이전에 설계했던 LNA와 mixer를 합쳐야한다.
합치고 나서 확인해볼 사항이
1. Conversion Gain
2. PAC LNA output node Gain & phase
3. MIXER noise figure
4. LO-RF Isolation
우선 이렇게 4개를 확인해서 결과가 어떻게 나오는지 확인하고 문제가 생기면 문제점을 파악하고 수정하는 방향으로 나아가려고 한다.
1. Conversion Gain은 PSS로 주기신호를 확인하고 Voltage db20을 확인해서 구한다.
2. PAC LNA는 PSS+PAC로 시뮬레이션을 돌리고 LNA output +,-를 gain과 phase를 확인해서 gain 이 충분히 큰지, 위상차이가 180인지 확인한다.
3. PSS+Pnoise를 확인해서 mixer의 NF를 확인한다.
4. PSS로 LO 신호와 RF신호, RF신호가 mixer로 넘어가는 node를 확인해서 LO신호의 db 차이를 확인해서 LO신호가 RF신호로 얼마나 넘어가는지 확인한다.
1. Conversion Gain은 약 18dB정도 나왔고 Mixer의 gain은 충분히 나온것으로 확인하였다. 하지만,,,,
2. PAC gain은 각 노드가 8.62dB, 7.59dB 밖에 나오지 않는다 Phase는 185정도로 나왔지만 gain이 너무너무 작게 나와 해당 gain이 mixer noise를 막아줄만큼 크지않다.
3. 그렇기에 NF가 9.95dB로 크게 나온것으로 생각하고 있다.
4. 또한 Isolation은 약 132dB가 나왔지만 Gain자체가 작기 떄문에 rf 신호가 증폭이 제대로 되지 않고 이로 인해 LO신호가 RF신호 쪽으로 넘어오는 문제라고 생각한다.
문제점!!
LNA의 Gain자체가 너무 낮아서 제대로 증폭이 되지않고 Noise를 제대로 줄여주지 못하고 있음. 이를 해결하기 위해 LNA자체의 Gain을 높여야 한다.
방법 1. Gain은 직접적으로 mosfet gm과 관련이 있기 때문에 전류량을 증가하거나 W를 조절하여 gm을 높인다. 다만 이 부분은 선형성을 떨어트릴 수 있기 때문에 gm, gm', gm''을 같이 확인하면서 진행해야 한다.
방법 2. LC 공진탱크의 ind의 크기를 키워서 gain을 끌어올린다.
Av = gm x Z(load) 이고 이때 Zload가 공진탱크에서 만들어진 임피던스이다. load impedance는 L에 비례, C에 반비례한다. 하지만 공진 주파수의 공식에 따라 ind가 커지면 c를 낮춰서 주파수를 맞춰주어야 하고 Q값도 함께 보면서 narrow band가 심해지지 않게 해야한다.
우선적으로는 전류량 보다는 방법 2를 사용하여 gain을 끌어올리려고 한다.
9.526n와 1.455p를 사용하려고 한다. sweep해서 ac gain을 얻은 결과이고 CS, CG단의 width도 함께 조절하여
양 쪽 노드의 gain이 15,14.69dB가 나오는 것을 확인하였다. Phase 또한 180차이가 나는 것을 확인하였다.
하지만 이렇게 gain이 나와도 NF가 좋지 않게 나와서 peaking ind 까지 값을 수정하기로 하였다. 아무래도 output node에 있기 때문에 gain, nf에도 영향을 주기 때문에 공진주파수인 2.4Ghz를 찾는 범위에서 ind의 값을 sweep해서 수정하였다. 물론 설계할 때 계산했던 값에서 어느정도의 범위에서 sweep하였다.
ind도 CG단, CS단의 peaking ind가 있기 때문에 phase 차이를 위해서 두개의 값을 다르게 가져가야할 것 같다.
CG 단은 8.12n이고 CS단은 아래의 사진처럼 7.414n로 결정하였다.
지금까지의 결과로 최종적으로 얻은 결과는 NF는 5.6dB로 떨어졌고 phase는 179도 차이, PAC LNA output node Gain 은 2.4Ghz에서 24.49dB 정도가 나오고 conversion gain은 16dB정도가 나왔다.
이제 내일은 PSP로 input impedance matching을 다시 맞춰주고 선형성도 확인해봐야한다.
추가로 Current Bleeding Circuit은 제거하였다.