Compact wideband CMOS receiver frontends for wireless communication

Draadloze communicatie is niet meer weg te denken uit ons dagelijks leven, de mobiele telefoon is hiervan het meest sprekende voorbeeld.Een communicatie verbinding bestaat uit een zender, een ontvanger en het transmissie medium, lucht of vacuüm in het geval van een draadloze verbinding.Een onderdeel van de ontvanger (receiver) is het 'receiver frontend.'Het receiver frontend versterkt het zwakke, hoog frequente signaal dat binnenkomt op de ontvangstantenne en brengt het omlaag in frequentie.Hierna kan met behulp van verdere signaalbewerkingen, inclusief analoog naar digitaal omzetting voor moderne standaarden, de verzonden informatie teruggewonnen worden.De vraag naar breedband ontvangers neemt toe.Dit wordt veroorzaakt door de opkomst van breedband draadloze standaarden (UWB) en de vraag naar flexibele ontvangers (SDR) die geschikt zijn voor verschillende bestaande en toekomstige communicatie standaarden.Bestaande ontvangers zijn over het algemeen smalbandig en niet geschikt om breedband signalen te verwerken, voor breedband ontvangers zijn nieuwe receiver frontend topologieën nodig.Om de kosten laag te houden, hebben compacte receiver topologiën gefabriceerd in standaard CMOS processen de voorkeur.Dit proefschrift richt zich op breedband ontvangers die functioneren tussen enkele honderden megahertz tot rond de tien gigahertz en een bandbreedte van tenminste een paar gigahertz hebben.Voor breedband ontvangers liggen de benodigde versterking, ingangsimpedantie en ruisgetal in dezelfde orde als voor de traditionele smalband ontvangers.De uitdaging bij breedband ontvangers is om deze specificaties over de gehele bandbreedte te halen.In breedband ontvangers kunnen vele combinaties van stoorzenders tot verstoring in de ontvangstband leiden, dit resulteert in uitdagende eisen aan de lineairiteit.Aan het begin van dit onderzoek is de ruisonderdrukking (noise canceling) techniek geselecteerd als geschikte kandidaat om breedband ontvangers (receiver frontends) te implementeren.In een voorgaand onderzoek zijn een aantal ruisonderdrukkende circuit topologieën gegenereerd.Een van deze topologieën, de CG-CS topologie, is met name geschikt.Deze topologie combineert twee basis functies van een receiver frontend in een circuit: versterking met lage ruis en de conversie van een ongebalanceerd naar gebalanceerd signaal (balun).In dit project zijn drie ontwerpen gemaakt.Het CG-autotrafo-CS ontwerp, gebaseerd op de CG-CS topologie, is een breedbandige, ruis arme versterker (LNA) met laag vermogensverbruik en maakt gebruik van een geïntegreerde transformator.Ook het tweede ontwerp, de Balun-LNA, is gebaseerd op de CG-CS topologie.Deze breedband LNA heeft gelijktijdig ruisonderdrukking, distortieonderdrukking en een goed gebalanceerd uitgangssignaal.De BLIXER topologie is een verdere ontwikkeling van de CG-CS topologie.Naast balun en LNA-functionaliteit brengt dit breedbandige circuit het signaal omlaag in frequentie.Tijdens dit project is de interesse in breedband LNA's en receiver frontends aanzienlijk toegenomen.Slechts twee circuit technieken uit de literatuur zijn geschikt voor de implementatie van compacte breedband LNA's: negatieve terugkoppeling en ruisonderdrukking.Van de twee LNA's beschreven in dit proefschrift komt vooral de Balun-LNA goed uit de vergelijking met andere ontwerpen uit de literatuur.De sterke punten van de BLIXER in vergelijking met andere breedband receiver frontends zijn oppervlakte en RF-bandbreedte, ook de overige eigenschappen zijn concurrerend.De BLIXER topologie is zeer geschikt voor de realisatie van compacte breedband receiver frontends voor draadloze communicatie.