Eshghabadi, Farshad (2016) Design Of Integrated Reconfigurable Rfcmos Low-Noise Amplifiers For Cellular And Wireless Systems. PhD thesis, Universiti Sains Malaysia.
![[img]](http://eprints.usm.my/style/images/fileicons/application_pdf.png)
|
PDF
- Submitted Version
Download (258kB) | Preview |
Abstract
Perkembangan ekstensif dalam dunia komunikasi mudah alih telah menghasilkan cabaran baharu kepada “transceiver” tanpa wayar disebabkan keperluan beroperasi pada pelbagai jalur frekuensi dan piawaian. Perkembangan ini menggalakkan penyelidikan mengenai LNA frekuensi konfigurasi semula berbilang-jalur berbilangpiawaian menggantikan berbilang LNA jalur-tunggal yang selari. Ini dapat mengurangkan keluasan “die” dan lesapan kuasa yang memenuhi keupayaan mudah alih dan kesepaduan yang tinggi. Dalam projek ini, tiga teknik frekuensi konfigurasi semula diperkenalkan bagi mereka bentuk LNA kaskod induktif-ternyahjana dwi-jalur yang berkeupayaan menghasilkan padanan masukan dan hingar serentak walaupun terdapat kekangan kuasa. Semua reka bentuk dilaksanakan menggunakan teknologi 0.13-μm RFCMOS beroperasi pada 900-MHz dan 1900-MHz GSM serta 2450-MHz dan 3650-MHz WLAN. Di samping itu, dua LNA jalur-tunggal telah dibangunkan untuk beroperasi pada 900-MHz dan 2450-MHz bagi tujuan perbandingan. Teknik yang diperkenalkan ialah hibrid teknik kapasitan tersuis, hibrid teknik lebartransistor/ transkonduktans/kapasitan-Miller tersuis dan teknik aruhan boleh ubah berasaskan transformer. Teknik-teknik ini mengurangkan keluasan kapasitor, dan menghasilkan prestasi hingar dan gandaan yang lebih baik bagi kedua-dua jalur di samping mengekalkan pemadanan hingar dan masukan serentak berbanding dengan teknik konfigurasi semula konvensional. Persamaan dihasilkan untuk reka bentuk awal LNA bagi menilai teknik sebelum pelaksanaan. Keputusan simulasi pasca-bentangan dibandingkan dengan keputusan pengukuran bagi penilaian dan pengesahan. Semua reka bentuk LNA dwi-jalur mencapai kelebihan yang dipunyai oleh LNA jalur-tunggal jalur-sempit melalui prestasi mereka yang tinggi di samping mencapai juga kelebihan LNA jalur-lebar disebabkan liputan pelbagai-jalur pelbagai-piawaian. Semua reka bentuk berupaya mencapai angka hingar di antara 1.55 ke 3.97 dB, dengan S11 kurang dari -10 dB, di samping gandaan melebihi 13.4 dB, pada lesapan kuasa di bawah 10 mW bagi semua jalur operasi. Metrik kelelurusan, IIP3 dan P1dB, adalah lebih baik dari masing-masing, -8 dBm dan -21 dBm. Lebar jalur bagi semua LNA adalah cukup untuk meliputi semua jalur piawaian yang dikehendaki. Prestasi ini menunjukkan bahawa semua reka bentuk berupaya untuk memenuhi spesifikasi sasaran bagi jalur 900-MHz, 1900-MHz, 2450-MHz dan 3650-MHz. Sebagai tambahan kepada semua pencapaian ini, satu kaedah baharu berdasarkan analisa elektromagnetik telah dibangunkan yang boleh menggantikan simulasi pasca-bentangan (PLS) menggunakan ekstrak parasitik RC konvensional. Kaedah elektromagnet ini dapat menganggarkan dengan lebih tepat anjakan frekuensi yang dilihat daripada keputusan pengukuran berbanding dengan PLS dengan ekstrak parasitik RC konvensional. Di samping itu, kaedah ini juga boleh membantu pereka bentuk untuk diagnos dengan lebih tepat reka bentuk LNA bersepadu-penuh tanpa komponen luar-cip sebelum rekabentuk itu difabrikasi. ________________________________________________________________________________________________________________________ The extensive growth in worldwide mobile communications has introduced new challenges to wireless transceivers as they need to operate at a variety of frequency bands and standards. This encourages researches on multi-band multi-standard frequency-reconfigurable LNAs as an option to multiple parallel single-band LNAs. This reduces the die area and power consumption and provides higher mobility and integration. In this work, three frequency-reconfigurable techniques were introduced to design dual-band inductively-degenerated cascode LNAs with power-constrained simultaneous noise and input matching capability. The designs were implemented in 0.13-μm RFCMOS technology to operate at 900-MHz and, 1900-MHz GSM, and 2450-MHz and 3650-MHz WLAN standard bands. In addition to dual-band LNAs, two single band LNAs were developed to operate at 900-MHz and 2450-MHz for comparison purpose. The techniques introduced were hybrid of switched capacitances technique, hybrid of switched transistor-width/transconductance/Miller-capacitance technique and transformer-based variable inductance technique. The techniques introduced less capacitor area, better noise and gain performances for both bands and preserved simultaneous noise and input matching compared to conventional reconfigurable techniques. Equations were developed for initial LNA designs to evaluate the techniques before implementation. The post-layout simulation results were compared to measurement results for evaluation and verification. The measured results satisfied all objectives of this work. The dual-band LNA designs showed advantages of a single-band narrow-band LNA because of its high performance together with the advantage of a wideband LNA because of its multi-band multistandard coverage. For all operating bands, all designs could achieve noise figure between 1.55 and 3.97 dB with S11 less than -10 dB as well as gains more than 13.4 dB while the power consumption were lower than 10 mW. IIP3 and P1dB as linearity metrics were better than -8 dBm and -21 dBm, respectively. The bandwidth for all LNAs were sufficient to cover the required bands for desired standards. These performances show that all design are able to meet the targeted specification for 900- MHz, 1900-MHz, 2450-MHz and 3650-MHz bands. In addition to these findings, a new method based on electromagnetic analysis was developed that can replace the conventional post-layout simulation with RC parasitic extraction. The electromagnetic method predicted the frequency shift observed in the measurement more accurately than the conventional PLS with RC parasitic extraction. Also, using this method, designers are able to diagnose the fully-integrated LNA designs with no off-chip component before fabrication more precisely.
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Additional Information: | Full text is available at http://irplus.eng.usm.my:8080/ir_plus/institutionalPublicationPublicView.action?institutionalItemId=2801 |
| Subjects: | T Technology T Technology > TK Electrical Engineering. Electronics. Nuclear Engineering > TK7800-8360 Electronics |
| Divisions: | Kampus Kejuruteraan (Engineering Campus) > Pusat Pengajian Kejuruteraaan Elektrik & Elektronik (School of Electrical & Electronic Engineering) > Thesis |
| Depositing User: | Mr Mohd Jasnizam Mohd Salleh |
| Date Deposited: | 12 Jul 2018 04:38 |
| Last Modified: | 15 Aug 2018 03:51 |
| URI: | http://eprints.usm.my/id/eprint/40998 |
Actions (login required)
 |
View Item |
