Εισαγωγή στη Σχεδίαση Κυκλωμάτων RF

Transcript

1 Εισαγωγή στη Σχεδίαση Κυκλωμάτων RF Παραδείγματα προσαρμογής με χάρτη Smith & CMOS πηνία 1/24

2 Χάρτης Smith Προσαρμογή χρησιμοποιώντας το παρακάτω κύκλωμα: C 2 Z 0 =50Ω C 1 z =0.15+j0.6 2/24

3 Προσαρμογή με χάρτη Smith Να βρεθεί το κατάλληλο δικτύωμα προσαρμογής αν f=4ghz z 0.15 j Τοποθετούμε το z στο διάγραμμα στο σημείο Η. 2. Κινούμαστε στον κύκλο σταθερού r. Τα σημεία τομής με τον y=1 είναι τα Θ και Κ. Επιλέγουμε το Θ. 3. Υπολογίζουμε τον C 2 από το τόξο: 1 X C 2 C2 HΘ Z Z 0 4. Βρίσκουμε το συμμετρικό σημείο Λ ως προς το κέντρο Μ, για να υπολογίζουμε την αγωγιμότητα του κλάδου (C 2 +Z ), η οποία είναι όσο το y Λ. 0 Θ H Μ 5. Βρισκόμαστε πάνω στον μοναδιαίο κύκλο και έχουμε αγωγιμότητα (όχι αντίσταση) άρα για να κινηθούμε προς το 1, δηλαδή το σημείο Μ, είτε θα προσθέσουμε σε σειρά πηνίο, είτε θα συνδέσουμε παράλληλα ένα πυκνωτή. Κ Λ 6. Προσθέτουμε το (1/C 1 ) πηγαίνοντας από το Λ=>Μ πάνω στον μοναδιαίο κύκλο και υπολογίζουμε τον C 1 από το τόξο ΛΜ. 3/24

4 Προσαρμογή με χάρτη Smith Να βρεθεί το κατάλληλο δικτύωμα προσαρμογής αν f=5ghz z 1.5 j0.80 C 1. Τοποθετούμε το z στο διάγραμμα στο σημείο Α. Z 2. z // C πάμε στην αγωγιμότητα στο Β y z =y B =0.525+j Προσθέτουμε // τον C και υπολογίζουμε τον C από το τόξο ΒΓ Β Γ 4. Βρίσκουμε y Γ =0.525+j0.51 Μ 5. Βρίσκουμε y C =0.23 z C =1/y C = 4.3 C=0.146pF Α 6. Πάμε από το Γ στο Δ και z Δ =1-j0.95 Δ 7. Από το τόξο ΔΜ βρίσκουμε το πηνίο z = Από το τόξο ΔΜ βρίσκουμε το πηνίο =z Z 0 /ω = 1.51nH 6/24

5 Να γίνει προσαρμογή με το δικτύωμα: Προσαρμογή με χάρτη Smith C 2 z Z Z 0 Z H Λ υπολογίζουμε την C 2 από το τόξο ΗΘ. C 2 Μ υπολογίζουμε το από το τόξο ΛΜ. Θ Πάμε από το Λ στο Μ, διότι η επαγωγική αγωγιμότητα είναι αρνητική y Λ =2.35 7/24

6 Πηνία σε τεχνολογία CMOS Πηνία και μετασχηματιστές σε ολοκληρωμένα κυκλώματα 10/24

7 Προσαρμογή Ισχύος Θεώρημα προσαρμογής ισχύος: Μέγιστη μεταφορά ισχύος στο φόρτο. Πηγή VS R S Φορτίο 2 V V R P P R 2 R R 2 S P max, 0 R, OPT R R S R S P P max Z S V S Z Z Z, OPT S * R S R 11/24

8 Σχεδίαση Κυκλωμάτων Προσαρμογής Μετασχηματιστές RF : Δικτύωμα προσαρμογής Z n : 1 Z in Z Z in Z n 2 in Z P1 n : 1 P2 Z C 1 R 0 C 2 Στην πράξη τα παρασιτικά φαινόμενα και οι απώλειες κάνουν δύσκολη τη σχεδίαση ενός μετασχηματιστή RF. 12/24

9 Κατασκευή πηνίων σε τεχνολογία CMOS Μετασχηματιστές RF : 13/24

10 3D απεικόνιση πηνίου wire-bond Bond Wire Inductor 14/24

11 Bond Wire Inductor Χρησιμοποιώντας πολύ λεπτά σύρματα χρυσού είναι δυνατή η κατασκευή πηνίων με υψηλό Q απευθείας πάνω στην επιφάνεια του IC. Το συγκεκριμένο πηνίο έχει διαστάσεις 1mmX2mm και πυρήνα πάχους 250μm. 15/24

12 Διάφορες Γεωμετρίες ολοκληρωμένων πηνίων CMOS ateral Parameters (πλευρικές παράμετροι): 16/24

13 Κατασκευή πηνίων σε τεχνολογία CMOS ateral Parameters (πλευρικές παράμετροι): 17/24

14 Διάφορες Γεωμετρίες ολοκληρωμένων πηνίων CMOS Επιφανειακές και εγκάρσιες παράμετροι ολοκληρωμένων πηνίων. Vertical Parameters: 18/24

15 Διάφορες Γεωμετρίες ολοκληρωμένων πηνίων CMOS Planar square n a 22r 14a 2 19/24

16 Διάφορες Γεωμετρίες ολοκληρωμένων πηνίων CMOS Planar hexagon & square 20/24

17 Διάφορες Γεωμετρίες ολοκληρωμένων πηνίων CMOS Planar circular 21/24

18 Διάφορες Γεωμετρίες ολοκληρωμένων πηνίων CMOS Ηλεκτρικό ισοδύναμο κύκλωμα των ολοκληρωμένων πηνίων: C S PORT 1 R S PORT 2 C OX l w t OX OX C OX C OX C S n w 2 t OX OX R si C si R si C si 2 0 SUBSTRATE R S w 1 (1 e t / ) R S wiring resistance, C si substrate capacitance, C S shunt capacitance, R si substrate resistance, C OX capacitance from wire to bulk R C si si 2 l wg l wc 2 SUB SUB 22/24

19 Ολοκληρωμένα πηνία CMOS A 900-MHz/1.8-GHz CMOS Transmitter for Dual-Band Applications, Behzad Razavi, /24

20 Δικτυώματα προσαρμογής σε κυκλώματα RF Κύκλωμα ενισχυτή ισχύος RF R in5 =50Ω R R in2 =4Ω in4 =53Ω R in1 =10Ω R in3 =3Ω R =50Ω 24/24