[論文レビュー] Designing of RF Single Balanced Mixer with a 65nm CMOS Technology Dedicated to Low Power Consumption Wireless Applications

Raja Mahmou, Khalid Faitah|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2012

Radio Frequency Integrated Circuit Design参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、1.9GHzの無線応用向けに65nm CMOSプロセスで設計された低消費電力RF単平衡ミキサー（SBM）を提示する。最適化されたバイアスと回路トポロジーを採用することで、消費電力を最小限に抑えつつ線形性と性能を維持し、シミュレーションで15.2 dBの変換利得と1.2 mWの消費電力を達成した。

ABSTRACT

The present work consists of designing a Single Balanced Mixer(SBM) with the 65 nm CMOS technology, this for a 1.9 GHz RF channel, dedicated to wireless applications. This paper shows; the polarization chosen for this structure, models of evaluating parameters of the mixer, then simulation of the circuit in 65nm CMOS technology and comparison with previously treated. Keywords: SBM Mixer, Radio Frequency, 65 nm CMOS Technology, Non-Linearity, Power Consumption.

研究の動機と目的

• 1.9GHzで動作する無線通信システム向けに低消費電力RFミキサーを開発すること。
• 高度なCMOSスケーリング技術を用いてRFミキサー回路の消費電力を低減すること。
• コンactで面積効率の良い設計において、良好な線形性と変換利得を確保すること。
• 65nm CMOSプロセスにおけるシミュレーションを用いて設計を検証し、先行研究と性能を比較すること。

提案手法

• 線形性の向上を図るため、アクティブロードおよび電流ステアリングを備えた単平衡トポロジーを採用したSBMを設計した。
• 直流電力消費を最小限に抑えるとともに信号の headroom を維持するため、バイアス条件を慎重に選定した。
• 標準的なデジタル設計フローに従い、65nm CMOSプロセスのパラメータを用いて回路シミュレーションを実施した。
• SPICEレベルのシミュレーションから、変換利得、IIP3、消費電力といった主要な性能指標を抽出した。
• 非線形性は交差歪み（IMD3）およびIIP3指標を用いて分析し、ダイナミックレンジを評価した。
• 消費電力効率および線形性の観点から、先行して報告されたミキサーと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 65nm CMOS RFミキサーにおいて、1.9GHz応用向けに消費電力をどのように最小限に抑えることができるか？
• RQ2 単平衡ミキサーにおいて、線形性と変換利得を最適化するためのバイアスおよびトポロジー選択は何か？
• RQ3 提案されたSBMは、先行設計と比較して、消費電力効率および線形性においてどのように性能を発揮するか？
• RQ4 サブミクロンCMOSミキサー設計において、面積、消費電力、性能の間にはどのようなトレードオフがあるか？

主な発見

• 提案されたSBMは1.9GHzで15.2 dBの変換利得を達成し、信号伝送効率が良好であることを示した。
• ミキサーの消費電力はわずか1.2 mWにとどまり、低消費電力無線システムにおける高いエネルギー効率を示した。
• 測定されたIIP3が-10 dBmであるため、干渉が少ない環境に適した改善された線形性を示した。
• シミュレーション結果から、65nm CMOSプロセスが性能を妥協させることなく顕著な消費電力スケーリングを可能にすることが確認された。
• 類似条件の下で、以前に報告されたミキサーと比較して、本設計は消費電力と変換利得の両面で優れた性能を発揮した。