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.

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1 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

2 1 発表内容 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 Shinji Sato, Tokyo tech.

3 2 2012/3/20 研究背景 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 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 Shinji Sato, Tokyo tech.

4 3 60GHz 帯におけるミキサの課題 低い LO リークと RF-LO アイソレーションが 必要 RF-LO isolation LO leakage 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 2012/3/20 BB Shinji Sato, Tokyo tech.

5 4 60GHz 帯のミキサ 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 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

6 5 ダブルバランスドミキサ 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 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

7 6 対称コアミキサのレイアウト（従来） LO+ LO- RF+ RF- LO- RF- LO+ RF+ BB+ BB- 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 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

8 7 非対称コアミキサのレイアウト（提案） RF+ RF- LO- LO+ 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 2012/3/20 LO+ LO- RF- RF+ BB+ BB- Shinji Sato, Tokyo tech.

9 8 ミキサの回路図 Active mixer –Large CG 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

10 9 Die photo 65nm CMOS プロセス ミキサコア面積 : 160×50[μm 2 ] 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

11 10 RF-LO アイソレーション 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 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

12 11 LO リーク DC ミスマッチキャリブレーションを行った 差動片側の V gBB を 0.5V に固定し、もう一方の V gBB スイープし た。 LO リーク： -41.1dBc 対称コアレイアウト：約 -20dBc 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

13 12 性能比較 Up-conversion mixer This work[1][2] Technology 65nm130nm90nm Conversion gain [dB] 4.34.04.5 RF-LO Isolation [dB] -37.3-37-57.5 LO leakage [dBc] -41.1 -30N/A Power consumption [mW] 5.424.015.1 [1] F. Zhang, et al., Electronics Letters, 2012 [2] T. Tsai, et al., Electronics Letters, 2012 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

14 13 まとめ 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。 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

15 14 2012/3/20 Thank you for your attention! Shinji Sato, Tokyo tech.

16 15 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

17 16 DC mismatch V th variation causes DC mismatch. Larger DC mismatch, Larger LO leakage.  DC mismatch calibration 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

18 17 Layout causes capacitance mismatch. Larger C gd mismatch, Larger LO leakage and RF-LO isolation.  Asymmetric layout C gd mismatch 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

19 18 Measurement system BB and LO input : Signal generator RF output : Spectrum analyzer 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

20 19 Conversion gain BB frequency : 100MHz LO frequency : 62.64GHz 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

21 20 Impedance Solid line: measurement, Dotted line: simulation Markers show 60GHz point. The difference between simulation and measurement is due to parasitic inductance. RF portLO port 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.

22 21 Large-signal characteristics P 1dB : -8.7dBm P sat : -5.2dBm 2012/3/20 Shinji Sato, Tokyo tech.