60-GHz 저조파 혼합기와 광대역 능동 위상 변위기

Abstract

60-GHz 주파수 대역은 광대역 특성을 가지면서도 높은 경로 손실이 발생한다. 따라서 이를 극복하기 위한 광대역 특성을 가지는 빔포밍 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 광대역 특성을 가지는 저조파 주파수 혼합기와 능동 위상 변위기를 제안하였다. 저조파 주파수 혼합기는 Cold-fet 적층 혼합 구조 및 부궤환 저항을 이용한 인버터 버퍼를 채택하여 광대역한 특성을 유지하였다. 측정 결과, 주파수 대역폭은 54–67GHz, 3-dB 채널 대역폭은 6.1GHz 이상이다. 변환이득은 -10.9dB이며 전력 소모는 19.5mW이다. 칩 사이즈는 패드를 포함하여 0.42mm2, 코어 사이즈는 0.08mm2이다. 능동 위상 변위기는 광대역 특성을 위하여 공통 게이트 입력 길버트셀 구조를 채택하였으며, 벡터 변조기의 극좌표계 동작 시 입력 임피던스의 변화를 억제하기 위하여 보조 길버트셀을 추가하였다. 또한 고분해능 전류 조절 DAC을 이용하여 위상차 조절과 이득 조절을 동시에 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 주파수 대역폭은 52–73 GHz, 위상 분해능 7bit, 이득 분해능 6bit를 가지며, 동일 주파수 밴드 내에서 극좌표계 동작 시 가장 넓은 대역폭을 가지는 능동 위상 변위기를 설계하였다. 최대 평균 이득은 -11 dB이고 전력 소모는 17mW이다. 칩 사이즈는 패드를 포함하여 0.7mm2이고 코어 사이즈는 0.18mm2이다. 두 회로 모두 28-nm CMOS bulk 공정을 통해 설계되었다.