A direct conversion RF front-end implemented with submicron CMOS technology

Abstract

Työssä toteutettiin digitaalisuunnitteluun tarkoitetulla 0,21 mikrometriä CMOS-teknologialla suoramuunnosvastaanottimen etuaste. Toteutus aloitettiin tutustumalla kirjallisuustutkimuksen avulla MOS-transistorin lyhytkanavailmiöihin. Radiotaajuisten piirien toteutukseen CMOS-teknologialla liittyviä ongelmia mietitään mallien, komponenttien ja piiriratkaisujen kannalta. Työssä tuodaan esiin suoramuunnosvastaanottimen etuja ja ongelmia ja miten nämä vaikuttavat piirisuunnitteluun. Lisäksi työssä pohditaan piirikuvioon liittyviä aiheita.

Työssä suunniteltuja piirilohkoja ovat vähäkohinainen vahvistin sekä FET-rengassekoitin. Simulointien perusteella vähäkohinaisen vahvistimen vahvistukseksi saatiin 19 dB ja kohinaluvuksi saatiin 2,2 dB. Sekoittimen jännitevaimennukseksi ja kohinaluvuksi simuloitiin 2,8 dB ja 7,3 dB. Koska puolijohdevalmistajalla oli ongelmia piirin valmistamisessa, ei piirien simulointituloksia päästy tarkistamaan. Työssä mitattiin kuitenkin samalla prosessilla toteutettu kela ja transistori sekä RFCMOS-prosessilla toteutettu transistori. Kelan mittaustuloksia verrataan alkuperäiseen malliin ja mittaustuloksien perusteella sovitettuun malliin. Sovitetun mallin simulointitulokset ja kelan mittaustulokset vastaavat hyvin toisiaan. Mitatun transistorin virta-jännite-ominaiskäyrästö ei vastannut simulointeja. Lisäksi mitatut S-parametrit osoittavat vahvistuksen olevan ainakin 4 dB simuloitua pienempi. Mallien huonouden vuoksi piirin toiminnassa on odotettavissa selviä puutteita. RFCMOS-prosessilla toteutetun transistorin mitatut S-parametrit vastasivat sitä vastoin hyvin simuloituja S-parametrejä. Työssä käytetyn CMOS-teknologian tehokas hyödyntäminen RF suunnitteluun vaatisi uusien mallien tekemistä.