LR-WPAN(IEEE 802.15.4) 적용을 위한 2.4Ghz 저전력 CMOS RF 수신기

Abstract

본 논문에서는 IEEE 802.15.4 LR-WPAN 적용을 위한 완전한 CMOS RF Front End를 구현하여 제작 측정하였다. 이 CMOS RF Front End IC는 0.18um CMOS 공정을 사용하였고, 64 pin MLF 패키지를 사용하였다. RF Front End는 Low IF 구조를 선택하였으며 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier), 혼합기, 대역필터(Band Pass Filter), 프로그래머블 이득 증폭기(Programmable Gain Aplifier) 그리고 ADC(Aanalog to Digital Convertor)로 구성하였다. 저잡음 증폭기는 저전력구동을 위해 높은 Q값[1]을 갖도록 Negative Gm을 활용하여 완전 차동 캐스코드 증폭기 토폴로지를 사용하였으며 혼합기는 선형성 및 노이즈를 최소화 하기 위해 전류 재사용 방식(Current reuse bleeding topology)을 활용하였다[2]. 대역통과 여파기는 Butterworth leap-frog type 의 3차 능동-RC 저역통과 여파기 프로토타입으로부터 LPF-to-complex 대역통과 여파기로 변환하여 구현하였다. 프로그래머블 이득 증폭기는 Op-Amp 피드백 방식을 활용하여 저항 배열의 비율에 따라 디지털 적으로 이득이 제어될 수 있도록 하였다. ADC는 전압기준(voltage reference), preamp, adc_latch, 엔코더(encoder), adc_클럭_발진기등으로 구성된 flash 방식을 사용하였다. 측정 결과, RF Front End 시스템 전체의 최대이득은 96dB 이었으며, 다이나믹 레인지는 -95dBm~ 0dBm, 잡음지수(Noise Figure)는 7dB 그리고 소모 전류는 9mA 이었다. 제작된 Front End 시스템은 1.8V의 구동전압을 사용하는 TSMC 0.18um CMOS 공정을 이용하여 제작하였다. 제작된 지그비(ZigBee)는 지능형 홈네트？p, 빌딩 등의 근거리 통신 시장과 산업용기기 자동화, 물류, 환경 모니터링, 휴먼 인터페이스, 텔레매틱스, 군사 등에 활용될 수 있다.