KR20080060275A - 다운컨버팅 믹서 - Google Patents

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Abstract

다운컨버터가 제공된다. 다운컨버터는 I 믹서 및 Q 믹서를 포함한다. 각각의 믹서는 트랜스컨덕턴스 스테이지 및 믹서 코어 스테이지를 포함한다. 믹서들의 트랜스컨덕턴스의 출력들은 서로 단락되고, 저항기들은 믹서 코어 스테이지들의 입력에 대해 직렬로 배치된다.
다운 컨버터, 트랜스컨덕턴스, 믹서 코어, 저항기

Description

다운컨버팅 믹서{DOWNCONVERTING MIXER}
송신과 수신 디바이스들 사이의 정보를 교환하기 위해서, 정보는 전형적으로 기저대역 주파수들(즉, DC 주파수들에 비해 매우 낮은 주파수들)로부터 반송파 주파수(carrier frequency)로 업컨버트된다(upconverted). 업컨버트된 정보는 그 후 통신 매체를 통해 전송된다. 수신 디바이스는 전형적으로 기저대역 주파수들에서 수신된 정보를 처리한다. 따라서, 수신 디바이스들은 수신된 정보를 수신된 주파수들로부터 기저대역 주파수들로 다운컨버팅하기 위해 전형적으로 믹서들을 사용한다.
도 1은 길버트 믹서(Gilbert mixer)로서 통상 불리는, 종래의 I Q 수신기 믹서를 나타낸다. 도 1의 믹서는, 수신된 신호를 2개의 신호들로 분할하여 각각의 신호들을 I 및 Q 채널들에 대한 직교 믹서들에 적용함으로써, 0까지 또는 아주 낮은 중간 주파수까지 다운하는 직교 복조(quadrature demodulation)를 수행한다.
통상의 길버트 믹서는 트랜스컨덕턴스(transconductance) 스테이지 및 믹서 코어 스테이지를 포함한다. 트랜스컨덕턴스 스테이지는 한 쌍의 트랜지스터들(M1 및 M2; 또는 M11 및 M12)을 포함하고, 트랜지스터들의 소스들은 전류 소스, Icp에 연결되고, 트랜지스터들의 게이트들은 수신된 신호에 연결된다. 트랜지스터들(M1 및 M2; 또는 M11 및 M12) 각각의 드레인들은 믹서 코어 스테이지에 연결된다. 구 체적으로, 각각의 트랜지스터들의 드레인들은 믹서 코어 스테이지에서 한 쌍의 트랜지스터들(I 믹서의 M3 및 M4 또는 M5 및 M6; 및 Q 믹서의 M7 및 M8 또는 M9 및 M10)의 소스들에 연결된다.
믹서 코어 스테이지에서의 각각의 트랜지스터들의 게이트들(I 믹서의 M3-M6 및 Q 믹서의 M7-M10)은 사인 파형과 같은 주파수 신호를 제공하는 국부 발진기들에 연결된다. 믹서 코어 스테이지에서의 한 쌍의 트랜지스터들의 각각의 트랜지스터는 다른 한 쌍의 트랜지스터들로부터 180도 만큼 오프셋되는 주파수 신호를 수신한다. 도 1에 도시된 바와 같이, I 믹서의 M3 및 M6의 소스들은 M4 및 M5의 소스들에 의해 수신된 국부 발진기 신호로부터 180도 오프셋을 갖는 국부 발진기 신호를 수신한다. 유사하게, Q 믹서의 M7 및 M10의 소스들은 M8 및 M9의 소스들에 의해 수신된 국부 발진기 신호로부터 180도 오프셋을 갖는 국부 발진기 신호를 갖는다. I 및 Q 신호들을 형성하기 위해, Q 믹서의 트랜지스터들의 게이트들에 제공된 국부 발진기 주파수들은, I 믹서의 트랜지스터들의 게이트들에 제공된 국부 발진기 주파수 신호들로부터 90도 오프셋된다.
차동 I 출력 신호는 M6의 드레인에 M4의 드레인, 그리고 M3의 드레인에 M5의 드레인을 연결함으로써 형성된다. 유사하게, 차동 Q 출력 신호는 M10의 드레인에 M8의 드레인, 그리고 M7의 드레인을 M9의 드레인에 연결함으로써 형성된다.
< 요 약 >
본 발명의 예시적인 실시예들은 IQ 수신기 믹서에 관한 것이다. I 및 Q 믹서의 트랜스컨덕턴스 스테이지의 출력들은 서로 연결되고, 저항기들이 I 및 Q 믹서 들의 트랜스턴덕턴스와 믹서 코어 스테이지들 사이에 직렬로 위치된다. 따라서, 본 발명의 IQ 수신기 믹서는 믹서로부터 출력된 I 및 Q 신호들에 대한 트랜스컨덕턴스 스테이지들로부터의 잡음 영향을 감소시킨다.
본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 새로운 특징들은 첨부하는 도면들과 관련하여 고려될 때 본 발명의 다음의 상세 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 예시적인 길버트 믹서를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 예지적인 길버트 믹서를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 양태에 따른 예시적인 길버트 믹서를 나타낸다.
도 1에 나타낸 종래의 길버트 믹서에 대한 하나의 문제점은 트랜스컨덕턴스 스테이지의 출력이 원하는 신호 전류뿐만 아니라 트랜스컨덕턴스 스테이지에 의해 생성되는 잡음을 포함하는 것이다. 이러한 잡음은 믹서 코어 스테이지로부터 출력된 신호들을 왜곡할 수 있다. 따라서, 본 발명의 예시적인 실시예들은 트랜스컨덕턴스 스테이지에 의해 믹서의 믹서 코어 스테이지에 제공되는 잡음을 감소시키는 믹서를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 예시적인 길버트 믹서를 나타낸다. 이러한 믹서는 무선 주파수 신호들을 기저대역 주파수들로 다운컨버팅하는데 이용될 수 있다. 트랜스컨덕턴스 스테이지에 의해 생성된 잡음을 감소시키기 위해서, I 및 Q 믹서들의 트랜스컨덕턴스 스테이지의 출력들은 서로 단락(short)된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, RF+ 신호를 수신하는 트랜지스터들 M1 및 M11은, 그들의 드레인들이 서로 단락되고, RF- 신호를 수신하는 트랜지스터들 M2 및 M12는, 그들의 드레인들이 서로 단락된다. 트랜스컨덕턴스 스테이지의 트랜지스터들의 드레인들을 서로 단락시켜 인수 2만큼 원하는 신호(RF+ 및 RF-)를 증가시키는 반면, M1/M2 및 M11/M12에서 생성된 잡음은 랜덤하고 동일한 위상(in-phase)을 더하지 않기 때문에, 잡음은 인수 2의 제곱근만큼 증가된다. 도 2에 나타낸 믹서는, 도 1의 믹서의 신호-대-잡음 비율(signal-to-noise ratio, SNR) 대비 트랜스컨덕턴스 스테이지의 출력에서 3 dBs의 SNR 개선을 제공한다.
I 및 Q 믹서들의 트랜스컨덕턴스 스테이지들의 출력들을 단락시켜 잡음을 감소시킬 수 있지만, 다른 문제들을 일으킬 수 있다. 도 1에 도시된 종래의 길버트 믹서에서, 믹서 코어 스테이지의 트랜지스터들은, 양 트랜지스터들(예를 들어, M3 및 M4)이 온(on)일 때만, 1차의 IP2 및 잡음을 제공하고, 이러한 것은 국부 발진기 전이(transition)들 동안 발생한다. 다른 시간들 동안, 하나의 디바이스가 오프되고 다른 디바이스(예들 들어, M3 또는 M4)는 캐스코드(cascode) 스테이지로서 작용하고, 따라서, 믹서는 2개의 디바이스들의 Vbe 또는 Vth에서의 잡음 또는 미스매치(mismatch)에 둔감하다.
I 및 Q 믹서들이 서로 단락될 때, 2개의 디바이스들의, 예를 들어, M3 및 M7, 또는 M3 및 M8의 각각의 믹서 중 하나가 동시에 온 된다. 결합된 트랜스컨덕턴스 스테이지의 전류 출력은 이상적으로는 2개의 동일한 부분들로 분할되지만, 트 랜지스터들 사이의 미스매치들로 인해 이것은 실제적으로는 발생하지 않는다. 구체적으로, I 및 Q 믹서들의 믹서 코어 스테이지들 사이의 (랜덤 잡음 및 트랜지스터 미스매치를 포함하는) Vt 미스매치로 인해, 임의의 입력 임피던스 미스매치는 잡음 및 2차의 비-선형성(IP2)을 생성한다. 트랜지스터들 M3 및 M5의 드레인들이 접속되어 있고, 트랜지스터들 M4 및 M6의 드레인들이 접속되어 있기 때문에, 이러한 전류 차동은, 믹서 출력의 DC 오프셋을 일으킬 수 있고, 그것은 기저대역 주파수들에서 진행되기 때문에, 출력 신호에 악영향을 준다. 잡음 인자의 증가는 작을 수 있지만, 전형적인 믹서 미스매치들은 대략 20dB의 IP2 성능저하(degradation)를 일으킬 수 있다.
도 3a 및 3b는 도 2의 믹서의 입력 임피던스 미스매치의 문제들을 처리하는 예시적인 믹서들을 도시한다. 도 3a는 트랜스컨덕턴스 스테이지의 트랜지스터들의 공통 소스 배열을 갖는 예시적인 믹서를 도시하고, 도 3b는 트랜스컨덕턴스 스테이지의 트랜지스터들이 공통 게이트 배열을 갖는 예시적인 믹서를 도시한다. 도 3a 및 3b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 저항기들은 트랜스컨덕턴스 스테이지의 트랜지스터들의 드레인들과 믹서 코어 스테이지의 트랜지스터들의 소스들 사이에 직렬로 배치된다. 저항기들의 영역은 저항기 값의 미스매치가 최소화 되도록 선택되고, 저항기 값은 입력 저항이 1/gm의 믹서 코어 스테이지 트랜지스터들 보다 오히려 저항기들에 의해 지배되도록 선택된다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라, 저항기의 값은 1/gm의 믹서 코어 스테이지 트랜지스터들의 값의 10배가 되도록 선택된다. 예시적인 저항기 값들은 200에서 300ohms의 범위일 수 있다. 저항기들 로부터의 열적(thermal) 잡음은 믹서들의 잡음에 최소로 기여한다. 대신, 저항기들은 믹서 코어 스테이지의 입력에서 직렬 저항을 지배하여, 믹서 코어 gm, 오프셋들 또는 잡음에 관계없이 입력 전류들에서 많은 이벤트 분할(split)을 일으킨다. 따라서, 잡음 및 IP2가 향상된다.
도 3b의 믹서에서, 잡음 수치는 3db에서 2.2db까지 향상하는 반면, IP2는 60에서 35dBm로 감소된다. 200ohm의 직렬 저항들 이용하여 IP2는 55dBm까지 향상될 수 있다.
앞선 기재는 본 발명을 도시하기 위해 설명된 것일 뿐, 제한할 의도는 아니다. 본 기술분야의 당업자들에게 있어 본 발명의 사상 및 실체를 내포하는 기재된 실시예들의 수정들이 일어날 수 있으므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위들 및 그 균등물들의 범위 내의 모든 것을 포함하도록 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 제1 트랜스컨덕턴스 스테이지; 제1 믹서 코어 스테이지; 및 상기 제1 트랜스컨덕턴스 스테이지와 상기 제1 믹서 코어 스테이지 사이에 연결된 제1 저항기를 포함하는 I 믹서; 및
    제2 트랜스컨덕턴스 스테이지; 제2 믹서 코어 스테이지; 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 스테이지와 상기 제2 믹서 코어 스테이지 사이에 연결된 제2 저항기를 포함하는 Q 믹서
    를 포함하고,
    상기 제1 트랜스컨덕턴스 스테이지의 출력은 상기 제2 트랜스컨덕턴스 스테이지의 출력에 연결된 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랜스컨덕턴스 스테이지들은 바이폴러 트랜지스터들을 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랜스컨덕턴스 스테이지들은 CMOS 트랜지스터들을 포함하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랜스컨덕턴스 스테이지들은 서로 연결된 그들의 게이트들을 갖는 한 쌍의 트랜지스터들을 각각 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랜스컨덕턴스 스테이지들은 서로 연결된 그들의 소스들을 갖는 한 쌍의 트랜지스터들을 각각 포함하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저항기들의 저항은 상기 믹서 코어 스테이지의 입력 저항의 적어도 10배의 값을 갖는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랜스컨덕턴스 스테이지들은 무선 주파수 신호를 수신하고, 상기 제1 및 제2 믹서 코어 스테이지들은 기저대역 신호를 출력하는 장치.
  8. 트랜스컨덕턴스 스테이지;
    믹서 코어 스테이지; 및
    상기 트랜스컨덕턴스 스테이지와 상기 믹서 코어 스테이지 사이에 연결된 저항기
    를 포함하고,
    상기 저항기는 다른 믹서의 저항기에 연결된 믹서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스컨덕턴스 스테이지는 서로 연결된 그들의 소스들을 갖는 한 쌍의 트랜지스터들을 포함하는 믹서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스컨덕턴스 스테이지는 서로 연결된 그들의 게이트들을 갖는 한 쌍의 트랜지스터들을 포함하는 믹서.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스컨덕턴스 스테이지 및 상기 믹서 코어 스테이지는 바이폴러 트랜지스터들을 포함하는 믹서.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스컨덕턴스 스테이지 및 상기 믹서 코어 스테이지는 CMOS 트랜지스터들을 포함하는 믹서.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 저항기는 상기 믹서 코어 스테이지의 입력 저항의 적어도 10배의 저항 값을 갖는 믹서.
  14. 제1 믹서 코어 스테이지;
    상기 제1 믹서 코어 스테이지의 입력에 연결된 제1 저항기;
    제2 믹서 코어 스테이지; 및
    상기 제2 믹서 코어 스테이지의 입력에 연결된 제2 저항기
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 저항기들이 서로 연결되는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 믹서 코어 스테이지는 제1 및 제2의 트랜지스터들의 쌍을 포함하고,
    상기 제2 믹서 코어 스테이지는 제3 및 제4의 트랜지스터들의 쌍을 포함하며,
    상기 제1 저항기는 상기 제1의 트랜지스터들의 쌍의 입력에 연결된 저항기 및 상기 제2의 트랜지스터들의 쌍의 입력에 연결된 저항기를 포함하고,
    상기 제2 저항기는 상기 제3의 트랜지스터들의 쌍의 입력에 연결된 저항기 및 상기 제4의 트랜지스터들의 쌍의 입력에 연결된 저항기를 포함하는 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 저항기들의 저항은 상기 제1 및 제2 믹서 코어 스테이지들의 입력 저항의 적어도 10배의 값을 갖는 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 트랜지스터들은 바이폴러 트랜지스터들인 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 트랜지스터들은 CMOS 트랜지스터들인 장치.
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