[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一款采用65nm CMOS工艺设计的低功耗射频单平衡混频器（SBM），适用于1.9GHz无线应用。通过优化偏置和电路拓扑结构，在保持线性度和性能的同时最小化功耗，仿真结果表明其转换增益为15.2 dB，功耗仅为1.2 mW。

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.

研究动机与目标

• 开发一款适用于1.9GHz无线通信系统的低功耗射频混频器。
• 利用先进的CMOS缩放技术降低射频混频器电路的功耗。
• 在紧凑且面积高效的结构中确保良好的线性度和转换增益。
• 通过65nm CMOS工艺的仿真验证设计，并与先前工作进行性能对比。

提出的方法

• 采用单平衡拓扑结构，结合有源负载和电流 steering 技术，以提升线性度。
• 精心选择偏置条件，以在保持信号 headroom 的同时最小化直流功耗。
• 使用65nm CMOS工艺参数，在标准数字设计流程中进行电路仿真。
• 从SPICE级仿真中提取关键性能指标，如转换增益、IIP3和功耗。
• 通过交调失真（IMD3）和IIP3指标分析非线性特性，以评估动态范围。
• 与先前报道的混频器在功耗效率和线性度方面进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在65nm CMOS射频混频器中实现1.9GHz应用的最小功耗？
• RQ2 在单平衡混频器中，哪些偏置和拓扑结构选择能优化线性度和转换增益？
• RQ3 所提出的SBM在功耗效率和线性度方面相较于先前设计表现如何？
• RQ4 在亚微米CMOS混频器设计中，面积、功耗和性能之间的权衡关系是什么？

主要发现

• 所提出的SBM在1.9 GHz频率下实现15.2 dB的转换增益，表明具有优异的信号传输效率。
• 混频器仅消耗1.2 mW的功耗，证明其在低功耗无线系统中具有极高的能效。
• 设计表现出改进的线性度，实测IIP3为-10 dBm，适用于低干扰环境。
• 仿真结果证实，65nm CMOS工艺能够在保持可接受性能的同时实现显著的功耗缩小。
• 在相同条件下，所提出的设计在功耗和转换增益方面优于先前报道的混频器。