非対称レイアウトを用いた 60ghz 帯低 lo リーク...
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非対称レイアウトを用いた 60GHz 帯低 LO リーク アップコンバージョンミキサ. ○佐藤 慎司 , 津久井 裕基 , 岡田 健一 , 松澤 昭. 東京工業大学大学院理工学研究科. 発表内容. 研究背景 60GHz 帯におけるミキサの課題 非対称コアレイアウト を用いたミキサ 測定 結果 まとめ. 研究背景. 60GHz 帯の特徴. IEEE 802.11.ad 57.24GHz – 65.88GHz 2.16GHz/ ch x 4ch QPSK ⇒ 3.5Gbps/ ch 16QAM ⇒ 7.0Gbps/ ch - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Matsuzawa& Okada Lab.
Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of TechnologyMatsuzawa
& Okada Lab.Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of Technology
非対称レイアウトを用いた60GHz 帯低 LO リーク
アップコンバージョンミキサ
○ 佐藤 慎司 , 津久井 裕基 ,
岡田 健一 , 松澤 昭東京工業大学大学院理工学研究科
2012/3/20
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& Okada Lab.Matsuzawa Lab.Tokyo Institute of Technology
発表内容
• 研究背景• 60GHz 帯におけるミキサの課題• 非対称コアレイアウトを用いたミキ
サ• 測定結果• まとめ
2012/3/20Shinji Sato , Tokyo
tech.
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研究背景
• IEEE 802.11.ad– 57.24GHz – 65.88GHz– 2.16GHz/ch x 4ch– QPSK 3.5Gbps/ch⇒– 16QAM 7.0Gbps/ch⇒– 64QAM 10.6Gbps/ch⇒
60GHz 帯の特徴 伝搬中の減衰が大きい
幅広い帯域が無免許で 開放されている
近距離高速無線通信への利用が期待される
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66
Frequency [GHz]
Canada, USA
Japan
Europe
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60GHz 帯におけるミキサの課題
低い LO リークと RF-LO アイソレーションが必要
RF-LO isolation
LO leakage
• LO リーク ⇒ EVM の劣化 • RF-LO アイソレーション ⇒ プリングを引き
起こす
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BB
BB
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60GHz 帯のミキサ
• 60GHz 帯ではミキサのスイッチ部分において寄生容量の影響が大きく、 LO リークや RF-LO アイソレーションが大きくなる
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ダブルバランスドミキサ
• このトポロジーでは LO リークと RF-LO アイソレーションを打ち消すことができる
• DC ミスマッチやキャパシタンスのミスマッチがあると LO リークと RF-LO アイソレーションを打ち消すことができない
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対称コアミキサのレイアウト(従来)
LO+ LO-
RF+
RF-LO-
RF-
LO+
RF+
BB+BB-
• コア部分を対称にすると、LO と RF の伝送線路に交差が生じる
キャパシタンスのミスマッチが大きい
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非対称コアミキサのレイアウト(提案)
RF+
RF- LO-
LO+
• コア部分を非対称にすることで、LO と RF の伝送線路に交差が生じない キャパシタンスのミスマッチが少ない
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LO+
LO-RF-
RF+
BB+ BB-
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ミキサの回路図
• Active mixer–Large CG
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Die photo
• 65nm CMOS プロセス• ミキサコア面積 : 160×50[μm2]
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RF-LO アイソレーション
• RF-LO アイソレーションはネットワークアナライザを用いて測定した
• RF-LO アイソレーション @ 60GHz : -37.3dBc2012/3/20
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LO リーク
• DC ミスマッチキャリブレーションを行った• 差動片側の VgBB を 0.5V に固定し、もう一方の VgBB スイー
プした。• LO リーク: -41.1dBc• 対称コアレイアウト:約 -20dBc2012/3/20
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性能比較Up-conversion mixer
This work [1] [2]
Technology 65nm 130nm 90nm
Conversion gain [dB] 4.3 4.0 4.5
RF-LOIsolation[dB]
-37.3 -37 -57.5
LO leakage [dBc] -41.1 -30 N/A
Power consumption [mW]
5.4 24.0 15.1
[1] F. Zhang, et al., Electronics Letters, 2012 [2] T. Tsai, et al., Electronics Letters, 2012
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まとめ
• 非対称コアレイアウトを用いたアップコンバージョンミキサについて検討した。
• 65nm CMOS プロセスを用いたミキサを作製し、 RF-LO アイソレーションが -37.3dBc 、 LO リークが -41.1dBc を達成した。
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DC mismatch
• Vth variation causes DC mismatch.
• Larger DC mismatch, Larger LO leakage.DC mismatch calibration
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 -50
-40
-30
-20
-10
0
DC mismatch [mV]
LO
le
ak
[d
Bc
] 𝑳𝑶𝒍𝒆𝒂𝒌=𝟐𝟎𝐥𝐨𝐠𝟐𝑫𝑪𝒎𝒊𝒔𝒎𝒂𝒕𝒄𝒉
𝑨𝑩𝑩[dBc ]
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• Layout causes capacitance mismatch.• Larger Cgd mismatch, Larger LO leakage and
RF-LO isolation.Asymmetric layout
Cgd mismatch
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 -90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
Capacitance mismatch [fF]
RF
-LO
is
ola
tio
n [
dB
]
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Measurement system
• BB and LO input : Signal generator• RF output : Spectrum analyzer
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Conversion gain
• BB frequency : 100MHz• LO frequency : 62.64GHz
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Impedance
• Solid line: measurement, Dotted line: simulation• Markers show 60GHz point.• The difference between simulation and measurement
is due to parasitic inductance.
RF port LO port
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Large-signal characteristics
• P1dB : -8.7dBm
• Psat : -5.2dBm
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