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고선형성과 높은 LO-RF 격리도를 갖는 새로운 구조의 저항성 Mixer MMIC 설계
Design of the Resistive Mixer MMIC with high linearity and LO-RF isolation 원문보기

통신위성우주산업연구회논문지 = The Journal of Korea Society of Communication and Sapce Technology, v.9 no.2, 2014년, pp.7 - 11  

이경학 (남서울대학교 산학협력단)

초록
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본 논문에서는 $0.5{\mu}m$ p-HEMT 공정을 이용한 MMIC 주파수 혼합기를 설계하였다. 본 주파수 혼합기는 Local 신호전력이 -4 ~ 4 dBm에서 유사한 성능을 갖도록 설계하여 local 신호의 변화에 따른 변환 성능이나 선형 성능이 일정하게 유지 되도록 하였다. 이와 같은 특성을 갖도록 하기 위해 새로운 형태의 FET를 이용한 피드백 회로를 구성하여, LO신호전력의 변화에 따른 성능 변화를 최소화 하였으며 넓은 주파수 대역에서 사용 할 수 있는 MMIC 주파수 혼합기 성능을 얻었다. 설계결과 LO신호전력이 -4 ~ 4dBm일 때, 0.5 ~ 2.6GHz의 주파수 범위에서 변환손실이 6 dB에 IIP3가 30 dBm 이상의 우수한 성능을 갖는 설계 결과를 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we designed resistive MMIC mixer using $0.5{\mu}m$ p-HEMT process. This Mixer is designed to have a similar performance in -4 ~ 4 dBm local oscillator signal power level and to maintain a constant conversion loss and linear performance due to the variation of local signal. ...

주제어

#MMIC   #Mixer   #High linearity   #IIP3   #LO-to-RF isolation  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에, 선형성 확보문제가 이전의 통신 방식에 비해 크게 대두된다.[1, 2] 따라서, 본 연구에선 전 세계적으로 1.8GHz 대역이나 2.6GHz 대역에 집중되어 있는 LTE 주파수 대역에서 모두 사용할 수 있으며 비교적 넓은 주파수 대역에서 고 선형성을 유지하면서 비교적 저렴하며 보편화된 0.5 ㎛ p-HEMT 공정을 이용하여 MMIC 혼합기 설계기술에 대해 연구하고자 한다.
  • 본 논문을 통하여 새로운 Feedback 구조가 적용된 고선형 저항성 FET Mixer MMIC를 설계하였다. 등가적 다이오드 Feedback 구조를 Mixer 부의 FET의 드레인단과 LO 신호가 인가되는 게이트간 사이에 FET로 구현된 다이오드 Feedback 구조를 삽입함으로써 Mixer 역학을 수행하는 FET의 출력 임피던스가 일정하게 유지되며 이를 통해 일정한 변환 손실과 5dBm 이상 향상된 IIP 성능을 얻을 수 있어 높은 선형성과 낮은 소비 전력을 요구하는 LTE-A 무선 중계 시스템 및 다양한 선형 통신 시스템에 적용 가능할 것이다.
  • 본 연구에서는 높은 선형성을 얻기 위해 0.5um E/D mode PHEMT를 이용하여 저항성 FET 주파수 혼합기 MMIC를 설계 하였다. 그림 4는 본 연구에서 새롭게 제안하는 등가화된 diode Feedback 회로가 적용된 저항성 FET 주파수 혼합기의 회로도를 나타내었다.
  • 따라서, LO 신호를 안정적으로 인가하기 위해 LO 와 Mixer 사이에 LO 신호 boosting 증폭기를 삽입한다. 본연구에서는 이 LO 신호 boosting 증폭기를 Mixer와 함께 집적화하여 설계하고자 한다. 일반적으로, 주파수 혼합기는 Pumping 되어 인가되어지는 LO의 신호의 세기에 따라 선형 성능 및 변환손실이 크게 영향을 받게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LTE-Advanced 기술은 무엇인가? 이러한 모바일 데이터 트래픽을 해소하기 위하여 4세대 통신 방식으 로의 국내는 물런 세계 통신 시장의 진화가 빠르게 진행되고 있다. 3세대 WCDMA 통신 방식을 대체하여 3.9 또는 4세대 통신 방식의 기준에 부합하도록 발전된 방식이 LTE-Advanced 기술이며, Carrier Aggregation은 LTE-Advanced 통신방식의 주파수 채널 효율을 증대 시킬수 있는 핵심기술 중 하나이다. LTE-Adavnced의 Carrier Aggregation 기술을 적용하여 전 세계의 무선 통신 사업자 들이 보유하고 있는 인접되지 않은 한정된 주파수 자원의 효율적인 활용할 수 있는 기술적 토대가 되고 있으나, 기본적 으로 두 개 이상의 carrier 주파수를 사용하게 되어 주파수간의 상호변조(Intermodulation)가 문제가 기존의 3G 방식에 비해 좀 더 중요한 요소가 된다.
주파수간의 상호변조 문제가 LTE-Adavnced에서 3G 방식보다 더 중요한 이유는? 9 또는 4세대 통신 방식의 기준에 부합하도록 발전된 방식이 LTE-Advanced 기술이며, Carrier Aggregation은 LTE-Advanced 통신방식의 주파수 채널 효율을 증대 시킬수 있는 핵심기술 중 하나이다. LTE-Adavnced의 Carrier Aggregation 기술을 적용하여 전 세계의 무선 통신 사업자 들이 보유하고 있는 인접되지 않은 한정된 주파수 자원의 효율적인 활용할 수 있는 기술적 토대가 되고 있으나, 기본적 으로 두 개 이상의 carrier 주파수를 사용하게 되어 주파수간의 상호변조(Intermodulation)가 문제가 기존의 3G 방식에 비해 좀 더 중요한 요소가 된다. 이에, 선형성 확보문제가 이전의 통신 방식에 비해 크게 대두된다.
논문에서 설계한 고선형 저항성 FET Mixer MMIC는 Mixer 역할을 수행하는 FET의 출력 임피던스를 어떻게 일정하게 유지시켰는가? 본 논문을 통하여 새로운 Feedback 구조가 적용된 고선형 저항성 FET Mixer MMIC를 설계하였다. 등가적 다이오드 Feedback 구조를 Mixer 부의 FET의 드레인단과 LO 신호가 인가되는 게이트간 사이에 FET로 구현된 다이오드 Feedback 구조를 삽입함으로써 Mixer 역학을 수행하는 FET 의 출력 임피던스가 일정하게 유지되며 이를 통해 일정한 변환 손실과 5dBm 이상 향상된 IIP 성능을 얻을 수 있어 높은 선형성과 낮은 소비 전력을 요구하는 LTE-A 무선 중계 시스템 및 다양한 선형 통신 시스템에 적용 가능할 것이다.
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참고문헌 (5)

  1. 김정호, "LTE/LTE-Advanced 핵심기술 및 발전 전망", 전자공학회논문지 제49권 TC편 제6호, 2012년 6월 

  2. Antoine Khy, Bernard Huyart,"A 0.6-3.6GHz CMOS Wideband Demodulator for 4G mobile handsets," Proceedings of the 7th European Microwave Integrated Circuits Conference, pp.560-563, Oct. 2012 

  3. Mass, S. A., " A GaAs MESFET Mixer with very low intermodulation," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MTT-35, 1987, pp.425-428. 

  4. Stephen A. Mass, "Microwave Mixers", Dedham, MA: Artech House, 1986, ISBN:0890061718 

  5. I. D. Robertson, S. Lucyszyn, "RFIC and MMIC design and technology", Lodon: The Institution of Electrical Engineers, 2001, ISBN:0852967861 

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