does not affect V no afecta a V
dd dd
. . So, we reduce a cascade transis- Así, se reduce una cascada de transistores-
tor. tor. Moreover, we can see there is no current flowing Por otra parte, podemos ver que no hay corriente que fluye
through the switch, which will reduce the switch noise. a través del interruptor, lo que reducirá el ruido del interruptor.
Fig. La figura. 3 shows how the same functionality can be achieved 3 muestra cómo la misma funcionalidad que se puede lograr
by SCM mixer using four switched-current-mirrors. por mezclador de SCM con cuatro de conmutación de corriente espejos. For Para
canceling the strong output signal at the LO frequency, this cancelación de la señal de salida fuerte en la frecuencia de LO, esta
mixer is the double-balanced version. mezclador es el equilibrado doble versión. For a switched cur- Para una conmutación de act-
rent mirror, just like Fig. espejo de alquiler, al igual que la figura. 2(a), the current mirror, com- 2 (a), el espejo actual, com-
posed of M que plantea de M
1 1
(whose width to length ratio equals to M/L ), (Cuyo ancho es igual al cociente de la longitud de M / L),
M M
2 2
(whose width to length ratio equals to aM/L ), has an (Cuyo ancho es igual al cociente de la longitud de AM / L), tiene una
adjusted linear I (I) characteristic. lineales Ajusté (I) característica. M M
2 2
is either switched on es o encendido
to the V a la V
g s1 g s1
by M por M
3 3
(controlled by V (Controlada por V
LO LO
) or switched off. ) O apagado. Thus, Por lo tanto,
effectively, current mirror works, if switch (M efectivamente, espejo de las obras en curso, si el interruptor (M
3 3
) is on, and ) Está encendido, y
the other way around. a la inversa. Now, if switch_1 and switch_4 is Ahora bien, si es switch_1 y switch_4
on, ( i en, (i
if si
+) is equal to a ( i +) Es igual a uno (i
if si
+), and ( i +), Y (i
if si
-)is equal to a ( i -) Es igual a uno (i
if si
-). -). If Si
switch_2 and switch_3 is on, ( i switch_2 y switch_3 está encendido, (i
if si
+) is equal to a ( i +) Es igual a uno (i
if si
-), and -), Y
( i (I
if si
-) is equal to a ( i -) Es igual a uno (i
if si
+). +).
For differential current input Por diferencia de la corriente de entrada
( ) ()
( ) ()
t t
i yo
i yo
rf rf
rf rf
rf rf
ϖ π
cos cos
) )
( (
= =
− -
− -
= =
+ +
(1) (1)
For SCM mixer Por mezclador de SCM
( ) ( ) () ()
[ [
] ]
( ) ( ) () ()
[ [
] ]
[ [
] ]
[ [
] ]
( ) ()
+ +
× ×
× ×
= =
× ×
− -
− -
+ +
× ×
= =
− -
− -
+ +
= =
rf rf
lo lo
lo lo
rf rf
rf rf
if si
if si
o o
i yo
t t
a una
t t
i yo
i yo
a una
i yo
i yo
i yo
ϖ π
ϖ π
cos cos
sgn SGN
2 2
cos cos
sgn SGN
(2) (2)
Here Aquí
[ [
] { ] (
( (
) )
∑ Σ
∞ ∞
= =
> >
+ +
< <
− -
= =
1 1
cos cos
4/ 4 /
2/ 2 /
sin pecado
0 0
cos cos
:1 : 1
0 0
cos cos
:1 : 1
cos cos
sgn SGN
t t
n n
n n
n n
t t
t t
t t
lo lo
lo lo
lo lo
lo lo
ϖ π
π π
π π
ϖ π
ϖ π
ϖ π
(3) (3)
Therefore, Por lo tanto,
( (
) )
( (
) )
( (
) )
[ [
] ]
t t
n n
t t
n n
n n
n n
a una
i yo
rf rf
lo lo
rf rf
lo lo
o o
ϖ π
ϖ π
ϖ π
ϖ π
π π
π π
− -
+ +
+ +
= =
∑ Σ
∞ ∞
cos cos
cos cos
2/ 2 /
2/ 2 /
sin pecado
2 2
1 1
(4) (4)
a I un yo
o o
I Yo
o o
M M
1 1
M M
2 2
M M
3 3
M/L M / L
a M/L una M / L
Fig. La figura. 2 a 2 bis
i yo
in en
i yo
out fuera
V V
LO LO
Fig. La figura. 1 c 1 c
Direction of Dirección de
Switch Current De corriente del interruptor
Direction of Dirección de
Supply Voltage Voltaje de alimentación
I Yo
o1 o1
I Yo
o2 o2
I Yo
B B
+g + G
m * m *
V V
RF RF
Fig. La figura. 1 b 1 b
Load Carga
V V
dd dd
I Yo
o1 o1
I Yo
o2 o2
M M
1 1
M M
2 2
M M
3 3
V V
LO+ LO +
V V
LO- LO-
V V
B B
+V + V
RF RF
I Yo
B B
+g + G
m * m *
V V
RF RF
Fig. La figura. 1 a 1 bis
Page 3 Página 3
RADIOENGINEERING, VOL. RADIOENGINEERING, VOL. 18, NO. 18, NO. 3, SEPTEMBER 2009 3, septiembre 2009
297 297
Fig. La figura. 2. (a) Switched-current-mirror, (b) Directions of Supply 2. (A) Cambiar-actual-espejo, (b) Cómo llegar de la fuente
Voltage and Switch. Tensión y Switch.
Fig. La figura. 3. (a) Functional Representation for SCM Mixer, 3. (Una representación funcional) para Mezclador de SCM,
(b) Schematic of the SCM Mixer (B) Esquema de la batidora SCM
Thus, the circuits implement the same mixer function Así, los circuitos de implementar la función mismo mezclador
in a different way: the conventional mixer by a transcon- de otra manera: la mesa de mezclas convencionales por un transcon-
ductor plus a current switching, and the new current mode ductor más una corriente de conexión, y el modo de nueva corriente
mixer by switched current mirror. mezclador por el actual espejo conmutada. Compared to conven- En comparación con los convencionales-
tional active mixer, the SCM mixer, changing the direction mezclador activo institucional, el mezclador de SMC, de cambiar la dirección
of switch, has a benefit of low voltage supply. del interruptor, tiene un beneficio de alimentación de baja tensión. Moreover, Por otra parte,
the conversion gain is easy to adjust, just by changing the la ganancia de conversión es fácil de ajustar, simplemente cambiando el
value of a . valor de uno.
Taking finite switch-time into account, as in [7], Teniendo en tiempo finito interruptor en cuenta, como en [7],
a first-order approximation of the current conversion gain una primera aproximación de orden de la conversión del aumento actual
CCG of the SCM mixer becomes CCG de la batidora se convierte en SCM
( (
) )
⎟ ⎟
⎟ ⎟
⎠ ⎠
⎞ ⎞
⎜ ⎜
⎜ ⎜
⎝ ⎝
⎛ ⎛
≈ ≈
sw SO
lo lo
sw SO
lo lo
f f
f f
a una
CCG CCG
τ τ
π π
τ τ
π π
π π
sin pecado
2 2
(5) (5)
4. 4. Simulation Result Resultados de la Simulación
In order to verify the new mixer concept experimen- Con el fin de verificar la nueva mesa de mezclas concepto experi-
tally, a down–conversion mixer was designed to operate at de cotejo, un mezclador de abajo-conversión fue diseñado para funcionar a
1-V supply voltage. 1-V tensión de alimentación. The new mixer was simulated in stan- El nuevo mezclador se simuló en el nor-
dard chartered 0.18μm RF CMOS Process with Spectre in estándar fletado 0.18μm CMOS RF proceso con Espectro en
Cadence Design Systems. Cadence Design Systems. A mixer's frequency converting Un mezclador de frecuencia de conversión
action is characterized by conversion gain or loss. la acción se caracteriza por el aumento de conversión o pérdida. The El
power conversion gain is the ratio of the power delivered Conversión de obtener el poder es el cociente entre la potencia suministrada
to the load and the available RF input power. a la carga y la potencia de RF de entrada disponibles. Fig. La figura. 4 shows 4 muestra
the gain of the mixer with different a . la ganancia de la mesa de mezclas con diferentes uno. We can see that the Podemos ver que el
conversion gain is easy to adjust. ganancia de conversión es fácil de ajustar. Because the noise from Debido a que el ruido de
the mixer is moderated by the LNA's gain, it places a limit el mezclador es moderado por la ganancia del LNA, pone un límite
on how small a signal can be resolved. el tamaño de las señales se pueden resolver. The sensitivity of La sensibilidad de
the receiver is then adversely affected. el receptor es entonces afectada negativamente. Noise is measured El ruido se mide
using the noise figure (NF), which is a measure of how utilizando la figura de ruido (NF), que es una medida de la
much noise the mixer adds to the signal relative to the mucho ruido del mezclador se suma a la señal en relación con la
noise that is already present in the signal. ruido que ya está presente en la señal. An NF of 0 dB is Un NF es de 0 dB
ideal, meaning that the mixer adds no noise. ideal, lo que significa que el mezclador no añade ruido. An NF of Una de NF
3 dB implies that the mixer adds an amount of noise equal 3 dB implica que la mesa de mezclas añade una cantidad de ruido iguales
to that already present in the signal. para que ya esté presente en la señal. For a mixer alone, an Para una mesa de mezclas solo, un
NF of 15 dB is typical. NF de 15 dB es típico. Fig. La figura. 5 shows the noise of this 5 muestra el ruido de la presente
mixer. mezclador. The linearity is verified by Harmonic Balance La linealidad es verificada por Armónica Balance
analysis. análisis. Fig. La figura. 6 illustrates the two-tone simulation results 6 ilustra el tono de resultados de la simulación y dos
with a conversion gain of 4.9 dB, a P con una ganancia de conversión de 4,9 dB, un P
IIP3 IIP3
of 1.6 dBm and a de 1,6 dBm y una
P P
OIP3 OIP3
of 6.51 dBm, a P de 6,51 dBm, una P
IIP2 IIP2
of 85.3 dBm and a P de 85,3 dBm y un P
OIP2 OIP2
of de
90.2 dBm. 90,2 dBm. This is good enough for RF circuit. Esto es lo suficientemente bueno para el circuito de RF. Fig. La figura. 7 7
shows the transient simulation results with input RF signal muestra los resultados de simulación de transitorios con la entrada de señal RF
at 2.4 GHz and the LO signal at 2.39 GHz. a 2,4 GHz y la señal de 2,39 GHz en la LO. So the output IF Así que la salida de IF
signal is at 10 MHz. la señal se encuentra a 10 MHz. The transient difference output is La salida transitoria, se diferencia
equal to V igual a V
if+ si dura más de
minus V menos V
if- si-
. . Fig. La figura. 8 shows the layout diagram of 8 muestra el diagrama de distribución de
the current mode SCM mixer which occupies the active el modo actual mezclador de SCM que ocupa la activa
area of 0.49 área de 0,49
× ×
0.51 mm 0,51 mm
2 2
including biasing circuits, scribble incluyendo los circuitos de polarización, garabatos
line, testing pads and DC blocking capacitors. de líneas, pruebas almohadillas y DC bloqueo condensadores.
Fig. La figura. 4. Gain of the Mixer vs PLO and a . 4. Aumento de la batidora vs OLP y uno.
i yo
if si
- -
i yo
if si
+ +
Fig. La figura. 3 b 3 b
i yo
rf rf
+ +
i yo
rf rf
- -
V V
LO LO
- -
V V
LO LO
+ +
SCM SCM
V V
LO LO
- -
V V
LO LO
+ +
i yo
rf rf
+ +
i yo
rf rf
- -
Fig. La figura. 3 a 3 bis
i yo
if si
+ +
i yo
if si
- -
a una
a una
a una
a una
switch_4 switch_4
switch_1 switch_1
switch_2 switch_2
switch_3 switch_3
Direction of Switch Dirección de Switch
Direction of Supply Voltage Dirección de la fuente de voltaje
Fig. La figura. 2 b 2 b
Page 4 Página 4
298 298
MINGLIN MA, CHUNHUA WANG, SICHUN DU, LOW VOLTAGE CURRENT MODE SWITCHED-CURRENT-MIRROR MIXER MA MINGLIN, WANG Chunhua, SICHUN DU, alimentadas por corriente modo de bajo Cambiar-ACTUAL-ESPEJO MEZCLADOR
Fig. La figura. 5. Noise of the mixer. 5. El ruido de la batidora.
Fig. La figura. 6. The two-tone analysis of the proposed current-mode 6. El análisis de dos tonos de la propuesta de método de la corriente
mixer. mezclador.
Fig. La figura. 7. The transient analysis of the mixer. 7. El análisis transitorio de la mezcladora.
Fig. La figura. 8. The layout diagram of the SCM mixer. 8. El diagrama de distribución de la batidora SMC.
Tab. Tab. 1 summaries the performance of this design and 1 resume los resultados de este diseño y
lists the performance of the previously published CMOS listas de la ejecución de los artículos publicados anteriormente CMOS
mixers. mezcladores. The current-mode mixer reported in this paper can El mezclador en modo actual se presenta en este documento puede
achieve very low power consumption of 2.2 mW from 1-V alcanzar el poder de consumo muy bajo de 2,2 mW de 1-V
supply. suministro. Compared to current mode mixer [3], this work has En comparación con mezclador de modo actual [3], este trabajo ha
much smaller power consumptions and much smaller mucho menor consumo de energía mucho más pequeña
active area. área activa. Compared to current mode mixer [4], this work En comparación con mezclador de modo actual [4], este trabajo
has much smaller power consumptions and much larger tiene mucho menor consumo de energía y mucho mayor
gain. ganancia.
This work Este trabajo
[3] [3]
[4] [4]
Technology Tecnología
0.18μm CMOS 0.18μm CMOS
0.13μm CMOS 0.13μm CMOS
0.6μm CMOS 0.6μm CMOS
Supply voltage Tensión de alimentación
1 V 1 V
1 V 1 V
1.2 V 1,2 V
Gain (dB) Ganancia (dB)
4.9 ( a = 1 ) 4,9 (a = 1)
1.3 1,3
-8 -8
PIIP3 (dB) PIIP3 (dB)
1.6 1,6
-8.75 -8,75
9.5 9,5
POIP3 (dB) POIP3 (dB)
6.5 6,5
-7.44 -7,44
1.5 1,5
NF (dB) NF (dB)
15 15
-- -
-- -
Power of mixer Poder de la mesa de mezclas
2.2 mW 2,2 mW
3.89 mW 3,89 mW
3 mW 3 mW
Chip Area Chip Espacio
0.5*0.5 mm 0.5 * 0.5 mm
2 2
1.5*1.1 mm 1.5 * 1.1 mm
2 2
0.4*0.4 mm 0.4 * 0.4 mm
2 2
Tab. Tab. 1. Performance summaries and comparisons. 1. Rendimiento resúmenes y comparaciones.
5. 5. Conclusion Conclusión
A CMOS SCM mixer has been presented, which can Un mezclador de SCM CMOS ha sido presentado, lo que puede
operate at 1-V supply voltage in a 0.18μm CMOS tech- funcionar a la tensión de alimentación V-1 en un 0.18μm CMOS tecnología
nology. nología. It requires no voltage headroom across the switch, No requiere espacio libre de tensión en el interruptor,
because the directions of supply voltage and switch are porque las direcciones de tensión de alimentación y el interruptor se
quadrature to each other. cuadratura entre sí. There is no passive component in No hay ningún componente pasivo en
the mixer core, and it is easy to adjust the current conver- el centro del mezclador, y es fácil de ajustar la actual conversión
sion gain. sión de ganancia. All these show that the current mode SCM mixer Todo esto muestra que el modo actual mezclador de SCM
has excellent performance in comparison with other CMOS tiene un excelente rendimiento en comparación con otros CMOS
mixers. mezcladores.
Acknowledgements Agradecimientos
The research described in the paper was financially La investigación descrita en el documento era financieramente
supported by the National Nature Science Foundation of el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de
China under No. 60776021 China bajo el número 60776021
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About Authors. Acerca de los autores.
Minglin MA was born in Hu Nan, China, in 1978. Minglin MA nació en Hu Nan, China, en 1978. He Él
received the BS degree in electrical engineering from recibió la licenciatura en ingeniería eléctrica de la
Xiangtan University, in 2002, and the MS degree in Universidad de Xiangtan, en 2002, y la maestría en
electrical engineering from Xiangtan University, in 2005. Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Xiangtan, en 200
Nerio ramirez
