Passiver zweifach Quadratur-Frequenzumsetzer für leistungseffiziente Sliding-IF-Architekturen.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In Low-Power-Funksystemen ist die Sliding-IF-Architektur aufgrund der geringen Stromaufnahme durch die geringeren Frequenzen der Lokaloszillatorsignale im Begriff sich durchzusetzen. In diesem DFG Projekt wurde eine neuartige, passive zweifach Quadratur-Frequenzumsetzer Architektur (DQSIF-Mischer) mit einer bereits bestehenden Variante eines passiven Sliding-IF-Mischers (SIF-Mischer) verglichen. Die Besonderheit der neuen Architektur zeichnet sich darin aus, dass beide Mischerstufen eine komplexwertige Frequenzumsetzung vornehmen und nicht wie bei der konventionellen Variante die Aufspaltung in Inphase und Quadratursignal erst in der zweiten Mischerstufe vorgenommen wird. Die Rauschzahl und der Übertragungsgewinn der Struktur wurden insbesondere in Bezug auf die relative Phasenlage der Lokaloszillatorsignale untersucht. Dazu wurde auf Basis einer Literaturrecherche theoretische Berechnungen angestellt. Die Ergebnisse konnten mit Simulationsergebnissen aus MATLAB Modellen verifiziert werden. Außerdem wurde die zu untersuchende Struktur in Cadence Virtuoso, einer Entwicklungsumgebung für integrierte Schaltungen, aufgebaut und in einem 2,4 GHz Empfänger eingebettet, um realistische Eingangssignale und Lastbedingungen sicherzustellen. Für eine bessere Vergleichsmöglichkeit wurden die Ergebnisse Kennzahlen einer konventionellen passiven Sliding-IF-Architektur verglichen. Im Vergleich zu der SIF Architektur erzielt der DQSIF-Mischer einen 1,4 dB besseren Übertragungsgewinn und eine um einen ähnlichen Wert bessere Rauschzahl. Außerdem ist der Einfluss der relativen Phase zwischen den Lokaloszillatorsignalen der ersten und zweiten Mischerstufe geringer. Bei der Spiegelfrequenzunterdrückung erreicht der DQSIF Mischer für große Phasenfehler zwischen den Lokaloszillatorsignalen des I- und Q-Pfades deutlich bessere Werte als die konventionelle Architektur. Durch Simulationen mit variierenden Designparameter konnten Kenngrößen wie Stromaufnahme, Rauschzahl und Übertragungsgewinn des DQSIF Mischer optimiert werden. Die Stromaufnahme der untersuchten Architektur ist im Vergleich zum konventionellen SIF Mischer mehr als doppelt so groß auf Grund der zusätzlichen Mischerzellen, die angesteuert werden müssen. Um die besseren Eigenschaften bezüglich Rauschzahl und Übertragungsgewinn der zweifach Quadratur-Frequenzumsetzer Architektur mit den Vorteilen der geringeren Stromaufnahme einer konventionellen Sliding-IF Struktur zu kombinieren, wurde eine rekonfigurierbare Mischerstruktur entworfen, die ohne zusätzlichen Flächenbedarf zwischen konventionellem und zweifach Quadratur Betrieb umschaltbar ist. Somit lässt sich je nach Eingangsignalpegel zwischen einem Stromsparmodus (’konventioneller Betrieb’) und einem High-Performance Betrieb umschalten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Analysis and Design of a Passive Sliding IF Mixer with a Novel Built-in Gainstep Mechanism for an Integrated 2.4 GHz RF-Receiver. ICECS 2018
C. Beyerstedt et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ICECS.2018.8618016)
