Безiндуктивний широкополосний енергоефективний активний балун для частот до 60 ГГц
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
У статті представлено безіндуктивний широкосмуговий енергоефективний активний балун з використанням 22нм технології на основі диференціальної пари. Даний пристрій може працювати в діапазоні частот від 2 ГГц до 60 ГГц з напругою живлення 0,8 В і споживати до 3 мА струму. Особливістю цього активного балуна є те, що він не має індуктивних компонентів, що зменшує його розмір і втрати сигналу. Що стосується характеристик вихідного сигналу, то його амплітуда коливається від 450 мВ до 200 мВ в робочому діапазоні частот. Коефіцієнт посилення сигналу в діапазоні від 1 ГГц до 60 ГГц змінюється від -10 дБ до 4 дБ, розмір схеми на мікросхемі 48 мкм на 34 мкм. Крім того, прилад має високу швидкодію і малу похибку дисбалансу фаз, яка становить менше 2о.
При розробці використовувалися сучасні методи дизайну та верифікації схеми перед виготовленням. Завдяки відсутності індуктивних елементів, активний балун, маючи невеликі розміри та знижене енергоспоживання, Відповідає необхідним умовам, щоб наступні блоки пристрою могли обробляти згенерований сигнал.
Під час побудови топології пристрою була проведена перевірка на наявність паразитних явищ, таких як паразитні ємності та опори, а також проведена перевірка на виснаження провідників під дією струму. Виконане топологічне креслення дозволило провести моделювання, яке наближає результати схеми до поведінки мікросхеми після виготовлення.
Загалом цей неіндуктивний широкосмуговий енергоефективний активний балун використовується як вхідний блок частотного поділу. Огляд актуальних конструкцій широкосмугового балуна, придатних для модуляції сигналів без нижчих частот зрізу, проведено дял порівняльної характеристики параметрів розробленого балуна.
Недоліком схеми можна назвати дисбаланс амплітуд, тому після активного балуна необхідно використовувати підсилювач, хоча найчастіше підсилювачі ставлять на вході будь-яких схем.
Запропонована схема демонструє найкращий розмірно-фазовий баланс у поєднанні з малою потужністю.
Він дозволяє отримувати стабільний сигнал на високій швидкості передачі даних і забезпечує енергозбереження за рахунок низького споживання струму.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
N. Marchand, "Transmission-Line Conversion Transformers," Electronics, vol. 17, pp. 142-145, 1944.
H.-K. Chiou та J.-Y. Lin, «Symmetric offset stack balun in standard 0.13-µm CMOS technology for three broadband and low-loss balanced passive mixer designs.,» IEEE Trans. Microw. Theory Techn. , vol. 59, pp. 1529–1538, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2011.2140123
G. Yang, K. Tang та Z. Wang, «3.6–8.1 GHz CMOS balun with 1.8◦ in-band phase difference by using capacitive balance compensation technique.,» Microw. Opt. Technol. Lett. , vol. 62, pp. 1548–1551, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics12020468
H.-K. Chiou, H.-H. Lin та C.-Y. Chang, «Lumped-element compensated high/low-pass balun design for MMIC double-balanced mixer.,» IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. , vol. 7, pp. 248–250, 1997. DOI: https://doi.org/10.1109/75.605493
A. Kumar, F.-Y. Meng, C. Wang, K. Adhikari, T. Qiang, Q. Wu та Y. Wu, «Design analysis of integrated passive device-based balun devices with high selectivity for mobile application.,» IEEE Access, vol. 7, pp. 23169–23176, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2898513
J. Cao, Z. Li, Q. Li та Z. Wang, «A wideband transformer balun with center open stub in CMOS process.,» IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. , vol. 24, pp. 614–616, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2014.2328897
U. Park, «A Wilkinson-type balun using a composite right/left-handed transmission line.,» J.Inf. Commun. Converg. Eng. , vol. 11, pp. 147–152, 2013. DOI: https://doi.org/10.6109/jicce.2013.11.3.147
V. Issakov, S. Trotta and H. Knapp, «Low-voltage flip-flop based frequency divider up to 92-GHz in 130-nm SiGe BiCMOS technology,» 2017 Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-wave Circuits Workshop (INMMiC), pp. 1-3, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/INMMIC.2017.7927321
P. Starke, V. Rieß, C. Carta, and F. Ellinger, «Active Single-Ended to Differential Converter (Balun) for DC up to 70 GHz in 130 nm SiGe,» IEEE BiCMOS and Compound semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), pp. 1-4, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/BCICTS45179.2019.8972713
Huang, Bo-Jiun Huang, Bo-Jr Lin, Kun-You Wang, Huei, «A 240 GHz active balun using 0.13 m CMOS process,» Microwave and Wireless Components Letters, no. 19, pp. 164-166, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2009.2013740
B. Razavi, Design of analog CMOS integrated circuit, McGraw Hill, 2001. ISBN: 0-07-238032-2
B. Razavi, RF Microelectronics (2nd Edition), Prentice Hall Press, 2011. ISBN: 0-13-887571-5
W. M. C. Sansen, Analog Design Essentials (The International Series in Engineering and Computer Science), Berlin: Springer-Verlag, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/b135984
K. Wu, K. Lai, R. Hu, and C. Chang, «DC-50GHz wideband phase- compensated 90nm-CMOS active balun design,» Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), vol. 3, pp. 1-3, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/APMC.2015.7413445
A. Jahanian and P. Heydari, «A CMOS Distributed Amplifier With Distributed Active Input Balun Using GBW and Linearity Enhancing Techniques,» IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 60, no. 5, p. 1331–1341, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/RFIC.2011.5940664
C. Huynh and C. Nguyen, «Ultra-Wideband Active Balun Topology and Its Implementation on SiGe BiCMOS Across DC 50 GHz,» IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 26, no. 9, p. 720–722, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2016.2597365
J.-Y. Li, W.-J. Lin, M.-P. Houng, and L.-S. Chen, “A Low Power Consumption and Wide-Band Input Matching CMOS Active Balun for UWB System Applications”, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, vol. 24, no. 11-12, pp. 1449–1457, Jan. 2010. DOI: https://doi.org/10.1163/156939310792149641
A. Niknejad, Electromagnetics for High-Speed Analog and Digital Communication Circuits, Cambridge University Press, 2007. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511805738.008
