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Progettazione a RadioFrequenza

D.Zito, 19-20 Maggio 2003, Pisa

D. ZitoProf. B. Neri

Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni

Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione:

“Seminario d’Introduzione alla

Progettazione a Radiofrequenza e Simulatori”

- Parte 2

SommarioIntroduzione alla Progettazione RF

• Progettazione di Front-end RF

Simulazioni Elettromagnetiche

Tecnologie e CAD Tools

Low Noise Amplifier (LNA)

Topologia BCD

LNA Selettivo Integrato

Mixer

• Front-End Multi-Standard per WLAN 5-6 GHz

• Riepilogo e Conclusioni

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Base Coupled Differential (BCD) LNA Topology

Down -Bonding to

Ground Plane (GP)

1) ib2 = - ib4

ic2 = - ic4

Single to Differential

No Induttori Integrati

Uscite Simmetriche

Bonding to

Input Lead

2) hfe2 = hfe4

Front-End per Bluetooth (2.4 GHz): Layout

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Front-End per Bluetooth: Bonding Diagram

LNA Selettivo Integrato:Boot-Strapped Inductor (BSI)

Zp

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Boot-Strapped Inductor (BSI)

LNA Selettivo Integrato: IdeaBoot-Strapped Inductor

Input Stage Buffer Stage

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LNA Selettivo Integrato: Chip e Misure

Area=1200 x 700 µm2

trasformatoreinduttore STM Si Bipolar

fT = 25 GHz

Controllo Adattivo e LNA Selettivo perWLAN Multi- Standard (5-6 GHz)

outRF RFin

f

Peak

Detector

DACPLL

Calibration

Digital

LNA

ref

ADC

LNA Selettivo Tunable(5.15-5.825 GHz)Auto-Calibrazione Digitale

IBM SiGe-CMOS 0.25 µm, fT = 47 GHz

In collaborazione con l’Univ. di Berkeley (California,USA)

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Sommario

• Introduzione alla Progettazione RF

• Progettazione di Front-end RF




Mixer



Mixer

• Principio di Funzionamento

• Cella di Gilbert

• Isolamenti

• Noise Figure

• Guadagno di Conversione

• Linearità

Punto di Compressione (CP1dB)

Intercetta del 3° Ordine (IP3)

• Mixer a Reiezione (del Segnale Immagine)

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Principio di Funzionamento (1)

• Parametri Tipici

Principio di Funzionamento (2)

[ ])()( tbSaRItV RFout +=

−+= ∑

+∞=

−∞= Tnf

nnRfIbRfIafV

n

nRFRFout δ

ππ )2sin()()()(

Single-Ended Differenziale

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Cella di Gilbert (1)

• Struttura

Singolarmente Bilanciata Doppiamente Bilanciata


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( ) cos( ( ))RF RF RF MV t A t tω φ= −

Isolamenti e Noise Figure

RFOL

OLOLRFOL P

PI−

−− =

FIRF

RFRFFIRF P

PI−

−− =

FIOL

OLOLFIOL P

PI−

−− =

[ ][ ] IFfrequenzaatotaleNS

RFfrequenzaasegnalealdovutoNSFigureNoiseIF

RF=

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Guadagno di Conversione

[ ][ ]

IF IFC

ARF RF

PG

P=

tgmRR

RtVtV LOES

CRFout ω

πcos4

1)()(

1++=

πωωω C

ES

CFIRFIF

RgmRRRVV 2

1)()(

1++−=

S

CC R

RG 212π

=

Linearità• Punto di Compressione a –1dB: CP1dB

• Intercetta 3° Ordine: IP3

funzione di VOL

funzione di VOL

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Mixer a Reiezione (1)


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Sommario

Introduzione alla Progettazione RF

Progettazione di Front-end RF




Mixer



Front-End Multi-Standard (802.11a, HiPerLAN2) per WLAN 5-6 GHz

• Architettura a doppia conversione (IF- zero IF)

• Low Noise Amplifier (LNA)

• Mixer a Reiezione della Frequenza Immagine

• LNA + Mixer: Risultati delle Simulazioni

Noise Figure

Image Rejection

Analisi Transitoria

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Front-End Multi-Standard (802.11a, HiPerLAN2) per WLAN 5-6 GHz

Low Noise Amplifier (Topologia BCD)

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LNA + Buffer: Topologia BCD

LNA: Analisi Lineari

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Low Noise Amplifier: NFmin e Ron

Low Noise Amplifier: Noise Figure

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LNA: Risposta in Frequenza

immagine

segnale

LNA: Fattore di Stabilità

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LNA: Analisi Transistoria

LNA: Stabilità (transitorio)

VIF

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LNA: Linearità (CP1dB)

LNA: Linearità (CP1dB)

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Mixer a Reiezione della Frequenza Immagine: Cella di Gilbert

fRF= 5.25 GHz

fLO= 4.15 GHz

Mixer a Reiezione della Frequenza Immagine: Stadio OL

fLO= 4.15 GHz

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Mixer a Reiezione dell’Immagine: Stadio IF (Buffer + PP + Sommatore)

fLO= 4.15 GHz

fRF= 5.25 GHz

fIF= 1.1 GHz

Mixer: Analisi Pnoise

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Mixer: Noise Figure

(20.4 dB)

Mixer: Analisi PXF

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Mixer: GC e Reiezione dell’Immagine

immagine (-57 dB)

segnale (+6.5 dB)

Mixer: Linearità (CP1dB)

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LNA + Mixer: Analisi Pnoise

LNA + Mixer: Noise Figure

flicker GLNA decrescente

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LNA + Mixer: Analisi Transitoria

LNA + Mixer: GC e Image Rejetion

immagine (-40 dB)

segnale (+35 dB)

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LNA + Mixer: Transistorio

VIF

Riepilogo

Introduzione alla Progettazione RF

Progettazione di Front-end RF




Topologia BCD

LNA Selettivo Integrato

Mixer

Front-End Multi-Standard per WLAN 5-6 GHz

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Conclusioni

Power Amplifier (PA)

Voltage Controlled Oscillator (VCO)

Voltage Controlled Oscillator (VCO)

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Riferimenti

RF and Microwave Circuit Design for Wireless Communications – L.E.Larson Editor – Artech House

RF Microelectronics – B. Razavi – Prentice Hall

Analysis and Design of Analog Integrated Circuits Fourth Edition – P.Gray, R.Meyer, et al. – Wiley

ASITIC: http://formosa.eecs.berkeley.edu/~niknejad/asitic.html

E-mail: [email protected]

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