طراحي يك ميكسر گيلبرت خطي مستقل از باياس با پهناي باند و بهره بالا در باند K

Design of a Linear Bias-Independent Gilbert-cell Mixer with High Gain and BW in K-Band

در اين مقاله،‏ يك ميكسر گيلبرت با تكنولوژي µm CMOS 18‎/0 طراحي شده است كه در آن از تركيب دو تكنيك شبكه ? و PDC به طور همزمان استفاده شده كه در نتيجه آن بهبود بهره،‏ پهناي باند،‏ عدد نويز و خطينگي را خواهيم داشت. همچنين يك روش جديد براي پياده‌سازي شبكه ? با استفاده از خازن‌هاي پارازيتي گره‌هاي بين طبقات RF و LO پيشنهاد شده است كه كارآيي ميكسر را بهبود بخشيده و امكان طراحي آن را در فركانس‌هاي بالا فراهم مي‌كند. شبكه ? با ايجاد قطب‌هاي موهومي در پاسخ فركانسي سيستم بدون نياز به توان مصرفي اضافي،‏ بهره و پهناي باند را افزايش مي‌دهد. محل مناسب اين قطب‌ها كه باعث افزايش بهره و پهناي باند مي‌شود،‏ بحث شده و توسط شبيه‌سازي MATLAB مشخص گرديده‌اند. همچنين نشان داده شده است كه اين تكنيك موجب مي‌شود كه مدار ميكسر در يك رنج قابل قبول،‏ مستقل از باياس باشد و نتايج مشابه را بدهد كه اين مزيت بزرگي براي مدارات به‌شمار مي‌آيد. نتايج شبيه‌سازي ميزان dB36‎/3 بهبود در بهره و dB2 كاهش عدد نويز را در مقايسه با حالتي كه تنها تكنيك PDC مورد استفاده قرار مي‌گيرد،‏ در توان مصرفي يكسان و توان LO برابر dBm 1- نشان مي‌دهد. ميكسر پيشنهادي در مقايسه با ميكسر متداول داراي بهبود dB6 در خطينگي نيز مي‌باشد. همچنين توان مصرفي كل به همراه مدار باياس طراحي شده برابر mW 68‎/9 با منبع تغذيه 8‎/1 ولت مي‌باشد.

In this paper, a K-band Common-Gate Gilbert-Cell mixer via a 0.18 µm CMOS technology was designed, using the combination of the ?-Network and PDC techniques simultaneously, resulting in the improvement of gain, bandwidth, noise figure and linearity. Also, a new method for implementing the ?-Network, using the parasitic capacitances between RF and LO stage nodes, is proposed which improves the mixer performance and makes the mixer design possible at high frequencies. The ?-Network enhances the gain and bandwidth by generating complex poles in system frequency response without the need for extra power consumption. The suitable location of these poles, which gives rise to high gain and high bandwidth, is discussed and determined by MATLAB simulation. Also, it is shown that these techniques results in a bias-independent mixer circuit at an acceptable range that is a good advantage for circuits. Results of simulation illustrate 3.36dB improvement in power conversion gain and 2dB reduction in noise figure at the same power consumption with LO power of -1 dBm in comparison with the case when PDC technique is used only. Compared to conventional mixer, it improves the IIP3 by 6dB. Also, the power consumption of the mixer together with the designed bias circuit is 9.68 mW at 1.8V.