Transcript Tokyo Tech Template - 松澤・岡田研究室

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
Matsuzawa
Matsuzawa
Lab.
& of
Okada
Lab.
Tokyo Institute
Technology
発表内容
•
•
•
•
•
1
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
2012/3/20
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研究背景
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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
• 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
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60GHz帯におけるミキサの課題
RF-LO isolation
LO leakage
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BB
BB
• 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
低いLOリークとRF-LOアイソレーションが必要
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60GHz帯のミキサ
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• 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
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• 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）
•
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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
RF+
RF+
BB+
BBLO-
LO+
RF-
RFLO+
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非対称コアミキサのレイアウト（提案） 7
•
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
RF+
LO+
BB+ BB-
RF2012/3/20
RF+
LO+
RF-
LO-
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ミキサの回路図
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• Active mixer
–Large CG
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Die photo
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• 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
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• 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 : -37.3dBc
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LOリーク
•
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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-20dBc
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性能比較
Up-conversion
mixer
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Conversion gain
[dB]
RF-LO
Isolation
[dB]
LO leakage [dBc]
Power
consumption
[mW]
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This work
[2]
65nm
130nm
90nm
4.3
4.0
4.5
-37.3
-37
-57.5
-41.1
-30
N/A
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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[1]
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まとめ
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• 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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Thank you for your attention!
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DC mismatch
LO leak [dBc]
0
-10
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𝟐𝑫𝑪𝒎𝒊𝒔𝒎𝒂𝒕𝒄𝒉
𝑳𝑶𝒍𝒆𝒂𝒌 = 𝟐𝟎 𝐥𝐨𝐠
[dBc]
𝑨𝑩𝑩
-20
-30
-40
-50
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
DC mismatch [mV]
• Vth variation causes DC mismatch.
• Larger DC mismatch, Larger LO leakage.
DC mismatch calibration
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Cgd mismatch
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RF-LO isolation [dB]
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
Capacitance mismatch [fF]
• Layout causes capacitance mismatch.
• Larger Cgd mismatch, Larger LO leakage and
RF-LO isolation.
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 Asymmetric layout
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Measurement system
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• 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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Matsuzawa
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Impedance
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RF port
LO port
• Solid line: measurement, Dotted line: simulation
• Markers show 60GHz point.
• The difference between simulation and measurement
is due to parasitic inductance.
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Large-signal characteristics
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• P1dB : -8.7dBm
• Psat : -5.2dBm
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