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Analisi e progetto di un cascode Low Noise Amplifier ad 1GHz

Il problema affrontato nell’elaborato è l’analisi e il progetto di un LNA a RF in tecnologia CMOS, utilizzato in applicazioni DECT, PCS e GPS. Le specifiche a cui tale circuito deve soddisfare sono:
- frequenza di lavoro pari ad 1GHz;
- figura di rumore non superiore a 2dB;
- potenza dissipata non maggiore di 15mW;
- adattamento ingresso e uscita a 50Ω
- input return loss(S11) dell’ordine di -8dB;
- output return loss(S22) dell’ordine di -15dB;
- guadagno di tensione dell’ordine di 20dB
- reverse isolation(S12) dell’ordine di -45dB

I parametri tecnologici ai quali si fa riferimento per il dimensionamento del circuito sono quelli relativi alla tecnologia N5BO MOSIS 0.5 e la tensione di alimentazione è di 1V.

Come visto dai calcoli e dalle simulazioni eseguite, le specifiche imposte sono state rispettate.

Il primo capitolo della trattazione è stato dedicato allo studio dell’LNA all’interno di un sistema di ricetrasmissione, e allo studio della teoria del rumore nei circuiti elettronici, richiamando anche concetti fondamentali sul dispositivo MOS.
Il secondo capitolo è interamente dedicato allo studio delle componenti di rumore di un dispositivo MOS, e al calcolo della figura di rumore complessiva di tale dispositivo.
Il terzo capitolo si occupa di una descrizione più dettagliata di un LNA e dei parametri che lo caratterizzano, ed illustra metodologie di progettazione a RF.
Si passa quindi all’analisi e al dimensionamento del circuito finale: a tal proposito il contributo personale apportato è stato quello di ricavare delle relazioni analitiche che permettano di dimensionare i componenti del circuito, nonché simulazioni che ne verifichino l’attendibilità con i software PSPICE e APLAC RF 8.0 Student Version.
E’ stata rigorosamente ricavata nell’elaborato la relazione che permette di trovare la W_opt dei dispositivi MOS (ovvero la larghezza di gate ottimizzata tenendo conto della figura di rumore e della potenza dissipata dal dispositivo) ed è stata mostrata la convenienza della configurazione cascode a degenerazione di source induttiva: si riesce quindi ad avere contemporaneamente una ridotta figura di rumore, una ridotta potenza dissipata e un guadagno di tensione relativamente elevato. Inoltre lo stadio cascode favorisce un ottimo isolamento tra ingresso e uscita grazie all’eliminazione della capacità "a ponte" di Miller. Sono stati di ausilio per la realizzazione della trattazione diversi articoli inglesi (citati nella bibliografia dell’elaborato) e tutorial per l’utilizzo di APLAC.

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6 CAPITOLO 1 INTRODUZIONE In questo capitolo si vuole inquadrare l’amplificatore LNA all’interno di un sistema di ricetrasmissione e analizzare il motivo che porta al suo utilizzo in tale sistema. Esso per essere caratterizzato da una bassa cifra di rumore elettronico, si distingue dai classici amplificatori utilizzati nell’elettronica analogica. Si esplicita quindi il concetto di rumore nei circuiti elettronici e tutti i parametri utili per darne una caratterizzazione completa e definita. Infine si illustra per grandi linee il funzionamento del dispositivo MOSFET, riportando le relazioni principali che ne definiscono le caratteristiche e il funzionamento, che possono rivelarsi utili per il dimensionamento del dispositivo; si illustra il modello a piccolo segnale del MOS e le capacità parassite della struttura. 1.1 LNA IN UN SISTEMA DI RICETRASMISSIONE Nell’ambito delle telecomunicazioni i ricetrasmettitori sono sistemi di largo impiego in quanto, su un certo canale di comunicazione, la trasmissione o la ricezione delle informazioni è spesso bidirezionale. Sul mercato esistono vari tipi di ricetrasmettitori , per applicazioni di varia tipologia come applicazioni DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunication), PCS(Process Control System) e GPS; altrettante sono le aziende che si occupano di design e produzione di ricetrasmettitori (solo per citarne alcune abbiamo: Motorola, Midland, Kenwood ecc). Non è facile presentare uno schema completo di un moderno sistema di ricetrasmissione, in quanto in letteratura molteplici sono gli schemi a blocchi proposti, che variano in base alle reali applicazioni a cui il ricetrasmettitore è indirizzato (fig 1.a, 1.b). Scopo del seguente elaborato non è l’analisi dettagliata di un sistema di ricetrasmissione Figura (1.a): schema a blocchi di un ricetrasmettitore

Laurea liv.I

Facoltà: Ingegneria

Autore: Giuseppe Macera Contatta »

Composta da 71 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.