Συντάχθηκε 01-02-2017 09:12
από Esthir Gelasaki
Email συντάκτη: egelasaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: υπάλληλος.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΑΓΓΕΛΟΥ ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ
με θέμα
Εργαλείο για βέλτιστη σχεδίαση ολοκληρωμένων ενισχυτών χαμηλού θορύβου με τεχνολογία RF CMOS
Τοοl for optimized design of integrated RF CMOS low noise amplifiers
Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Μπούχερ Ματτίας (επιβλέπων)
Καθηγητής Μπάλας Κωνσταντίνος
Αναπληρωτής Καθηγητής Μπλέτσας Άγγελος
Περίληψη
Η ζήτηση για μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων στις ασύρματες επικοινωνίες προκαλεί αυξανόμενη πίεση στη βιομηχανία σχεδίασης αναλογικών και RF κυκλωμάτων να αναζητεί συνεχώς λύσεις προκειμένου να καλύψει τις ανάγκες της αγοράς. H διαρκής ανάπτυξη της τεχνολογίας CMOS, εκμεταλλευόμενη στο έπακρο τα πλεονεκτήματα της μείωσης του μήκους καναλιού, έχει κυριαρχήσει στη βιομηχανία της σχεδίασης αναλογικών και RF κυκλωμάτων. Η κατασκευή τρανζίστορ τεχνολογίας CMOS σε επίπεδο νανομέτρων δίνει τη δυνατότητα εκμετάλλευσης υψηλότερων συχνοτήτων και συνεπώς μεγαλύτερων ταχυτήτων επικοινωνίας. Επιπροσθέτως, δίνει τη δυνατότητα ενσωμάτωσης ενός πλήρους τηλεπικοινωνιακού συστήματος στο ίδιο chip (SoC). Οι ενισχυτές χαμηλού θορύβου (LNA) είναι ένα από τα πιο βασικά τμήματα των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Η κρισιμότητα του LNA έγκειται στο γεγονός ότι επηρεάζει τη συνολική ευαισθησία του δέκτη περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο τμήμα του συστήματος και στόχος των σχεδιαστών είναι η δημιουργία LNA με υψηλό κέρδος και τη μικρότερη δυνατή προσθήκη θορύβου από το ίδιο το κύκλωμα. Κατά τη σχεδίαση RF κυκλωμάτων, ο σχεδιαστής βρίσκεται αντιμέτωπος με το πρόβλημα του συγκερασμού (trade-offs) διαφόρων μεγεθών όπως η κατανάλωση, το κέρδος, η γραμμικότητα, κ.α. Στόχος αυτής της εργασίας είναι ο ορισμός ενός θεωρητικού μοντέλου που προσδιορίζει τη βέλτιστη απόδοση (figure-of-merit) ενός LNA και στη συνέχεια η εισαγωγή μεθόδου σχεδίασης LNΑ με στόχο την προσέγγιση της θεωρητικής βέλτιστης απόδοσης. Στη διαδικασία της σχεδίασης προτείνεται η ενσωμάτωση ενός γενετικού αλγορίθμου ο οποίος βασιζόμενος στις διαδικασίες της φυσικής επιλογής, αναπαραγωγής και μετάλλαξης, βρίσκει πραγματικές λύσεις στο πρόβλημα της βελτιστοποίησης. Τέλος, παρουσιάζεται η αποδοτικότητα της χρήσης του μοντέλου εξισώσεων σε συνδυασμό με το γενετικό αλγόριθμο, με την εφαρμογή τους στη σχεδίαση ενός LNA κοινού εκπομπού στα 5 GHz. Ο βέλτιστος LNA λειτουργεί στη περιοχή της μέτριας αναστροφής, σύμφωνα με το αναλυτικό μοντέλο και τη διαδικασία βελτιστοποίησης. Επιπροσθέτως, μελετώνται τοπολογίες όπως οι cascode LNA και LNA κοινής πύλης. Αυτή η εργασία παρέχει πολύτιμες πληροφορίες στα trade-offs διαφορετικών τοπολογιών LNA.
Abstract [προαιρετικά]
The demand for larger bandwidth in wireless communications, motivates the RF circuit designers to advance to higher frequencies in order to serve the rapidly growing market. CMOS technology has dominated in the design of radio frequency and analog integrated circuits. Using devices in the nanometer regime, provides the possibility for greater operation frequencies and ultimately faster data rates. Additionally, RF circuit design is increasingly taking advantage of the aggressive scaling of submicrometer CMOS technologies that make possible the integration of complete tele-communication systems in a single chip (SoC). Low noise amplifiers (LNA) are one of the most important blocks of any telecommunication system. Their importance lies on the fact that they impact the noise performance more than any of the other blocks in the receiver chain. The main purpose of the low noise amplifier is to increase the power of the attenuated input signal, while at the same time minimizing the noise added to the chain by the circuit itself. In the RF design procedure, a designer faces the problem of trade-offs in quantities like consumption, gain, linearity etc. The purpose of this thesis is the introduction of a theoretical model that defines the optimum operation of a LNA (figure-of-merit) and afterwards the introduction of a design methodology that approaches the theoretical response. The thesis also proposes the integration of a genetic algorithm in the design sequence, that finds actual optimum solutions using the procedures of natural selection, reproduction and mutation. Finally, the efficiency of the equation model and genetic algorithm combination is showcased with the design of an optimum 5 GHz common source LNA. The optimal LNA design is obtained in the region of moderate inversion, according to both the analytical model and the optimization procedure. Furthermore, the other LNA topologies such as cascode LNA and common gate LNA are also evaluated. This work provides valuable insight into the design trade-offs of the different LNA topologies.
Τόπος: Λ - Κτίριο Επιστημών/ΗΜΜΥ, 145Π-58
Έναρξη: 03/02/2017 11:00
Λήξη: 03/02/2017 12:00
