1. 1 研究背景與動機
面對第五代行動通訊的到來，38 GHz 為在毫米波頻段內極有可能被使用的頻 段，高資料率(High data rate)與低功率的技術也隨之被提出，混頻器在整個無線收 發系統中扮演重要角色，且其線性度的特性更是在傳送端的設計上占有非常重要 的地位，被動混頻器由於它的高線性度與靈直流功率消耗的特性，已被廣泛使用，
但它也同時具有低轉換增益的缺點，於是我們期望去設計出一個在傳送端上的升 頻混頻器，同時具備高轉換增益與高線性度的特性。
1. 2 文獻探討
傳統設計的混頻器，不管是 Fundamental 和 Sub-harmonic 架構，如文獻[1]至 文獻[5]存在線性度有限，如以 Fundamental 架構設計的文獻[1][2]和直流功率效耗 過大的問題，如以 Fundamental 架構設計的文獻[3]和以 Sub-harmonic 架構設計的 文獻[4]，而有人會改良原本的基礎架構，例如文獻[5]就結合了 Dual-gate 高線性 度和 Gilbert-cell 高轉換增益的優點，而基於原本簡單架構，加入各種線性提升技 術的研究也廣泛被討論著，比較常見的技術為 Second-harmonic injection，由於 Third order distortion product 是經過交互調變後的雜訊中最接近原始訊號的，則利 用這項技術去消除之，如文獻[6][7][8]，在主動混頻器設計方面如文獻[9]，利用.
Linearized transconductance stage 和文獻[10]利用二極體線性器來提升線性度。
為了避免直流功率消耗的問題，我們首先採用被動混頻器，若沒有加入任何 線性提升技術，單一被動混頻器的轉換增益或線性度難以提升，如文獻[11][12][13]
的 Fundamental 架構和文獻[14][15]的 Sub-harmonic 架構中。前一段中有提及一些 技術來改變線性度，而在被動混頻器設計上，在文獻[16]中發現在混頻器的 LO 端
上加上一種 Non-Linear Transmission Line (NLTL)電路，能重塑 LO 端波形，而改 這技術用在晶片上稱作 Local Oscillator Boosting，以文獻[19]為例，該文獻是將一 基本 Fundamental 架構的混頻器加上此種技術後，經模擬發現可將轉換增益和線 性度同時提升，量測時也證實其轉換增益為-8.5dB，OP1dB 為-2.7 dBm，比原本 類似頻段下的混頻器特性來的好，在文獻[20]中也同樣使用 NTNL 架構在 LO 端 上，經量測後可比沒加 NTNL 時轉換增益增加 2.5 dB，OP1dB 增加 3 dB。
本 次 設 計 是 被 動 混 頻 器 ， 採 用 Local Oscillator Boosting 技 術 應 用 在 Fundamental 和 Sub-harmonic 兩種架構上。由於混頻器閘極端的波形在整體特性 中扮演重要角色，此技術能增大 LO 波形振福以減少訊號的損耗，並且因為減少
表 1-1(a) 已發表之混頻器比較表 and current reused
up Fundamental
double-balanced ring with IF buffer
up Fundamental
double-balanced Gilbert cell
up Fundamental
double balanced Gilbert cel
up Fundamental
Resistive Ring mixer
up ance stage
N/A LO boosting
表 1-1(b) 已發表之混頻器比較表
active balun and diode mixer
Linearity
1. 3 研究成果
本論文提出兩個混頻器設計，都針對高輸出功率與改善線性度做出設計與實 現，晶片製作採用標準 65-nm CMOS 製程，並完成設計、驗證與量測。
第一顆混頻器介紹於第三章，使用 Fundamental 架構並加上 LO 端線性提升 技術(LO boosting linearization technique)，在 LO 驅動功率 8 和 9 dBm 與 0.5 V 的 閘極偏壓下，轉換增益為-9.1 dB 和-8.4 dB，OP1dB 為-3.2 dBm 和-1.5 dBm，在 RF 頻率 31-41 GHz 間，當 LO 輸入功率為 6 dBm 時，轉換增益範圍為-10.4 dB 到-11.3 dB，直流功耗為 0 mW。
第二顆混頻器介紹於第四章，使用 Sub-Harmonic 架構並加上 LO 端線性提升 技術(LO boosting linearization technique)，在 LO 驅動功率 10 dBm 與 0.0 V 的閘 極偏壓和 0.25 V 的可變電容偏壓下，轉換增益為-10.4 dB，OP1dB 為-9.3 dBm，
在 RF 頻率 29-40 GHz 間，當 LO 輸入功率為 10 dBm 時，轉換增益範圍為-10.5 dB 到-10.1 dB，直流功耗為 0 mW。