Abstract
A low-power, low-noise, highly-linear hybrid balun circuit is proposed for 2.4-GHz fully differential CMOS direct conversion receivers. The hybrid balun is composed of a passive transformer and loss-compensating auxiliary amplifiers. Design issues regarding the optimal signal splitting and coupling between the transformer and compensating amplifiers are discussed. Implemented in $0.18{\mu}m$ CMOS process, the 2.4 GHz hybrid balun achieves 2.8 dB higher gain and 1.9 dB lower noise figure than its passive counterpart and +23 dBm of IIP3 only at a current consumption of 0.67 mA from 1.2 V supply. It is also examined that the hybrid balun can remarkably lower the total noise figure of a 2.4 GHz fully differential RF receiver only at a cost of 0.82 mW additional power dissipation.
2.4 GHz 대역 완전차동 직접변환 수신기를 위한 저전력, 저잡음, 고선형성을 가지는 새로운 구조의 하이브리드 발룬(Hybrid Balun) 회로를 제안한다. 제안된 하이브리드 발룬은 수동형 트랜스포머(Passive Transformer)와 손실 보상용 보조 증폭기(Loss-compensating Auxiliary Amplifiers)로 구성된다. 트랜스포머와 보상용 증폭기 사이의 신호의 분리와 결합에 대한 설계 이슈들을 제시하였다. $0.18{\mu}m$ 공정으로 제작된 하이브리드 발룬은 수동형 발룬에 비해 2.4 GHz 대역에서 이득은 2.8 dB 높고 잡음지수는 1.9 dB 낮으며, 측정된 IIP3는 +23 dBm 이다. 전체 전력소모는 1.2 V 전원 전압에서 0.67 mA로서 저전력으로 구현되었다. 하이브리드 발룬 기술을 적용하여 설계된 무선센서노드용 CMOS 직접변환 수신기는 수동형 발룬을 사용했을 때 비해 0.82 mW의 추가 전력소모만으로 전체 잡음 지수를 현저히 낮출 수 있음을 확인하였다.
