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Study on Resistive Mixer Circuits in Reconfigurable Mobile Communication Systems
Circa, Radu
Innerhalb des letzten Jahrzehntes haben mobile Kommunikationssysteme ein enormes Wachstum erfahren. Diese Entwicklung wird durch die Einführung neuen Kommunikation Standards unterstützt, die die Audio- und die Datenübertragungsqualität erheblich verbessern. Leider erfüllt jedoch noch immer kein drahtloses Kommunikationssystem alle Erwartungen hinsichtlich einer höheren Mobilität bei gleichzeitig größerer Datenrate. Genauso wenig gibt es ein Standard, der eine komplette Verfügbarkeit auf allen Kontinenten gewährleistet. Dieser Mangel eines universellen Standards erfordert die Entwicklung neuer rekonfigurierbarer Geräte, die in der Lage sind, mehrere Kommunikations Standards zu unterstützen. Diese Entwicklung eines rekonfigurierbaren mobilen Empfangsgeräts, das die Kommunikationsstandard der dritten Generation UMTS, der amerikanische WLAN Standard IEEE 802.11a und die europäische Entwicklung HIPERLAN/2 zusammenführt, stellte den Ausgangspunkt für die folgende Arbeit dar. Das Front-end des Empfängers ist eine Kombination aus Super-heterodyne und Zero-IF Architektur und wurde durch eine systematische Analyse der Eigenschaften der eingesetzten Standards ausgewählt. Um die praktische Umsetzbarkeit der untersuchten Prinzipien zur Rekonfigurierbarkeit zu demonstrieren, wurden die Schlüsselfunktionsblöcke des Front-Ends in einem hybriden Empfangsdemonstrators integriert, dessen Funktionalität eingehend untersucht worden ist. Die Funktionsblockanalyse wird auf die Blöcke zur Frequenzumsetzung eingeschränkt. Ein breiter Überblick über den unterschiedlichen Mischerlösungen wird dargestellt. Der passive Mischer hat sich angesichts seiner Linearität- und Rauschperformance gegenüber allen anderen Mischerarten durchgesetzt. Die Schaltungsentwicklung, die Implementierung und die Performancecharakterisierung eines solchen Mischers sind in diesem Dokument ausführlich beschrieben. Neben der praktischen Implementierung, wurden auch theoretische Aspekte, wie das Intermodulationsverhalten und die Abhängigkeit dieses Verhaltes von der Amplitude des LO (local oscillator) Signals, oder der Transistorsvorspannung untersucht.
In the past decade, portable mobile communication systems have experienced a tremendous growth. This development is fully supported by the introduction of new communication standards that push the voice and data transmission quality to new limits. Unfortunately, still no wireless standard can fulfill all the expectations concerning a higher mobility and superior data rates. Neither is there a standard that offers a complete coverage on all continents. These realities create the necessity for new reconfigurable devices able to support several communication standards. A reconfigurable mobile terminal, which supports the third generation Universal Mobile Telecommunication System UMTS, the American wireless LAN standard IEEE 802.11a and its European counterpart – HIPERLAN/2 represented the motivation for the following work. Its receiver front-end is a combination of heterodyne and zero-IF architectures and was chosen based on a systematic analysis of the standards employed. The functional block analysis is restricted to the frequency conversion blocks. An extended overview over the different mixer solutions is presented. The most suitable mixer solution for the present project was considered to be the resistive mixer whose design, implementation and measurement is described in detail along the document. In extension to the practical implementation, a theoretical investigation of the intermodulation behavior is present. The theory explains the dependency between the mixer intermodulation performance and the transistor biasing. In order to demonstrate the applicability of the reconfiguration principle, the key functional blocks of the receiver have been developed, implemented and tested in a hybrid front-end, which is fully described together with some of the measurement results.
