 사이에 생성되는 상기 기생 캐패시터와 공진하여 이득을 부스팅시킨다.
상기 출력된 IF 신호는 상기 제1 피드백 저항 및 상기 제2 피드백 저항을 통해 상기 인덕터를 거쳐 상기 제3 트랜지스터의 게이트단으로 입력된다.
상기 교류접지용 커패시터는 일단이 상기 인덕터, 상기 제1 피드백 저항 및 상기 제2 피드백 저항이 만나는 노드에 연결되고, 타단이 접지부에 연결된다.
상기 교류접지용 커패시터가 상기 출력된 IF 신호를 교류 접지시켜 상기 출력된 IF 신호의 DC 성분만이 네거티브 피드백된다.
상기 출력부는 제1 부하 저항 및 제2 부하 저항을 포함하되, 상기 제1 부하 저항의 일단은 상기 입력부와 연결되고, 상기 제1 부하 저항의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제1 피드백 저항의 타단과 연결되고, 상기 제2 부하 저항의 일단은 상기 입력부와 연결되고, 상기 제2 부하 저항의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제2 피드백 저항의 타단과 연결된다.
상기 입력부는 제4 트랜지스터를 포함하며, 상기 제4 트랜지스터의 게이트단으로 상기 RF 신호가 입력되고, 상기 제4 트랜지스터의 드레인단은 상기 제3 트랜지스터의 소스단과 연결된다.
상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 피-모스 트랜지스터(P-MOS Transistor)이고, 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터는 엔-모스 트랜지스터(N-MOS Transistor)이다.
본 발명의 실시예에 따른 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기는, 공정과 전압 및 온도의 변화에 대하여 안정적으로 저잡음 및 고이득을 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로도를 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
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.
본 발명의 주파수 혼합기는 입력된 신호의 정보를 그대로 유지하면서 주파수만을 변환하는 회로로서, 예를 들어, X 밴드 통신 시스템의 RF front-end단에 사용되어 안테나를 통하여 입력된 RF 신호의 주파수를 하향 변환하는 소자로서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 주파수 혼합기는 후술하는 바와 같이 저잡음, 고이득 및 저전력 특성을 가지므로 이러한 특성들을 필요로 하는 다양한 무선 통신 시스템, 예를 들어, 우주 통신 시스템, Bluetooth, WLAN, 이동통신단말기 등에 사용될 수 있다.
특히, 본 발명의 주파수 혼합기는 공통 모드 피드백 구조와 교류접지용 커패시터가 적용되어, 공정과 전압 및 온도의 변화에 대하여 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 주파수 혼합기는 입력부(10), 스위칭부(20), 출력부(30), 커런트 블리딩부(Current bleeding section)(50) 및 피드백부(60)를 포함한다.
입력부(10)는 예를 들어, 안테나를 통하여 특정 주파수를 가지는 RF(Radio frequency) 신호를 입력받는 부분으로서, 제1 트랜지스터(M1), 예를 들어, 엔-모스 트랜지스터(N-MOS Transistor)를 포함한다. 여기서, RF 신호는 제1 트랜지스터(M1)의 게이트단으로 입력되며, 제1 트랜지스터(M1)에 의해 주파수 혼합기의 이득이 부스팅될 수 있다.
스위칭부(20)는 발진 신호인 LO(Local　Oscillator) 신호를 입력받아 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 부분으로서, 전원부(Vdd)에 상호 병렬로 연결된 제2 트랜지스터(M2) 및 제3 트랜지스터(M3)를 포함한다. 여기서, LO+ 신호는 제2 트랜지스터(M2)의 게이트단으로 입력되고, LO- 신호는 제3 트랜지스터(M3)의 게이트단으로 입력된다.
한편, 전원부(Vdd)와 제4 노드(n4) 사이에 연결되는 인덕터(L2)는 전원부(Vdd)로 신호가 누설되는 것을 방지하여 잡음을 감소시키며, 원하는 사용 주파수를 구현하는 역할을 수행한다. 물론, 전원부(Vdd)와 제4 노드(n4) 사이에 인덕터(L2)가 아닌 저항이 사용될 수도 있지만, 저항을 사용하는 경우, 신호의 누설이 발생되어 잡음이 증가할 수 있다. 따라서, 전원부(Vdd)와 제4 노드(n4) 사이에는 인덕터(L2)를 사용하는 것이 효율적이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 트랜지스터(M2) 및 제3 트랜지스터(M3) 중 적어도 하나는 피-모스 트랜지스터(P-MOS Transistor)이며, 바람직하게는 모두 피-모스 트랜지스터이다. 이와 같이, 스위칭부(20)의 트랜지스터들(M2 및 M3)을 피-모스 트랜지스터로 구현하면, 주파수 혼합기의 잡음이 감소될 수 있다.
구체적으로는, LO+ 신호와 LO- 신호가 완벽하게 스위칭되면서 트랜지스터들(M2 및 M3)의 게이트단들로 입력되므로, 1/f 잡음이 낮아진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, LO+ 신호 및 LO- 신호가 트랜지스터들(M2 및 M3)의 벌크로 입력될 수도 있다.
입력부(10) 및 스위칭부(20)를 전체적으로 고려하면, 입력부(10)를 높은 트랜스컨덕턴스(transconductance) 특성을 가지는 엔-모스 트랜지스터(M1)로 사용하여 이득을 향상시키면서 스위칭부(20)를 피-모스 트랜지스터들(M2 및 M3)로 구현하여 잡음을 감소시킨다. 결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 이득을 향상시키면서도 저잡음을 실현시킬 수 있다.
출력부(30)는 스위칭부(20)의 제2 트랜지스터(M2) 및 제3 트랜지스터 (M3)와 각각 연결된 제1 부하 저항(RL1) 및 제2 부하 저항(RL2)을 포함한다. 즉, 제1 부하 저항(RL1) 및 제2 부하 저항(RL2)의 일단은 입력부(10)의 제1 트랜지스터(M1)의 드레인단과 연결되고, 제1 부하 저항(RL1)의 타단은 제2 트랜지스터(M2)의 드레인단과 연결되고, 제2 부하 저항(RL2)의 타단은 제3 트랜지스터(M3)의 드레인단과 연결된다.
출력부(30)는 스위칭부(20)에 의해 생성된 IF+ 신호 및 IF- 신호를 출력시킨다. 여기서, IF+ 신호 및 IF- 신호는 RF 신호에 해당하는 제1 주파수와 LO 신호에 해당하는 제2 주파수 사이의 제3 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 주파수 혼합기는 제1 주파수의 RF 신호를 변환하여 제1 주파수보다 낮은 제3 주파수의 IF 신호를 출력시킨다. 여기서, IF 신호는 제1 주파수가 하향 변환된 제3 주파수를 가지나, RF 신호와 동일한 정보를 포함한다.
커런트 블리딩부(50)는 제1 트랜지스터(M1)의 드레인단과 만나는 제1 노드(n1)와 제2 및 제3 트랜지스터들(M2 및 M3)의 소스단들이 만나는 제 4노드(n4) 사이에 연결된다. 결과적으로, 전원부(Vdd)로부터 출력된 전류가 제4 노드(n4)에서 제2 트랜지스터(M2), 커런트 블리딩부(50) 및 제3 트랜지스터(M3)로 분기된다. 한편, 커런트 블리딩부(50)는 전류를 분기시킬 수 있는 한 다양한 구조로 구현될 수 있다.
커런트 블리딩부(50)가 존재할 경우와 존재하지 않을 경우를 비교하면, 커런트 블리딩부(50)가 존재하는 경우, 트랜지스터들(M2 및 M3)로 흐르는 전류의 양이 커런트 블리딩부(50)가 존재하지 않을 경우보다 작아진다. 따라서, 커런트 블리딩부(50)가 존재하는 경우, 부하 저항(RL)을 커런트 블리딩부(106)가 존재하지 않을 경우의 부하 저항(RL)보다 크게 설정할 수 있다. 여기서, 주파수 혼합기의 이득은 부하 저항(RL)의 값에 비례하므로, 커런트 블리딩부(50)가 존재하는 경우의 주파수 혼합기의 이득이 커런트 블리딩부(50)가 존재하지 않는 경우의 주파수 혼합기의 이득보다 높을 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 커런트 블리딩부(50)를 사용하여 전체 변환 이득을 향상시킨다.
피드백부(60)는 커런트 블리딩부(50)와 출력부(30)를 전기적으로 연결시켜 공통 모드 피드백 구조를 형성한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 커런트 블리딩부(50) 및 피드백부(60)의 구체적인 회로 구조에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 커런트 블리딩부(50)는 제1 트랜지스터(M1)의 드레인단과 만나는 제1 노드(n1)와 트랜지스터들(M2 및 M3)의 소스단들이 만나는 제4 노드(n4) 사이 즉, 전원부(Vdd)와 입력부(10) 사이에 연결되며, 커런트 블리딩(Current Bleeding)을 수행한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 피드백부(60)는 커런트 블리딩부(50)와 출력부(30)를 연결시켜 출력부(30)에 의하여 출력되는 IF 신호를 네거티브 피드백시킨다.
도 2를 참조하면, 커런트 블리딩부(50)는 제4 트랜지스터(M4), 제1 인덕터(L1) 및 교류접지용 커패시터(CAC)를 포함한다. 여기서, 제4 트랜지스터(M4)는 엔-모스 트랜지스터일 수 있다. 그리고, 피드백부(60)는 제1 피드백 저항(RF1) 및 제2 피드백 저항(RF2)를 포함한다.
제4 트랜지스터(M4)의 드레인단은 스위칭부(20)의 트랜지스터들(M2 및 M3)이 만나는 제4 노드(n4)에 연결되며, 소스단은 입력부(10)의 제1 트랜지스터(M1)의 드레인단과 연결된다. 결과적으로, 전원부(Vdd)로부터 출력된 전력이 제4 트랜지스터(M4)를 통하여 제1 트랜지스터(M1)로 흐른다. 즉, 입력부(10)의 제1 트랜지스터(M1)와 커런트 블리딩부(50)의 제4 트랜지스터(M4)는 모두 엔-모스 트랜지스터들로서 캐스코드 구조를 형성할 수 있다.
그리고, 제4 트랜지스터(M4)의 게이트단은 제1 인덕터(L1)의 일단에 연결된다. 제1 인덕터(L1)는 이득을 부스팅하는 역할을 수행한다. 구체적으로는, 제1 인덕터(L1)는 제4 트랜지스터(M4)의 게이트단와 소스단 사이에 생성되는 기생 캐패시터(CP)와 공진하여 이득을 부스팅시킨다. 또한, 제1 인덕터(L1)는 입력 임피던스를 정합시키는 역할도 수행한다. 결과적으로, 입력부(10)에 임피던스 정합을 위한 인덕터를 추가적으로 사용하지 않아도 되므로, 고이득을 구현하면서도 주파수 혼합기의 전체 사이즈를 증가시키지 않을 수 있다.
제1 인덕터(L1)의 타단에는 피드백부(60)의 제1 피드백 저항(RF1) 및 제2 피드백 저항(RF2)의 일단이 연결된다. 즉, 제1 피드백 저항(RF1) 및 제2 피드백 저항(RF2)은 상호 병렬로 제1 인덕터(L1)에 연결된다.
제1 피드백 저항(RF1) 및 제2 피드백 저항(RF2)의 타단은 각각 스위칭부(20)의 제2 트랜지스터(M2)의 드레인단과 출력부(30)의 제1 부하 저항(RL1)이 만나는 제2 노드(n2) 및 스위칭부(20)의 제3 트랜지스터(M3)의 드레인단과 출력부(30)의 제2 부하 저항(RL2)이 만나는 제3 노드(n3)에 연결된다. 즉, 제1 피드백 저항(RF1)의 타단은 제2 트랜지스터(M2)의 드레인단과 제1 부하 저항(RL1)의 타단과 연결되고, 제2 피드백 저항(RF2)의 타단은 제3 트랜지스터(M3)의 드레인단과 제2 부하 저항(RL2)의 타단과 연결된다.
이와 같은 피드백 저항(RF1, RF2)을 통해 출력부(30)에 출력된 IF 신호가 제1 인덕터(L1)를 거쳐 제4 트랜지스터(M4)의 게이트단으로 입력될 수 있다.
제1 인덕터(L1), 제1 피드백 저항(RF1) 및 제2 피드백 저항(RF2)이 만나는 제5 노드(n5)에는, 교류접지용 커패시터(CAC)가 연결된다. 즉, 교류접지용 커패시터(CAC)의 일단은 제1 인덕터(L1)의 타단, 제1 피드백 저항(RF1)의 일단 및 제2 피드백 저항(RF2)의 일단에 연결되고, 타단은 접지부에 연결된다.
교류접지용 커패시터(CAC)는 공진 보조 소자로서, 제1 인덕터(L1)와 제4 트랜지스터(M4)의 기생 캐패시터(CP)의 공진을 보조하기 위하여 제1 인덕터(L1)에 연결된다.
이와 같이 피드백부(60)는 제5 노드(n5)와 출력단(IF+, IF-)이 피드백 저항(RF1, RF2)으로 연결된 공통 모드 피드백 구조를 형성시킨다. 교류접지용 커패시터(CAC)에 의하여 제5 노드(n5)에서 출력단(IF+, IF-)의 차동 출력 신호가 교류 접지가 되어 DC 전압만 제5 노드(n5)에 인가되므로, 피드백부(60)에 의하여 형성된 공통 모드 피드백 구조는 피드백 저항(RF1, RF2)이 매우 크면 차동 출력 신호에 영향을 주지 않는다.
그리고, 차동 출력 신호가 커런트 블리딩부(50)의 제5 노드(n5)에서 교류 접지가 되고, DC 성분만 네거티브 피드백이 됨으로써, 커런트 블리딩부(50)에서의 전류 변화에 따른 출력 전압의 변화율이 감소된다.
공통 모드 피드백 구조에 의하여, 커런트 블리딩부(50)의 전류가 감소하면 출력단(IF+, IF-)의 전류가 증가하게 되고, 이에 따라 커런트 블리딩부(50)의 제4 트랜지스터(M4)의 게이트 전압이 증가하게 되어 감소된 커런트 블리딩부(50)의 전류가 보상된다. 이와 반대의 경우에도, 공통 모드 피드백 구조에 의하여 커런트 블리딩부(50)의 전류가 안정된다. 이때, 출력단(IF+, IF-)의 전압 변화는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112017084586979-pat00003
여기서, gm4는 제4 트랜지스터(M4)의 트랜스컨덕턴스이다.
수학식 3의 출력단(IF+, IF-)의 전압 변화는 수학식 1과 비교하면, 출력 전류(IIF+)의 변화에 대하여 1+ gm4RL만큼 감소하게 된다. 하지만, 피드백 저항(RF1, RF2)과 제1 인덕터(L1)가 직렬로 연결되어 출력단(IF+, IF-)에서 임피던스가 나타나기 때문에, 커런트 블리딩부(50)의 제1 인덕터(L1)와 기생 캐패시터(CP)는 이득을 증가시키기 위한 공진을 할 수 없다. 그래서, 본 발명의 실시예에 따른 커런트 블리딩부(50)는 제5 노드(n5)에 연결되는 교류접지용 커패시터(CAC)가 추가되어 제1 인덕터(L1), 제1 피드백 저항(RF1) 및 제2 피드백 저항(RF2)이 만나는 제5 노드(n5)에서 교류 접지가 이루어짐으로써, 제1 인덕터(L1)와 기생 캐패시터(CP)의 공진이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 높은 이득뿐만 아니라 커런트 블리딩부(50)의 전류가 공정과 전압 및 온도의 변화로 인하여 불안정하더라도 정상적인 동작을 수행할 수 있다.
하기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 교류접지용 커패시터(CAC)의 유무에 따른 주파수 혼합기의 성능에 대한 실험 결과를 나타낸다.
교류 접지 커패시터 유 무
변환이득 27 dB 8 dB
잡음 3.5 dB 6.05 dB
선형특성 -15 dBm 3.5 dBm
전력 소모 3.5 mW 3.5 mW
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 각각 공통 모드 피드백 구조와 교류접지용 커패시터(CAC)의 유무에 따라 공정, 온도, 전압 변화에 대한 변환 이득 및 선형 특성을 나타낸다. 즉, 도 3의 (가)와 도 4의 (가)는 도 1에 도시된 바와 같이, 공통 모드 피드백 구조와 교류접지용 커패시터(CAC)가 없는 종래의 주파수 혼합기의 대한 시뮬레이션 결과이고, 도 3의 (나)와 도 4의 (나)는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기에 대한 시뮬레이션은, 공급전압 1.2V에서 세 가지(typical-typical(TT), slow-slow(SS), fast-fast(FF))의 공정 변화 상황, TT 상태에서 세 가지(1.1V, 1.2V, 1.3V)의 공급전압 변화 상황 및 -40℃, 27℃, 90℃의 온도 변화 상황에서 수행되었다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 혼합기는 높은 이득을 나타내는 기존의 특성이 거의 변화없이 공정, 온도, 전압 변화에 대하여 안정적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.
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.
10: 입력부
20: 스위칭부
30: 출력부
50: 커런트 블리딩부(Current bleeding section)
60: 피드백부

Claims (10)

  1. 전원부;
    RF(Radio frequency) 신호를 입력받는 입력부;
    상기 RF 신호 및 LO(Local Oscillator) 신호를 입력받아 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하며, 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 포함하는 스위칭부;
    상기 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부:
    상기 전원부와 상기 입력부 사이에 연결되며, 커런트 블리딩(Current Bleeding)을 수행하는 커런트 블리딩부; 및
    상기 출력된 IF 신호를 네거티브 피드백시키는 피드백부를 포함하되,
    상기 커런트 블리딩부는,
    상기 전원부와 상기 입력부 사이에 연결되는 제3 트랜지스터; 및
    상기 제3 트랜지스터의 게이트단에 연결된 인덕터를 포함하며,
    상기 피드백부는 상기 커런트 블리딩부와 상기 출력부를 전기적으로 연결시키는 제1 피드백 저항 및 제2 피드백 저항을 포함하여 공통 모드 피드백 구조를 형성하며,
    상기 인덕터에는 상기 인덕터와 상기 제3 트랜지스터의 기생 캐패시터의 공진을 보조하기 위한 공진 보조 소자가 연결되고, 상기 공진 보조 소자는 상기 인덕터와 상기 피드백 저항들이 만나는 노드와 접지 사이에 연결되며 상기 인덕터를 통하여 상기 제3 트랜지스터의 게이트단에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터는, 드레인단이 상기 전원부에 연결되고, 소스단이 상기 입력부에 연결되되,
    상기 제1 피드백 저항 및 상기 제2 피드백 저항은 상기 인덕터와 상기 출력부의 출력단 사이에서 상호 병렬로 연결되고,
    상기 공진 보조 소자는 교류접지용 커패시터인 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 피드백 저항의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 상기 출력부의 제1 부하 저항 사이의 제1 출력단에 연결되고, 상기 제2 피드백 저항의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 상기 출력부의 제2 부하 저항 사이의 제2 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인덕터는 상기 제3 트랜지스터의 게이트단와 소스단 사이에 생성되는 상기 기생 캐패시터와 공진하여 이득을 부스팅시키는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 출력된 IF 신호는 상기 제1 피드백 저항 및 상기 제2 피드백 저항을 통해 상기 인덕터를 거쳐 상기 제3 트랜지스터의 게이트단으로 입력되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서,
    상기 교류접지용 커패시터가 상기 출력된 IF 신호를 교류 접지시켜 상기 출력된 IF 신호의 DC 성분만이 네거티브 피드백되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는 제1 부하 저항 및 제2 부하 저항을 포함하되,
    상기 제1 부하 저항의 일단은 상기 입력부와 연결되고, 상기 제1 부하 저항의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제1 피드백 저항의 타단과 연결되고,
    상기 제2 부하 저항의 일단은 상기 입력부와 연결되고, 상기 제2 부하 저항의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제2 피드백 저항의 타단과 연결되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는 제4 트랜지스터를 포함하며,
    상기 제4 트랜지스터의 게이트단으로 상기 RF 신호가 입력되고, 상기 제4 트랜지스터의 드레인단은 상기 제3 트랜지스터의 소스단과 연결되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 피-모스 트랜지스터(P-MOS Transistor)이고,
    상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터는 엔-모스 트랜지스터(N-MOS Transistor)인 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.


KR1020170110929A 2017-08-31 2017-08-31 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기 KR101960181B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170110929A KR101960181B1 (ko) 2017-08-31 2017-08-31 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170110929A KR101960181B1 (ko) 2017-08-31 2017-08-31 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190024188A KR20190024188A (ko) 2019-03-08
KR101960181B1 true KR101960181B1 (ko) 2019-03-19

Family

ID=65801657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170110929A KR101960181B1 (ko) 2017-08-31 2017-08-31 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101960181B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101732821B1 (ko) * 2015-12-09 2017-05-04 한양대학교 산학협력단 네거티브 피드백을 이용하여 1/ｆ 잡음을 감소시킬 수 있는 주파수 혼합기

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5187448A (en) * 1992-02-03 1993-02-16 Motorola, Inc. Differential amplifier with common-mode stability enhancement
KR101435342B1 (ko) * 2013-10-16 2014-08-29 한양대학교 산학협력단 이득을 부스팅하는 증폭기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101732821B1 (ko) * 2015-12-09 2017-05-04 한양대학교 산학협력단 네거티브 피드백을 이용하여 1/ｆ 잡음을 감소시킬 수 있는 주파수 혼합기

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190024188A (ko) 2019-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8648656B2 (en) Low-noise amplifier with through-mode
US7956682B2 (en) Amplifier
US7109801B2 (en) Low gate oxide stress power amplifier
US5963094A (en) Monolithic class AB shunt-shunt feedback CMOS low noise amplifier having self bias
US20060022748A1 (en) Variable gain amplifier circuit and radio machine
EP1418668A1 (en) High isolation/high speed buffer amplifier
WO2018179088A1 (ja) 電流再利用型電界効果トランジスタ増幅器
KR101828134B1 (ko) 최적화된 고조파 억압 특성을 갖는 주파수 2체배기
US8212603B2 (en) Mixer circuit
US8441318B2 (en) Push-pull low noise amplifier with variable gain, push-pull low noise amplifier with common gate bias circuit and amplifier with auxiliary matching
US7944310B2 (en) Active balun circuit
US8031002B2 (en) Buffer amplifier
US7227406B2 (en) Differential amplifier for balanced/unbalanced converter
KR101960181B1 (ko) 안정적으로 이득을 부스팅하는 주파수 혼합기
US11652446B2 (en) Single stage frequency multiplier using different types of signal mixing modes
US6871058B2 (en) Frequency conversion circuit
US8503960B2 (en) Amplifier and associated receiver
CN113285673B (zh) 射频放大电路、射频前端接收电路及无线通信设备
US9853607B1 (en) Low-noise amplifier, receiver and method in a low-noise amplifier
KR101298800B1 (ko) 주파수 혼합기
Debono et al. On the design of low-voltage, low-power CMOS analog multipliers for RF applications
KR101435342B1 (ko) 이득을 부스팅하는 증폭기
KR101732821B1 (ko) 네거티브 피드백을 이용하여 1/ｆ 잡음을 감소시킬 수 있는 주파수 혼합기
CN110661494A (zh) 高频放大电路及半导体设备
US11309851B2 (en) Power supply circuitry and radio communication apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant