Design of Variable Gain Receiver Front-end with Wide Gain Variable Range and Low Power Consumption for 5.25 GHz

We design a CMOS front-end with wide variable gain and low power consumption for 5.25 GHz band. To obtain wide variable gain range, a p-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (PMOS FET) in the low noise amplifier (LNA) section is connected in parallel. For a mixer, single balanced and folded structure is employed for low power consumption. Using this structure, the bias currents of the transconductance and switching stages in the mixer can be separated without using current bleeding path. The proposed front-end has a maximum gain of 33.2 dB with a variable gain range of 17 dB. The noise figure and third-order input intercept point (IIP3) are 4.8 dB and -8.5 dBm, respectively. For this operation, the proposed front-end consumes 7.1 mW at high gain mode, and 2.6 mW at low gain mode. The simulation results are performed using Cadence RF spectre with the Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) $0.18\;{\mu}m$ CMOS technology.)

5.25 GHz에서 넓은 이득 제어 범위를 갖는 저전력 가변 이득 프론트-엔드 설계

본 논문에서는 5.25 GHz에서 넓은 이득 제어범위를 갖는 저전력 가변 이득 프론트-엔드를 설계하였다. 넓은 이득 제어범위를 갖기 위해, 제안된 저잡음 증폭에서는 가변이득 증폭기의 소스에 p-타입 트랜지스터를 연결하였다. 이 방법을 통해 증폭기의 바이어스 전류와 소스 임피던스를 동시에 조절할 수 있었다. 따라서 제안된 저잡음 증폭기는 넓은 이득 제어범위를 갖는다. 믹서에서는 입력 트랜스컨덕턴스단으로 p-타입 트랜지스터를 사용한 폴디드 구조가 제안되었다. 이 구조에서 믹서는 작은 공급 전압에서 각 단에 필요한 만큼의 전류만 흘려주기 때문에 저전력에서도 작동을 할 수 있다. 제안된 프론트-엔드는 최대 33.2 dB의 이득과 17 dB의 넓은 이득 제어범위를 갖는다. 이 때, 잡음지수와 IIP3는 각각 4.8 dB, -8.5 dBm을 갖는다. 이러한 동작을 하는 동안, 제안된 회로는 최대 이득상태에서 7.1 mW, 최소 이득상태에서 2.6 mW의 적은 전력을 소비한다. 시뮬레이션 결과는 TSMC $0.18\;{\mu}m$ CMOS 공정에서 Cadence를 이용하여 얻어졌다.