일반기술

전류 미러링을 이용한 믹서

새롭게 제안하는 전류모드 믹서는 그림 3에서 보여주는 바와 같이 전류미러에 기반한다. 전류 미러는 M3 M4 트랜지스터와 M5 M6 트랜지스터의 사이즈 비율만큼 전류가 흐르게 된다. 이러한 전류 미러를 응용한 믹서 회로는 Ref. [2] 나와 있으나 Active Mixer Type 으로 설계되어 전력 소모가 크다. 본 발명에서 제안하는 구조는 그림 4 와 같이 전류미러(Current Mirror) 에 Switching stage를 추가한 구조이다. 여기서 Switching stage는 그림 5 에서 보여주고 있듯이 passive 형태의 구조이다. 즉 Current Mirroring 이 되는 노드에 Switch를 달아서 on-off 동작을 함으로서 Mixing을 하게 하는 구조이다. 본 구조는 Active Mixer와 Passive Mixer의 장점만을 결합한 구조로서 Mixing 단에 전류가 흐르지 않아 1/f 노이즈가 낮고 Passive Mixer의 단점인 OP amp 의 노이즈가 증폭되지 않아 NF 가 좋다. 또한 Passive Mixer의 장점인 선형성이 여전히 높은 구조이다. 제안된 회로의 단점은 일반적인 Current Mirror 회로에서 보이는 단점인데 Current Mirror 회로의 Drain Current 노이즈가 문제가 된다. 즉 그림 그림 4 의 경우 M3, M4, M5, M6 의 Drain current noise 가 추가되어 발생하는 문제이다. 이 경우 M3, M4, M5, M6의 gm(transconductance)를 낮추어 주면 해결이 되는데 CMOS의 경우 Long channel Device를 사용하면 해결된다. 그러나 Long channel Device는 parasitic capacitance 가 많아서 고주파 성능이 좋지 못하다. 따라서 그림 5 와 같은 구조를 제안한다. 이는 M3, M4, M5, M6 노드에 inductor를 추가 하여 Source degeneration을 한 것이다. 일반적으로 source degeneration을 하게 되면 gm(transconductance) 값이 낮아 지게 되며 equivalent transconductance는 다음 수식으로 표현된다. 여기서 Gm 은 전체 transconductance 이며gm 은 트랜지스터의 transconductance 이고 jL 은 인덕턴스의 임피던스 값이다.는angular frequency 이다. 따라서 주파수가 높아짐에 따라 transconductance 값이 줄어들게 되며 적절한 인덕턴스 값을 사용하면 사용하는 주파수 대역에서 transconductance를 충분히 작게 할 수 있다.