Low Voltage Current Mode Switched-Current-Mirror Mixer Voltaje actual modo de bajo Cambiar-actual-Espejo Mixer
Minglin MA Minglin MA
1 1
, Chunhua WANG , Chunhua WANG
2 2
, Sichun DU , Sichun DU
3 3
1 1
School of Computer and Communication Hunan University, Changsha, Hunan PR China Escuela de Informática y Comunicación de la Universidad de Hunan, Changsha, Hunan, República Popular de China
2 2
School of Information Engineering, Xiangtan University, Xiangtan, Hunan PR China Escuela de Ingeniería de la Información, Universidad de Xiangtan, Xiangtan, República Popular China de Hunan
32415684@qq.com, wch1227164@sina.com, Jt_dsc@hnu.cn 32415684@qq.com, wch1227164@sina.com, Jt_dsc@hnu.cn
Abstract. A new CMOS active mixer topology can operate Resumen. Un nuevo CMOS topología activa mezclador puede operar
at 1 V supply voltage by use of SCM (switched current- a 1 V tensión de alimentación por medio de SCM (conmutación de corriente
mirror). espejo). Such current-mode mixer requires less voltage actual modo de batidora de ese tipo requiere menos voltaje
headroom with good linearization. espacio para la cabeza con linealización bien. Mixing is achieved with La mezcla se consigue con
four improved current mirrors, which are alternatively cuatro espejos actuales mejoradas, que son, alternativamente,
activated. activado. For ideal switching, the operation is equivalent Para cambiar ideal, la operación es equivalente
to a conventional active mixer. a un mezclador activo convencionales. This paper analyzes the Este trabajo analiza la
performance of the SCM mixer, in comparison with the desempeño de la mezcladora SCM, en comparación con el
conventional mixer, demonstrating competitive perform- mesa de mezclas convencionales, lo que demuestra la competencia realizar-
ance at a lower supply voltage. librio en una tensión de alimentación inferior. Moreover, the new mixer's Por otra parte, el nuevo mezclador de
die, without any passive components, is very small, and the die, sin componentes pasivos, es muy pequeña, y la
conversion gain is easy to adjust. ganancia de conversión es fácil de ajustar. An experimental proto- Un experimentales proto-
type was designed and simulated in standard chartered tipo fue diseñado y simulado en el Standard Chartered
0.18μm RF CMOS Process with Spectre in Cadence De- RF CMOS 0.18μm proceso con Espectro en la cadencia de De-
sign Systems. Sistemas de signos. Experimental results show satisfactory mixer Los resultados experimentales muestran mezclador satisfactoria
performance at 2.4 GHz. rendimiento a 2,4 GHz.
Keywords Palabras claves
Current mode, switched current mirror, mixer, low el modo actual, cambió espejo actual, mezclador de baja
voltage, receiver, RF circuit. tensión, un receptor, un circuito de RF.
1. 1. Introduction Introducción
The demand of low cost, low power and small size La demanda de bajo costo, baja potencia y pequeño tamaño
circuits has been increasing with extensive researches on circuitos ha ido en aumento con extensas investigaciones sobre
transceivers architecture and RF circuit design, especially transceptores de arquitectura y diseño de circuitos de RF, especialmente
in Bluetooth and 802.11 WLAN areas [1]. Bluetooth y 802.11 WLAN áreas [1]. Furthermore, Por otra parte,
mixer is the core module of RF front end. mezclador es el módulo principal de la interfaz de RF. For a conven- Por una convención
tional mixer, the LNA (Low Noise Amplifier) input FET mesa de mezclas tradicionales, el LNA (Low Noise Amplifier) FET de entrada
converts the incoming signal into current, which then be- convierte la señal de entrada en corriente, que a continuación se-
comes a voltage across the load. Llega un voltaje a través de la carga. This voltage drives the Esta tensión impulsa el
transconductance input of the mixer, which once again transconductancia de entrada del mezclador, que una vez más
converts the signal into current. convierte la señal en curso. Finally, the mixer differen- Por último, el mezclador dife-
tial pairs commutate this current, translating it in fre- cial pares conmutar esta corriente, traduciéndola en fre-
quency, to be read off at the mixer output as voltage [2]. cia, que se leyó en la salida del mezclador como el voltaje [2].
We can see, the IV (traditional LNA output) and VI (Gil- Podemos ver, el IV (tradicional salida de LNA) y VI (Gil-
bert mixer input) conversion are unnecessary, and the con- bert entrada del mezclador) de conversión, son innecesarios, y la cons-
ventional voltage mode mixer can not meet the low volt- tensión mezclador de modo convencional no puede cumplir con el bajo voltaje
age, low power requirement for modern communication la edad, el requisito de baja potencia para la comunicación moderna
system. del sistema. Several techniques exist to solve this problem. Existen varias técnicas para resolver este problema. One Uno
group of these circuits operates based on current-squaring grupo de estos circuitos funciona basándose en corriente cuadratura
circuit [3]. circuito [3]. Because of adding the RF input current and LO Debido a la adición de la entrada de corriente de RF y LO
(Local Oscillator) current together directly, this technique (Oscilador Local) en curso, así directamente, esta técnica
suffers from a very bad isolation between RF and LO. sufre de un mal muy aislada entre RF y LO.
Another group of these circuits operates based on Gilbert Otro grupo de estos circuitos opera sobre la base de Gilbert
mixer. mezclador. Wan Chicheng proposed a parallel current driven Wan Chicheng propuesta impulsada por una corriente paralela
mixer. mezclador. However, the conversion gain is very low [4]. Sin embargo, la ganancia de conversión es muy baja [4]. Eric Eric
AM Klumperink designed a switched transconductor AM Klumperink diseñado un transconductor conmutación
mixer [5]. mezclador [5]. Unfortunately, the output is in voltage mode Por desgracia, la salida está en el modo de voltaje
with an unnecessary IV conversion achieved with a resis- con una innecesaria conversión IV consigue con una resis-
tor load. tor de carga. Here, we propose a current mode mixer process- Aquí, proponemos una corriente modo de batidora de procesos
ing of current signal. ción de la señal actual. Current mode approach has some modo de enfoque actual tiene algunas
advantages, such as extended bandwidth, ease of addition, ventajas, tales como ancho de banda ampliado, la facilidad de adición,
subtraction and multiplication of signals, simple circuit resta y multiplicación de señales, simple circuito
structure, higher dynamic range, suitability of operation in estructura, un mayor rango dinámico, la conveniencia de la operación en
reduced power supply environment, low power consump- de consumo reducido ambiente de suministro, el consumo de baja potencia-
tion, low voltage operation, micro-miniaturization [6]. , operación de bajo voltaje, micro-miniaturización [6].
The contents of this paper are as follows. El contenido de este documento son los siguientes. First, we En primer lugar,
will discuss this mixer-switch problem in Section 2, taking Discutiremos este problema-switch del mezclador en la sección 2, teniendo
a commonly used active CMOS mixer as a starting point. utiliza un mezclador activo CMOS comúnmente como un punto de partida.
The "switched current mirror" mixer will then be proposed El "espejo de corriente conectado" mixer a proponer
in Section 3. en la sección 3. Experimental results on a switched current Resultados experimentales sobre una corriente conmutada
mirror mixer realized in 0.18μm CMOS are reported in mezclador espejo se dio cuenta de 0.18μm CMOS se reportan en
Section 4, while the conclusion is presented in Section 5. Sección 4, mientras que la celebración se presenta en la sección 5.
2. 2. Switch Problem in Conventional Switch problema en Convencionales
Mixers Mesas
Active mixers are commonly used in RF CMOS mezcladores activos son de uso común en RF CMOS
transceiver circuits [6]. circuitos transmisor-receptor [6]. Fig. La figura. 1(a) shows a single balanced 1 (a) muestra una sola equilibrada
version of a simple active mixer configuration. versión de una configuración de mezclador activo simple. It consists Consiste
of a transconductance stage, switches (M de una etapa de transconductancia, interruptores (M
2 2
and M y M
3 3
), and ), Y
a load network. una carga de red. Voltage V Voltaje V
B B
biases the transconductance los prejuicios de la transconductancia
stage at a current I etapa en una corriente I
B B
and transconductance g y transconductancia g
m m
, resulting in , Resultando en
a voltage-to-current conversion from V un a corriente de conversión de voltaje de V
RF RF
to drain–current para drenar la corriente
variation g variación de g
m m
* V * V
RF RF
. . The switches M Los interruptores M
2 2
and M y M
3 3
are driven by son impulsados por
anti-phase LO signals, denoted here as V de lucha contra la fase de las señales de LO, denotada aquí como V
LO LO
+ and V + Y V
LO LO
-. -. To A
mimic multiplication with a square wave with frequency, imitan la multiplicación con una onda cuadrada con la frecuencia,
the LO amplitude must be chosen sufficiently high to fully la amplitud LO debe ser elegida lo suficientemente alto para totalmente
switch the transconductor current to either I cambiar el transconductor actual o yo
O1 O1
or I o yo
O2 O2
. . For Para
the purpose of a first-order functional analysis, we can el propósito de un primer orden análisis funcional, podemos
model the operation of M modelo de la operación de M
2 2
and M y M
3 3
as switches driven by como interruptores impulsado por
the logic signal LO and its inverse, as shown in Fig. la LO señal lógica y su inverso, como se muestra en la figura. 1(b). 1 (b).
Here, the direction of switch current is the same as Aquí, la dirección del interruptor de corriente es la misma que
direction of supply voltage, just like Fig. dirección de la tensión de alimentación, al igual que la figura. 1(c). 1 (c). So, V Por lo tanto, V
dd dd
is es
equal to V igual a V
load carga
(voltage of load) plus V (Tensión de carga), además de V
switch interruptor
( V (V
ds ds
of switch del interruptor
transistor) and V transistor) y V
tran tran
( V (V
ds ds
of transconductance stage). de la etapa de transconductancia).
Page 2 Página 2
296 296
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. 1. (a) Conventional Single Balanced Active MOS Mixer 1. (A) Convencionales único MOS Activo Balanced Mixer
(b) Functional Representation for Large Switching (B) Representación funcional para el cambio de gran
Signals, (c) Directions of Supply Voltage and Switch Señales, (c) Cómo llegar la tensión de alimentación y el interruptor
Current. Actual.
This voltage mode circuits operate with high Esta circuitos de voltaje de modo operar con alta
impedance nodes such that voltage swings are large. impedancia de los nodos de tal manera que oscilaciones de tensión son de gran tamaño. In the En el
next section, we propose a current mode mixer requiring siguiente sección, se propone un mezclador de modo actual, que requiere
almost no voltage headroom across the switch. casi no hay espacio para la cabeza de tensión en el interruptor.
3. 3. Switched Current Mirror Mixer Conmutada Mixer espejo actual
Fig. La figura. 2(a) shows the switched-current-mirror. 2 (a) muestra la conmutación de la corriente-espejo. The key La clave
to the new mixer is to make sure that the directions of sup- al mezclador nuevo para asegurarse de que las direcciones de apoyo
ply voltage and switch remain quadrature to each other, capas de tensión y el interruptor de permanecer en cuadratura entre sí,
just like Fig. al igual que la figura. 2(b). 2 (b). Here, V En este caso, V
dd dd
is equal to V es igual a V
bias parcialidad
( V (V
ds ds
of current de las actuales
mirror bias transistor) plus V espejo transistor sesgo), además de V
mirror espejo
( V (V
ds ds
of M de M
1 1
or M o M
2 2
). ). Com- Com-
pared to conventional switching mixer, like Fig. comparación con el cambio mesa de mezclas convencionales, como en la figura. 1(c), 1 (c),
V V nerio ramirez
No hay comentarios:
Publicar un comentario