Εισαγωγή στη Σχεδίαση RF Κυκλωμάτων

Transcript

1 Εισαγωγή στη Σχεδίαση RF Κυκλωμάτων Κεφάλαιο,.. Βασικές έννοιες Σχεδίασης RF Κυκλωμάτων Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

2 In=Inerfirer IP Παράδειγμα ω,ω = in,ou sig,in in = in,in IIP = -0dBm = = 70mV 50Ω sig,ou μv ω ω mv ω -ω ω ω ω -ω IM,ou, IP in sig, ou in, ou, sig, in in, in in, IM IM in sig, ou sig, in IP IM IP IM sig, ou IP IM, ou in in in sig, in in, in 70mV IM, ou mv sig, ou IM, ou 70mV mv sig, in dB Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

3 db Compression Poin & IP Σύγκριση IP και P-dB Compression Poin IP db _ CP 0. 5 in dbcp 9. 6 IP db Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

4 / Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο Δύο βαθμίδες Δύο μη γραμμικές βαθμίδες IIP, y y IIP, y y y y y y y y, IIP, IIP

5 Δύο βαθμίδες Προϊόντα στην έξοδο y της πρώτης βαθμίδας IIP,,, IIP, y IIP,,, IIP, y ω ω cos cos ω -ω ω -ω ω ω ω -ω ω ω Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 5/

6 Δύο βαθμίδες Προϊόντα στην έξοδο y της δεύτερης βαθμίδας IIP,,, IIP, y IIP,,, IIP, y y ω -ω ω -ω ω ω ω -ω ω ω Θα δούμε χωριστά τις συνιστώσες του y και τι θα εμφανιστεί στην έξοδο της δεύτερης βαθμίδας Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 6/

7 Δύο βαθμίδες Προϊόντα στην έξοδο y της δεύτερης βαθμίδας ω ω IIP, y y,, ω -ω ω ω ω -ω ω -ω ω ω ω -ω ω -ω ω ω ω -ω ω -ω ω ω Cross-modulion ω -ω με το ω και το ω ω -ω ω ω ω -ω ω ω ω ω Cross-modulion ω με το ω και ω με το ω ω -ω ω ω ω -ω Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 7/

8 Δύο βαθμίδες Προϊόντα στην έξοδο y της δεύτερης βαθμίδας ω -ω ω ω ω -ω ω -ω ω ω ω -ω y cos cos cos cos ω -ω ω ω ω -ω ω -ω ω ω ω -ω Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 8/

9 9/ Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο Διαδοχικές βαθμίδες Λαμβάνοντας υπόψιν μόνον όρους πρώτης και ης τάξης IIP, IIP, y y y, IIP, IIP y, ol IIP

10 Διαδοχικές βαθμίδες Θεωρούμε την χειρότερη περίπτωση με το ελάχιστο Α ΙΡ IIP, IIP, y y IP, IP, IP, ol IP, ol IP, ol IP, IP, Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 0/

11 Διαδοχικές βαθμίδες Θεωρούμε τις ποσότητες Α ΙΡ, Α ΙΡ,, Α ΙΡ, ως τάσεις και όχι ως ισχύς IIP, IIP, y y IP, IP, IP, ol IP, IP, ω -ω ω -ω ω ω ω -ω ω ω Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

12 Ανακεφαλαίωση Διαδοχικές βαθμίδες IIP, IIP, y y IP, IP, IP, ol IP, Ο όρος α β /β προέρχεται από την ω -ω και τα ω και ω, Τα πλάτη αυτών των συνιστωσών είναι πολύ μικρά λόγω φίλτρων και επομένως ο δεύτερος όρος μπορεί να παραλειφθεί IP, IP, ol IP, IP, Καθώς αυξάνεται το α, το Α IIP,ol μειώνεται Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

13 Διαδοχικές βαθμίδες Γενικεύοντας IIP, IIP, IIP, IP, IP, IP, Συμπεράσματα IP, ol IP, IP, IP, Οι παραπάνω σχέσεις είναι προσεγγιστικές και δεν αντικαθιστούν τις προσομοιώσεις, Η μη γραμμικότητα των τελευταίων βαθμίδων υποβαθμίζει την συμπεριφορά όλου του συστήματος Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

14 . Inersymbol Inerference Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

15 . InerSymbol Inerference Αλληλεπίδραση συμβόλων ISI Μπορεί να εμφανιστεί σε γραμμικά, χρονικά αναλλοίωτα συστήματα με περιορισμένο εύρος ζώνης. Αντιμετωπίζεται με τις εξής τεχνικές: α μορφοποίηση παλμών στον πομπό Nyquis signling και β εξίσωση των παλμών στον δέκτη equlizion. Ένα σήμα δεν μπορεί να είναι και ime-limied και bndwidhlimied. Όταν ένα ime-limied σήμα παλμός διέλθει από ένα σύστημα περιορισμένου εύρους ζώνης bndwidh-limied, τότε η έξοδός του θα εκτείνεται στο άπειρο στο πεδίο του χρόνου. Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 5/

16 . Inersymbol Inerference Διέλευση ime-limied σήματος από ένα σύστημα περιορισμένου εύρους ζώνης Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 6/

17 Pulse Shping Μορφοποίηση παλμών Για την αποφυγή του ISI χρησιμοποιούνται οι εξής τεχνικές: Στον πομπό: shping of pulse Στον δέκτη: equlizion Για μηδενικό ISI οι παλμοί επιλέγονται έτσι ώστε p k s 0 k k 0 0 Ο παλμός sinc ικανοποιεί αυτές τις συνθήκες Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 7/

18 Pulse Shping Μορφοποίηση παλμών Δηλαδή την στιγμή της δειγματοληψίας οι «ουρές» των άλλων παλμών να μηδενίζονται, ώστε μα μην «ενοχλούν». p Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 8/

19 9/ Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο Pulse Shping Μορφοποίηση παλμών Χρονικό πεδίο: Πεδίο συχνοτήτων φάσμα: s s s s k f f P k p Από την τελευταία σχέση προκύπτει ότι: s s s k f P Η δειγματοληψία του p δίνει :

20 Pulse Shping Μορφοποίηση παλμών Μειονεκτήματα παλμού sinc: απαιτήσεις φίλτρων, ευαισθησία στα σφάλματα χρονισμού. Προτιμάται το rised cosine p k s 0 k 0 sin / S cos / p k 0 / / S S S 0 α = rolloff fcor = 0. Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 0/

21 / Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο Pulse Shping Μορφοποίηση παλμών Φάσμα του παλμού rised cosine / / cos / / sin S S S S p 0 S S S S S S S S f f f f f P 0 cos 0

22 Κάθε bi αναπαριστάνεται με ένα impulse Rised cosine filering Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

23 . Rndom Processes & Noise Τυχαίες Διαδικασίες και Θόρυβος Τυχαίες Rndom or sochsic διαδικασίες - το αντίθετο είναι οι ντετερμινιστικές deerminisic διαδικασίες. Άπειρος αριθμός μετρήσεων για άπειρη χρονική διάρκεια Για να μετρήσουμε την τάση θορύβου μιας αντίστασης μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε δύο τρόπους: Χρησιμοποιούμε μία αντίσταση και παίρνουμε πολλές μετρήσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα. Χρησιμοποιούμε πολλές όμοιες αντιστάσεις και μετράμε ταυτόχρονα την τάση του θορύβου. Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

24 . Rndom Processes & Noise Τυχαίες Διαδικασίες και Θόρυβος Ορισμοί ος τρόπος: μετράμε την τάση θορύβου n μιας αντίστασης για μεγάλο χρονικό διάστημα Τ, και υπολογίζουμε τη μέση τιμή < n >, ή αλλιώς την DC συνιστώσα: Smple funcion n lim / / n d Χρονικός μέσος όρος ime verge Ensemble Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

25 Τυχαίες Διαδικασίες και Θόρυβος ος τρόπος: έχουμε πολλές κυματομορφές και παίρνουμε ταυτόχρονα πολλά δείγματα, ένα από κάθε μία, ensemble verge or sisicl verge n n Pn n dn P n n : Probbiliy Densiy Funcion ή απλά PDF ή συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας της διαδικασίας Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 5/

26 Τυχαίες Διαδικασίες και Θόρυβος Ένα σήμα ονομάζεται sionery όταν το : είναι σταθερό n lim / / n d Οι προηγούμενοι μέσοι όροι είναι πρώτης τάξης, οι μέσοι όροι δεύτερης τάξης που εκφράζουν την ισχύ των σημάτων είναι οι εξής: Ισχύς του σήματος : n lim / n / d Men squre power Ω Δεύτερης τάξης ensemble verge : μέση ισχύς δείγματος n n Pn n dn Παρατηρήσεις: α η ισχύς υπολογίζεται στα άκρα αντίστασης Ω, β ισχύει ότι: n n Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 6/

27 Συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας PDF Probbiliy Densiy Funcion: P d Είναι η πιθανότητα το <X<+d, όπου το X είναι η μετρούμενη τιμή του κάποια χρονική στιγμή Gussin PDF P m ep σ: τυπική απόκλιση m: μέση τιμή της κατανομής 68% 99% m-σ m m+σ m-σ m m+σ Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 7/

28 8/ Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο Rndom Processes & Noise Πιθανότητα το να βρίσκεται στο διάστημα:, du u erf 0 ep Error Funcion d m P ep

29 Φασματική πυκνότητα ισχύος Για ένα ντετερμινιστικό σήμα, ο μετασχηματισμός Fourier μας δίνει πληροφορία για τις συχνότητες που περιέχει: X f e jf d ο μετασχηματισμός Fourier υπάρχει μόνο για σήματα με πεπερασμένη ενέργεια E X f d Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 9/

30 Φασματική πυκνότητα ισχύος Power Specrl Densiy ο μετασχηματισμός Fourier του είναι: X f e jf d Εφόσον: E X d Αυτό όμως δεν ισχύει για τα περιοδικά ή τα τυχαία σήματα Σε πολλές περιπτώσεις τα σήματα έχουν πεπερασμένη ισχύ P lim / / d Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 0/

31 Φασματική πυκνότητα ισχύος Power Specrl Densiy S X f Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

32 Rndom Processes & Noise Ορισμός του Power Specrl Densiy χρησιμοποιείται ο μετασχηματισμός Fourier PSD S X f X f lim Όπου X f 0 e jf d Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

33 Rndom Processes & Noise S X f Η συνάρτηση είναι άρτια για πραγματική f f S X f df f f S X f df f f S X f df wo sided specrum One side specrum Παράδειγμα PSD θορύβου στα άκρα αντίστασης R: S X f kr Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

34 ΔΙΑΤΑΞΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΙΡ 805 MHz 795 MHz SIGNL GENERORS -7dBm -7dBm L=dB COMBINER -0dB G=? Device Under es SPECRUM NLYZER Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο /

35 ΕΚΤΥΠΩΣΗ ΟΘΟΝΗΣ ΦΑΣΜΑΤΙΚΟΥ ΑΝΑΛΥΤΗ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΙΡ M: 805 MHz Ref: 0 dbm RBW: 00 khz VBW: khz SW: ms Cener: 800 MHz M : 795 MHz 0. dbm SWEEP 0 of 0 Spn: 0 MHz M : 785 MHz 56. dbm M : 805 MHz 0. dbm M : 85 MHz 55.9 dbm Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 5/

36 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΙΡ ΔΡ=P OU P IM,OU = 0dBm 56dBm ΔΡ= 6dBm IIP = P IN + ΔΡ / OIP = P OU + ΔΡ / OIP = 0dBm + 6 / dbm OIP = dbm IIP = OIP G = dbm 0dB = dbm Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 6/

37 ms Sweep ime 5s Sweep ime Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 7/

38 Αρχιτεκτονική ενός τυπικού φασματικού αναλυτή Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 8/

39 RF POWER MEER Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 9/

40 Σωτήριος Ματακιάς, 0-, Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών VLSI Κυκλωμάτων, Κεφάλαιο 0/