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Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Electrónica




 Estudio de la influencia del encapsulado
          en un LNA para UWB


  Autor: D. Krisnaya Orbaiceta Ezcurra   Tutores: Dr. Francisco Javier del Pino Suárez

  Titulación: Sistemas Electrónicos               Dr. Sunil Lalchand Khemchandani

  Fecha: Junio de 2012
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          2
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          3
INTRODUCCIÓN




           INTRODUCCIÓN
           OBJETIVOS
           ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO   4
INTRODUCCIÓN
                       Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN)
Hasta 250 kbps




                                   Bandas ISM (2.45 GHz)
      Hasta 24 Mbps                79 canales 1 MHz




    Velocidades de transmisión de hasta 400-500 Mbps




                                                  INTRODUCCIÓN
                                                  OBJETIVOS
                                                  ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO   5
ESTÁNDAR ECMA-368 Ó ISO/IEC 26907
              CARACTERÍSTICAS DEL ESTANDAR

• ESPECTRO DE 3,1 A 10,6 GHz

• EN 14 BANDAS DE 528 MHz

• MODULACIÓN QPSK-OFDM 128

• TASA DE DATOS DE 53,3 A 480 MBPS

• FRECUENCIA CENTRAL DE LA BANDA = 2904+528*NB, NB=1...14 (MHz)




                                          INTRODUCCIÓN
                                          OBJETIVOS
                                          ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO   6
INTRODUCCIÓN
DIAGRAMA RX/TX DE UWB




      INTERRUPTOR     LNA           CAG                         CAD
         RX/TX

                                           FILTRO FI

                                                                            BANDA BASE
                            SINTETIZADOR                                       MAC
FILTRO
INICIAL

                       AP                                       CDA

                                           FILTRO FI




                                             INTRODUCCIÓN
                                             OBJETIVOS
                                             ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO         7
INTRODUCCIÓN
PROTECCIÓN DEL ENCAPSULADO


                             Protección

                Protección
                             ambiental     Temperatura
                mecánica                     estable




Circuito sobre oblea          Protección                   Encapsulado




                                              INTRODUCCIÓN
                                              OBJETIVOS
                                              ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO   8
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          9
OBJETIVOS


• ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE UN


LNA REALIMENTADO DE ULTRA BANDA ANCHA PARA UWB

(ESTÁNDAR ECMA-368 Ó ISO/IEC 26907 ) .




                                         INTRODUCCIÓN
                                         OBJETIVOS
                                         ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO   10
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          11
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
         AMPLIFICADOR CON REALIMENTACIÓN ACTIVA
                                               VCC
                                                                            RL

                                                     Q2


                                                               RF
                                                                         Vo



                                          LB
             RS        CC
                             Vi    LEN
                                                                        Q1

Vs
     ~                                                        RB




                                               Q1           Q2         RL           RF             RB            LB          LEN

                            VALOR         36 μm2          1.6 μm2   271.212 Ω    271.212 Ω   1631.58 Ω          6 nH        0.5 nH

     Tecnologia             S21 (dB) NF (dB) BW3dB (GHz) IIP3 (dBm) Vcc (V) ITOTAL (mA) PDC (mW) Área efectiva con pads (mm2)
         0.35um SiGe
                              15         < 3.8            0.1-6.5      0.24       3.3        5.1             16.8                    0.1
          BiCMOS



                                                                                                   INTRODUCCIÓN
                                                                                                   OBJETIVOS
                                                                                                   ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO            12
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          13
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 FUNCIONES DEL ENCAPSULADO



  • SUMINISTRA PROTECCIÓN



      • MECÁNICA

      • AMBIENTAL




  • MANTIENE LA TEMPERATURA DEL CHIP DENTRO DE UN RANGO




                                          ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                    14
                                          INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                          MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS
  •POR EL TIPO DE MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

     PLÁSTICOS




     CERÁMICOS




  • FORMA DE FIJAR EL ENCAPSULADO A LA PCB

     ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN

     ENCAPSULADOS DE MONTAJE SUPERFICIAL




                                            ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                      15
                                            INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                            MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
     CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS
    • ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN: SUS PINES ATRAVIESAN LA PLACA PCB (PRINTED
    CIRCUIT BOARD)

                                                 Pin de inserción


                                                      PCB



    • ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN DIVIDIDOS POR SUS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
              PINES A UN SOLO LADO          PINES A AMBOS           TIPO MATRIZ                          SIN PINES
                                               LADOS
DESIGNACIÓN           (SIP, ZIP)                                        (PGA)                           (LCC, PLCC)
               (Single In-Line Package,           (DIP)             (Pin grid array)              (Leadless chip carrier)
               Zigzag In-Line Package)    (Dual In-Line Package)




  FIGURA




                                                                       ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                   16
                                                                       INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                       MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
      CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS
      • ENCAPSULADOS DE MONTAJE SUPERFICIAL O SMD
                                           Pin tipo "Gull-wing" o "ala
                                                   de gaviota"                                     Pin tipo "Leadless"
                                                                                                       ("Internos")

                                                      PCB                                                 PCB




                                                Pine tipo "J-lead"

                                                                                                     Pin tipo "BGA"

                                                       PCB                                                PCB



      • ENCAPSULADOS SMD DIVIDIDOS POR TIPO DE PATILLA
                     TIPO GULL-WING                                       TIPO J-LEAD              LEADLESS CHIP CARRIER                            TIPO MATRIZ

              PINES A DOS LADOS (SOP, TSOP)                          PINES A DOS LADOS (SOJ)             PINES A DOS LADOS (DFN)                     (BGA, SPGA)
               (Small Outline Package, Thin Small Outline                 (Small Outline J-Lead)                 (Dual Flat No-Lead)
DESIGNACIÓN                     Package)                                                                                                        (Ball Grid Array, Staggered
                                                                     PINES A CUATRO LADOS (QFJ)      PINES A CUATRO LADOS (QFN)                        pin grid array)
              PINES ACUATRO LADOS (QFP, TQFP)                              (Quad Flat J-Lead)              (Quad Flat No-Lead Package)
              (Quad Flat Package, Thin Quad Flat Package)




  FIGURA




                                                                                                          ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                                                            17
                                                                                                          INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                                                          MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
  INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP




  • PARA REALIZAR LA UNIÓN EXISTEN TRES TÉCNICAS O MÉTODOS
       WIRE-BONDING
       TAB “TAPE AUTOMATIC BONDING”
       FLIP-CHIP


                                               ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                         18
                                               INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                               MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
     INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP
  • WIRE-BONDING
    • UNIÓN DE LOS PADS CON LOS PINES A TRAVÉS DE UN HILO CONDUCTOR DELGADO (ORO O
    ALUMINIO)


    • SE REALIZA APLICANDO ULTRASONIDOS Y CALOR

    • LA UNIÓN DEBE SER FUERTE MECÁNICAMENTE Y HOMOGENEA

          Hilo conductor
                                         Bondpin



Bondpad




              CHIP

                           SUSTRATO

                           ENCAPSULADO



                                                        ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                  19
                                                        INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                        MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
   INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP
• TAB “TAPE AUTOMATIC BONDING”

 • UNIÓN DE LOS PADS Y LOS PINES MEDIANTE UNAS DELGADAS PISTAS DE METAL DEPOSITADAS EN
 UNA CINTA DE POLÍMERO
                                                                                                  BUMP




• FLIP-CHIP
 • EL CHIP SE SUELDA DIRECTAMENTE A UNAS PISTAS CONDUCTORAS (EN EL SUSTRATO LAMINADO)
 MEDIANTE BUMPS QUE SE DEPOSITAN SOBRE LAS OBLEAS EN SUS ETAPAS FINALES


                         Bump
                                         CHIP

                                       SUSTRATO



                                         PCB


                                                        ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                         20
                                                        INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                        MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
  FACTORES PARA UNA BUENA ELECCIÓN DEL ENCAPSULADO

• HAY QUE ESCOGERLO DEPENDIENDO DE LA APLICACIÓN A LA QUE VA DESTINADO
• TAMAÑO DEL CHIP
• NÚMERO DE PINES
• DISIPACIÓN DEL CALOR QUE DEBE POSEER EL CHIP
• FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO
• MATERIAL DEL ENCAPSULADO (PLÁSTICO O CERÁMICO)
• INTERCONEXIÓN ENTRE EL CHIP Y EL ENCAPSULADO (WIRE-BONDING, FLIP-CHIP, TAB)
• INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y LA PCB (INSERCIÓN O SMD)
• GEOMETRÍA (FOOTPRINT) DEL ENCAPSULADO SEGÚN LOS ESTÁNDARES
• PRODUCCIÓN EN SERIE
• COSTE



                                                 ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                           21
                                                 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                 MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 CARACTERÍSTICAS DEL QFN16
 • EL QFN EMPLEADO (PARA EL LNA) ES DE 16 PATILLAS, DE 5X5 mm DE LADO Y UNA ALTURA DE 0,8 mm

 • LAS PATILLAS SON DEL TIPO LEADLESS (SIN PINES)
 • EN LA PARTE INFERIOR POSEE UN PLANO PARA CONECTARLO A MASA QUE A SU VEZ NOS INDICA
 CUAL ES LA PATILLA 1 MEDIANTE UNA MARCA EN UNA DE SUS ESQUINAS


 • EMPLEA EL MÉTODO DEL WIRE-BONDING

 • EL ENCAPSULADO ES DE PLÁSTICO Y LO PROPORCIONA LA FUNDIDORA VIRTUAL EUROPRACTICE




                                                         ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                   22
                                                         INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                         MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
  REGLAS DE ENCAPSULADO (QFN)
 • HAY UNAS REGLAS ESTABLECIDAS POR EL FABRICANTE EN LO QUE SE REFIERE A DISTANCIAS,
 TAMAÑOS MÍNIMOS Y MÁXIMOS TANTO DE BONDPAD, BONDPINES Y DEL CONEXIONADO DE AMBOS




                                      Bondpin     Bondpad




                                                        ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                  23
                                                        INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                        MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 PARTES DEL ENCAPSULADO CON EL CHIP



           BONDWIRE    BONDPAD               DADO DE SI O CIRCUITO
 BONDPIN

                                 ENCAPSULADO

           PIN                                                               PIN


                                     PCB


                 VIA        SUSTRATO       PLANO PARA CONEXIÓN A GND




                                                   ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                             24
                                                   INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                   MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 PARTES DEL ENCAPSULADO CON EL CHIP



           BONDWIRE    BONDPAD               DADO DE SI O CIRCUITO
 BONDPIN

                                 ENCAPSULADO

           PIN                                                               PIN


                                     PCB


                 VIA        SUSTRATO       PLANO PARA CONEXIÓN A GND




                                                   ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                             25
                                                   INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                   MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
SIMULADOR EM UTILIZADO
MOMENTUM: MÉTODO DE LOS MOMENTOS (MOM) 2.5D – BOBINAS, ELEMENTOS MULTICAPA…




EMPRO: MÉTODO DE LAS DIFERENCIAS FINITAS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO (FDTD) 3D –
   ANTENAS, ETC..




EMDS: MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS (FEM) 3D – ENCAPSULADOS, BONDWIRES…




                                                                           26
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
   MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)

                              FREE SPACE
                             (open boundary)

                                                                CHIPSPACE
                         COND2 (2 um, PC, strip)                - Cond2: Bonding start.
                                                                - Diel2: Silicon chip.                            Q
                 DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)                                                             F
                                                                - Bound: PC material to connect silicon
                           BOUND (PC, strip)                    chip substrate to "cond" when necessary.          N

                                PCVIA3 (PC)               X16   Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).              1
       DIEL                                                                                                       6
                             PCVIA2 (PC)                X16     Lowe QFN (Lower Lead at board level).
                         COND (43 um, PC, strip)

                         BOARD (500 um, Er = 4.7)               BOARD FR4
                                                                - Cond: Top side layer.
                                                                - Board: Core material.
                PCVIA1 (PC)                 PCVIA1 (PC)
                                                                - PCVIA1: GND vias.
                                                                - GND: Botton plane.
                                 GND


PC: Perfect conductor.



                                                                   ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                             27
                                                                   INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                   MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
   MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)

                              FREE SPACE
                             (open boundary)

                                                                CHIPSPACE
                         COND2 (2 um, PC, strip)                - Cond2: Bonding start.
                                                                - Diel2: Silicon chip.                            Q
                 DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)                                                             F
                                                                - Bound: PC material to connect silicon
                           BOUND (PC, strip)                    chip substrate to "cond" when necessary.          N

                                PCVIA3 (PC)               X16   Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).              1
       DIEL                                                                                                       6
                             PCVIA2 (PC)                X16     Lowe QFN (Lower Lead at board level).
                         COND (43 um, PC, strip)

                         BOARD (500 um, Er = 4.7)               BOARD FR4
                                                                - Cond: Top side layer.
                                                                - Board: Core material.
                PCVIA1 (PC)                 PCVIA1 (PC)
                                                                - PCVIA1: GND vias.
                                                                - GND: Botton plane.
                                 GND


PC: Perfect conductor.



                                                                   ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                             28
                                                                   INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                   MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
   MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)

                              FREE SPACE
                             (open boundary)

                                                                CHIPSPACE
                         COND2 (2 um, PC, strip)                - Cond2: Bonding start.
                                                                - Diel2: Silicon chip.                            Q
                 DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)                                                             F
                                                                - Bound: PC material to connect silicon
                           BOUND (PC, strip)                    chip substrate to "cond" when necessary.          N

                                PCVIA3 (PC)               X16   Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).              1
       DIEL                                                                                                       6
                             PCVIA2 (PC)                X16     Lowe QFN (Lower Lead at board level).
                         COND (43 um, PC, strip)

                         BOARD (500 um, Er = 4.7)               BOARD FR4
                                                                - Cond: Top side layer.
                                                                - Board: Core material.
                PCVIA1 (PC)                 PCVIA1 (PC)
                                                                - PCVIA1: GND vias.
                                                                - GND: Botton plane.
                                 GND


PC: Perfect conductor.



                                                                   ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                             29
                                                                   INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                   MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
   MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)

                              FREE SPACE
                             (open boundary)

                                                                CHIPSPACE
                         COND2 (2 um, PC, strip)                - Cond2: Bonding start.
                                                                - Diel2: Silicon chip.                            Q
                 DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)                                                             F
                                                                - Bound: PC material to connect silicon
                           BOUND (PC, strip)                    chip substrate to "cond" when necessary.          N

                                PCVIA3 (PC)               X16   Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).              1
       DIEL                                                                                                       6
                             PCVIA2 (PC)                X16     Lowe QFN (Lower Lead at board level).
                         COND (43 um, PC, strip)

                         BOARD (500 um, Er = 4.7)               BOARD FR4
                                                                - Cond: Top side layer.
                                                                - Board: Core material.
                PCVIA1 (PC)                 PCVIA1 (PC)
                                                                - PCVIA1: GND vias.
                                                                - GND: Botton plane.
                                 GND


PC: Perfect conductor.



                                                                   ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                             30
                                                                   INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                   MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)




                          ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                    31
                          INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                          MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)




      Jedec Bondwire                                Shape Bondwire

                          ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                     32
                          INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                          MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)




                          ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                    33
                          INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                          MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO




                       ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                 34
                       INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                       MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO




                       ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                 35
                       INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                       MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 SIMULACIONES (PINES Y BONDING)
 • UNA VEZ CREADO EL SÍMBOLO, INSERTAMOS EL COMPONENTE (VISTA “LOOK ALIKE VIEW”) EN UN
 NUEVO DISEÑO SCHEMATIC, AÑADIMOS LOS TERM (PORT IMPEDANCE TERMINATION) A 50Ω Y

 SIMULAMOS LOS PARÁMETROS S Y LOS PARÁMETROS Y DE 0Hz A 15GHz




                                                       ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                 36
                                                       INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                       MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
 PROBLEMAS SURGIDOS DURANTE EL MODELADO
  • MODELADO DEL SUSTRATO



  • DISPOSICIÓN DEL BONDING VERTICAL




                                       ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                 37
                                       INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                       MEDIDAS
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          38
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
        DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES


                           VCC
                        Pin+Bonding



                           PAD



 LNA IN                                         LNA OUT
Pin+Bonding
              PAD_ESD     LNA         PAD_ESD
                                                Pin+Bonding



                           PAD



                           GND
                        Pin+Bonding




                                                              ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                        39
                                                              INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                              MEDIDAS
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
SIMULACIONES
• LNA CON PADS DE ALIMENTACIÓN Y PINES+BONDING EN ALIMENTACIÓN Y ENTRADA LNA
                                   20                                                                16
                                                                                                            LNA
                                                                                                     14     LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING
                                                                                                               +ENTRADA:PINESyBONDING
                                   15                                                                12

                                                                                                     10




                        S21 (dB)




                                                                                           NF (dB)
                                   10                                                                  8

                                                                                                       6

                                    5                                                                  4
                                         LNA
                                         LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING                          2
                                             +ENTRADA:PINESyBONDING
                                    0                                                                  0
                                              0,1               1                10                            0,1               1                 10
                                                    Frecuencia (GHz)                                                 Frecuencia (GHz)
                                   10                                                                10
                                          LNA
                                    5     LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING
                                                                                                           LNA
                                              +ENTRADA:PINESyBONDING                                       LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING
                                    0                                                                 0        +ENTRADA:PINESyBONDING
                                    -5
                                   -10                                                               -10
                      S11 (dB)




                                                                                         S22(dB)
                                   -15
                                                                                                     -20
                                   -20
                                   -25
                                                                                                     -30
                                   -30
                                   -35                                                               -40
                                   -40
                                   -45                                                               -50
                                              0,1               1                10                            0,1              1                  10
                                                    Frecuencia (GHz)                                                 Frecuencia (GHz)


                                                                                      ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                                          40
                                                                                      INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                                      MEDIDAS
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
              SIMULACIONES
          • LNA CON PAD_ESD A LA ENTRADA, PADS Y PINES MÁS BONDING EN ALIMENTACIÓN Y ENTRADA
                                                                20                                                              16
                                                                                                                                       LNA
                                                                                                                                       LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
                                                                                                                                14        +ENTRADA:PINESyBONDING
                                                                                                                                       LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
                                                                15                                                              12        +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD


                                                                                                                                10




                                                     S21 (dB)




                                                                                                                      NF (dB)
                            VCC                                 10                                                               8
                         Pin+Bonding
                                                                                                                                 6
                                                                       LNA
                            PAD                                   5    LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING                       4
                                                                          +ENTRADA:PINESyBONDING
                                                                       LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING                       2
                                                                          +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
 LNA IN        PAD_ESD                   ETAPA                    0                                                              0
                           LNA
Pin+Bonding                            SIGUIENTE                             0,1                1            10                             0,1                 1                 10
                                                                                   Frecuencia (GHz)                                               Frecuencia (GHz)
                            PAD
                                                                10                                                              10
                                                                      LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING                             LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
                                                                 5       +ENTRADA:PINESyBONDING                                          +ENTRADA:PINESyBONDING
                                                                      LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING                             LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
                            GND                                  0                                                               0       +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
                                                                         +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
                         Pin+Bonding                                  LNA                                                             LNA
                                                                 -5
                                                                                                                                -10
                                                                -10
                                                   S11 (dB)




                                                                                                                     S22(dB)
                                                                -15
                                                                                                                                -20
                                                                -20
                                                                -25                                                             -30
                                                                -30
                                                                -35                                                             -40
                                                                -40
                                                                -45                                                             -50
                                                                            0,1                 1            10                             0,1                 1                 10

                                                                                   Frecuencia (GHz)                                               Frecuencia (GHz)


                                                                                                                  ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                                                                             41
                                                                                                                  INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                                                                  MEDIDAS
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
          SIMULACIONES
          • LNA CON ALIMENTACIÓN: PADS, PINES Y BONDING, ENTRADA: PAD_ESD

                                                             20                                                                          16
                                                                                                                                                LNA
                                                                                                                                         14     LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
                                                                                                                                                   +ENTRADA:PAD_ESD
                                                                                                                                                LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
                                                             15                                                                          12        +ENTRADA:PINESyBONDING
                          VCC                                                                                                                   LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
                                                                                                                                         10        +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD




                                                 S21 (dB)




                                                                                                                              NF (dB)
                       Pin+Bonding
                                                             10                                                                           8
                                                                     LNA
                           PAD                                       LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING                                  6
                                                                        +ENTRADA:PAD_ESD
                                                              5      LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING                                  4
                                                                        +ENTRADA:PINESyBONDING
                                                                     LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
                                                                        +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD                                    2
                          LNA




ENTRADA      PAD+ESD                   ETAPA
                                     SIGUIENTE                0                                                                           0
                                                                              0,1                           1    10                                    0,1                   1           10
                                                                                    Frecuencia (GHz)                                                         Frecuencia (GHz)
                           PAD

                                                            10                                                                          10
                                                                  LNA
                                                                                                                                              LNA
                          GND                                5    LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
                                                                     +ENTRADA:PAD_ESD                                                         LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
                                                                  LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING                                            +ENTRADA:PAD_ESD
                       Pin+Bonding                           0       +ENTRADA:PINESyBONDING                                              0    LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
                                                                  LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING                                            +ENTRADA:PINESyBONDING
                                                             -5      +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
                                                                                                                                              LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
                                                                                                                                                 +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
                                                            -10                                                                         -10
                                            S11 (dB)




                                                                                                                          S22(dB)
                                                            -15
                                                            -20                                                                         -20

                                                            -25
                                                                                                                                        -30
                                                            -30
                                                            -35
                                                                                                                                        -40
                                                            -40
                                                            -45
                                                                                                                                        -50
                                                                            0,1                         1       10
                                                                                                                                                      0,1                   1            10
                                                                                  Frecuencia (GHz)                                                           Frecuencia (GHz)


                                                                                                                      ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                                                                                    42
                                                                                                                      INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                                                                      MEDIDAS
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
SIMULACIONES
•EL PICO NO DESEADO APARECE CON EL PADS_ESD DE ENTRADA AL LNA Y EL PIN MÁS EL

BONDING DE ALIMENTACIÓN



                                                     VCC



                                                    PAD_ESD




                            ENTRADA                                                             A LNA_IN



                 +           SEÑAL




                                                     GND




                                                      ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                           43
                                                      INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                      MEDIDAS
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
              SIMULACIONES
              • LNA CON PADS, PADS_ESD Y PINES MÁS BONDING EN ALIMENTACIÓN, ENTRADA Y SALIDA
                                                                         20                                                                25
                                                                                                                                                                  LNA
                                                                                                                                                                  LNA+Encapsulado
                                                                         10                                                                20


                                                                          0




                                                                                                                                NF (dB)
                                                                                                                                           15




                                                              S21 (dB)
                                                                         -10                                                               10
                              VCC
                           Pin+Bonding
                                                                         -20                                                                   5
                                                                               LNA
                                                                               LNA+Encapsulado
                              PAD
                                                                         -30                                                                   0
                                                                                    0,1               1           10                                      0,1                  1         10
                                                                                           Frecuencia (GHz)                                                     Frecuencia (GHz)
 LNA IN          PAD+ESD                 PAD+ESD
                                                   LNA OUT
                             LNA                   Pin+Bonding
Pin+Bonding

                                                                          5                                                               5
                                                                               LNA
                              PAD                                                                                                                  LNA
                                                                          0    LNA+Encapsulado                                            0        LNA+Encapsulado

                                                                          -5                                                              -5
                              GND                                        -10                                                         -10
                           Pin+Bonding
                                                                                                                                     -15




                                                                                                                         S22 (dB)
                                                             S11 (dB)




                                                                         -15
                                                                                                                                     -20
                                                                         -20
                                                                                                                                     -25
                                                                         -25
                                                                                                                                     -30
                                                                         -30                                                         -35
                                                                         -35                                                         -40
                                                                         -40                                                         -45
                                                                                     0,1               1          10                                    0,1                1            10
                                                                                          Frecuencia (GHz)                                                    Frecuencia (GHz)



                                                                                                              ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                                                                                   44
                                                                                                              INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                                                              MEDIDAS
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
SOLUCIONES PROPUESTAS


 • PARA SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS ANTERIORES

     MÚLTIPLES BONDINGS EN PARALELO


     QUITAR LOS PADS_ESD O USAR OTROS QUE NO INFLUYAN


     MODIFICAR LA BOBINA LEN DEL AMPLIFICADOR




                                          ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                    45
                                          INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                          MEDIDAS
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          46
MEDIDAS
            • PARA LLEVAR A CABO LAS MEDIDAS FUE NECESARIO REALIZAR UNA PCB

                    SUSTRATO (FR-4)                            APLICACIÓN LINECALC




                                       T           Hu




K


                                               MSub
Pla n o m a sa s

     Con d, Rou g h
                                               MSUB
                                           H   MSub1
                      ER, MUR, SUBST           H=1.538 mm
                                               Er=4.84
                                               Mur=1
                                               Cond=4.1e7
                                               Hu=3.9e+34 mil
                                               T=35.00 um
                                               TanD=0.019
                                               Rough=0 mm




                                                                     ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                               47
                                                                     INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                     MEDIDAS
MEDIDAS
• PISTAS UNA VEZ CALCULADAS Y SU LAYOUT




  OBTENEMOS LOS PARÁMETROS S




                                          ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                    48
                                          INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                          MEDIDAS
MEDIDAS

• LAYOUT FABRICACIÓN PCB       • PCB CON LOS COMPONENTES SOLDADOS




                                         ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                   49
                                         INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                         MEDIDAS
MEDIDAS

• EQUIPO DE MEDIDAS


    1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN HEWLETT PACKARD E3620A

    1 ANALIZADOR DE REDES (VNA) AGILENT 8720E

    KIT DE CALIBRACIÓN AGILENT 85052D 3.5MM

    2 DC-BLOCK BLK-18

    CABLES DE RF SUCOFLEX 104A

    CODOS DE INTERCONEXIONADO

    CABLES DE ALIMENTACIÓN Y ADAPTADORES SMA-BNC




                                                 ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                           50
                                                 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                 MEDIDAS
MEDIDAS
• PARÁMETROS S
                                     VNA




                      RF WIRE                                 RF WIRE




                                 POWER SUPPLY




           DC-BLOCK              DC WIRES                                          DC-BLOCK




                                       PROBE GSG




                                      GND       VCC

                                                  GND


                                                        OUT

                                            GND


                                      IN




                                                                        ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                  51
                                                                        INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                        MEDIDAS
MEDIDAS
• PARÁMETROS S21

               20
               15
               10
                5
                0
    S21 (dB)




                -5
               -10
               -15
               -20   Medida del S21
               -25   Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
                     Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB
               -30
                     0,1                    1                                     10
                              Frecuencia (GHz)
                                                 ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                           52
                                                 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                 MEDIDAS
MEDIDAS
• PARÁMETROS S12 , S11 Y S22
                                                              5
                                                              0
                                                              -5
                                                             -10




                                                  S12 (dB)
                                                             -15
                                                             -20
                                                             -25
                                                             -30
                                                             -35   Medida del S21
                                                                   Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
                                                             -40   Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB

                                                                            0,1                    1                          10
                                                                                  Frecuencia (GHz)
            10                                                                                                       10
                  Medida del S11
                  Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
             5    Bonding Mod Fab+Pistas PCB
                                                                                                                      5

                                                                                                                      0
             0
                                                                                                                      -5
 S11 (dB)




                                                                                                          S22 (dB)
             -5
                                                                                                                     -10
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            -15                                                                                                      -20
                                                                                                                                   Medida del S22
                                                                                                                     -25           Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
            -20
                                                                                                                                   Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB
                                                                                                                     -30
                          0,1                       1                  10                                                                  0,1                     1      10
                                Frecuencia (GHz)                                                                                                 Frecuencia (GHz)


                                                                                                                           ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                                                                                                          53
                                                                                                                           INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                                                                                                           MEDIDAS
MEDIDAS


• FACTORES QUE AFECTAN A LA MEDIDA

    SUSTRATO DE LA PCB FR-4 NO ES EL MÁS INDICADO PARA CIRCUITOS RF

    DESPERFECTOS DE FABRICACIÓN EN LAS PISTAS DE LA PCB

    CONECTORES Y ESTAÑO DE LA SOLDADURA

    CABLES Y LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

    SEÑALES PARÁSITAS DE RF

    PLL QUE COMPARTE SUSTRATO CON EL LNA




                                              ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

                                                                                        54
                                              INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
                                              MEDIDAS
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          55
CONCLUSIONES
• SE HAN ADQUIRIDO LOS CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE LOS SISTEMAS RF Y EL USO
DEL ADS Y CADENCE.


• SE HA APRENDIDO A SIMULAR CON EL SIMULADOR ELECTROMAGNÉTICO EMDS

• SE HA MODELADO EL BONDING Y EL PIN DEL ENCAPSULADO QFN16 EN ADS,
COMPROBANDO QUE EL MODELO OBTENIDO ES MEJOR QUE EL FACILITADO POR EL
FABRICANTE


• SE HA REALIZADO UNA PCB Y SE HA MEDIDO EN EL EN EL SERIVICIO DE ESTACIÓN
DE PUNTAS DEL IUMA , TENIENDO QUE APRENDER A UTILIZAR LOS DISTINTOS
INSTRUMENTOS DE MEDIDA


• SE HA COMPROBADO LA INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO EN EL LNA

• SE ESTUDIARON LAS POSIBLES SOLUCIONES PARA EVITAR QUE EL ENCAPSULADO
AFECTE NEGATIVAMENTE AL LNA



                                                                       56
                                                 CONCLUSIONES
                                                 PRESUPUESTO
CONCLUSIONES
       UN LOGRO A DESTACAR ES QUE SE HA CONSEGUIDO

      PUBLICAR UN ARTÍCULO DE CONGRESO

      INTERNACIONAL BASADO EN ESTE TRABAJO.



       EL TITULADO “ANALYSIS OF PACKAGE EFFECTS ON

      AN UWB FEEDBACK LNA”


      EN EL XXVI CONFERENCE ON DESIGN OF CIRCUITS

      AND INTEGRATED SYSTEMS 2011 (NOVEMBER 2011,

      ALBUFEIRA PORTUGAL)


      EN EL QUE SE PRESENTARON LOS RESULTADOS

      OBTENIDOS SOBRE LA INFLUENCIA DEL

      ENCAPSULADO EN EL LNA PARA UWB




                                              57
                     CONCLUSIONES
                     PRESUPUESTO
CONCLUSIONES
  • LÍNEA FUTURA




• A LO LARGO DEL PROYECTO SE HAN PRESENTADO UNA SERIE DE INCONVENIENTES

QUE AFECTAN AL LNA A LA HORA DE ENCAPSULARLO


    • ESTUDIO DE LAS POSIBLES SOLUCIONES PROPUESTAS



    • IMPLEMENTACION DE LAS SOLUCIONES




                                                                     58
                                                      CONCLUSIONES
                                                      PRESUPUESTO
BLOQUE 1

INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO



ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS



CONCLUSIONES
PRESUPUESTO



                                          59
PRESUPUESTO

   DESCRIPCIÓN                GASTOS

 Costes de ingeniería        20.089,44 €

Costes de amortización         414,82 €

 Costes de fabricación       3.567,80 €

     Otros costes                174 €

PRESUPUESTO FINAL            24.246,06 €

 TOTAL (I.G.I.C 5%)          25.458,36 €




                                           60
                         CONCLUSIONES
                         PRESUPUESTO
Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Electrónica




 Estudio de la influencia del encapsulado
          en un LNA para UWB


  Autor: D. Krisnaya Orbaiceta Ezcurra   Tutores: Dr. Francisco Javier del Pino Suárez

  Titulación: Sistemas Electrónicos               Dr. Sunil Lalchand Khemchandani

  Fecha: Junio de 2012

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Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

  • 1. Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Electrónica Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB Autor: D. Krisnaya Orbaiceta Ezcurra Tutores: Dr. Francisco Javier del Pino Suárez Titulación: Sistemas Electrónicos Dr. Sunil Lalchand Khemchandani Fecha: Junio de 2012
  • 2. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 2
  • 3. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 3
  • 4. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO 4
  • 5. INTRODUCCIÓN Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN) Hasta 250 kbps Bandas ISM (2.45 GHz) Hasta 24 Mbps 79 canales 1 MHz Velocidades de transmisión de hasta 400-500 Mbps INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO 5
  • 6. ESTÁNDAR ECMA-368 Ó ISO/IEC 26907 CARACTERÍSTICAS DEL ESTANDAR • ESPECTRO DE 3,1 A 10,6 GHz • EN 14 BANDAS DE 528 MHz • MODULACIÓN QPSK-OFDM 128 • TASA DE DATOS DE 53,3 A 480 MBPS • FRECUENCIA CENTRAL DE LA BANDA = 2904+528*NB, NB=1...14 (MHz) INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO 6
  • 7. INTRODUCCIÓN DIAGRAMA RX/TX DE UWB INTERRUPTOR LNA CAG CAD RX/TX FILTRO FI BANDA BASE SINTETIZADOR MAC FILTRO INICIAL AP CDA FILTRO FI INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO 7
  • 8. INTRODUCCIÓN PROTECCIÓN DEL ENCAPSULADO Protección Protección ambiental Temperatura mecánica estable Circuito sobre oblea Protección Encapsulado INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO 8
  • 9. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 9
  • 10. OBJETIVOS • ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE UN LNA REALIMENTADO DE ULTRA BANDA ANCHA PARA UWB (ESTÁNDAR ECMA-368 Ó ISO/IEC 26907 ) . INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO 10
  • 11. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 11
  • 12. ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO AMPLIFICADOR CON REALIMENTACIÓN ACTIVA VCC RL Q2 RF Vo LB RS CC Vi LEN Q1 Vs ~ RB Q1 Q2 RL RF RB LB LEN VALOR 36 μm2 1.6 μm2 271.212 Ω 271.212 Ω 1631.58 Ω 6 nH 0.5 nH Tecnologia S21 (dB) NF (dB) BW3dB (GHz) IIP3 (dBm) Vcc (V) ITOTAL (mA) PDC (mW) Área efectiva con pads (mm2) 0.35um SiGe 15 < 3.8 0.1-6.5 0.24 3.3 5.1 16.8 0.1 BiCMOS INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO 12
  • 13. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 13
  • 14. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO FUNCIONES DEL ENCAPSULADO • SUMINISTRA PROTECCIÓN • MECÁNICA • AMBIENTAL • MANTIENE LA TEMPERATURA DEL CHIP DENTRO DE UN RANGO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 14 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 15. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS •POR EL TIPO DE MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN  PLÁSTICOS  CERÁMICOS • FORMA DE FIJAR EL ENCAPSULADO A LA PCB  ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN  ENCAPSULADOS DE MONTAJE SUPERFICIAL ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 15 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 16. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS • ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN: SUS PINES ATRAVIESAN LA PLACA PCB (PRINTED CIRCUIT BOARD) Pin de inserción PCB • ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN DIVIDIDOS POR SUS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS PINES A UN SOLO LADO PINES A AMBOS TIPO MATRIZ SIN PINES LADOS DESIGNACIÓN (SIP, ZIP) (PGA) (LCC, PLCC) (Single In-Line Package, (DIP) (Pin grid array) (Leadless chip carrier) Zigzag In-Line Package) (Dual In-Line Package) FIGURA ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 16 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 17. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS • ENCAPSULADOS DE MONTAJE SUPERFICIAL O SMD Pin tipo "Gull-wing" o "ala de gaviota" Pin tipo "Leadless" ("Internos") PCB PCB Pine tipo "J-lead" Pin tipo "BGA" PCB PCB • ENCAPSULADOS SMD DIVIDIDOS POR TIPO DE PATILLA TIPO GULL-WING TIPO J-LEAD LEADLESS CHIP CARRIER TIPO MATRIZ PINES A DOS LADOS (SOP, TSOP) PINES A DOS LADOS (SOJ) PINES A DOS LADOS (DFN) (BGA, SPGA) (Small Outline Package, Thin Small Outline (Small Outline J-Lead) (Dual Flat No-Lead) DESIGNACIÓN Package) (Ball Grid Array, Staggered PINES A CUATRO LADOS (QFJ) PINES A CUATRO LADOS (QFN) pin grid array) PINES ACUATRO LADOS (QFP, TQFP) (Quad Flat J-Lead) (Quad Flat No-Lead Package) (Quad Flat Package, Thin Quad Flat Package) FIGURA ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 17 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 18. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP • PARA REALIZAR LA UNIÓN EXISTEN TRES TÉCNICAS O MÉTODOS  WIRE-BONDING  TAB “TAPE AUTOMATIC BONDING”  FLIP-CHIP ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 18 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 19. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP • WIRE-BONDING • UNIÓN DE LOS PADS CON LOS PINES A TRAVÉS DE UN HILO CONDUCTOR DELGADO (ORO O ALUMINIO) • SE REALIZA APLICANDO ULTRASONIDOS Y CALOR • LA UNIÓN DEBE SER FUERTE MECÁNICAMENTE Y HOMOGENEA Hilo conductor Bondpin Bondpad CHIP SUSTRATO ENCAPSULADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 19 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 20. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP • TAB “TAPE AUTOMATIC BONDING” • UNIÓN DE LOS PADS Y LOS PINES MEDIANTE UNAS DELGADAS PISTAS DE METAL DEPOSITADAS EN UNA CINTA DE POLÍMERO BUMP • FLIP-CHIP • EL CHIP SE SUELDA DIRECTAMENTE A UNAS PISTAS CONDUCTORAS (EN EL SUSTRATO LAMINADO) MEDIANTE BUMPS QUE SE DEPOSITAN SOBRE LAS OBLEAS EN SUS ETAPAS FINALES Bump CHIP SUSTRATO PCB ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 20 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 21. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO FACTORES PARA UNA BUENA ELECCIÓN DEL ENCAPSULADO • HAY QUE ESCOGERLO DEPENDIENDO DE LA APLICACIÓN A LA QUE VA DESTINADO • TAMAÑO DEL CHIP • NÚMERO DE PINES • DISIPACIÓN DEL CALOR QUE DEBE POSEER EL CHIP • FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO • MATERIAL DEL ENCAPSULADO (PLÁSTICO O CERÁMICO) • INTERCONEXIÓN ENTRE EL CHIP Y EL ENCAPSULADO (WIRE-BONDING, FLIP-CHIP, TAB) • INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y LA PCB (INSERCIÓN O SMD) • GEOMETRÍA (FOOTPRINT) DEL ENCAPSULADO SEGÚN LOS ESTÁNDARES • PRODUCCIÓN EN SERIE • COSTE ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 21 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 22. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO CARACTERÍSTICAS DEL QFN16 • EL QFN EMPLEADO (PARA EL LNA) ES DE 16 PATILLAS, DE 5X5 mm DE LADO Y UNA ALTURA DE 0,8 mm • LAS PATILLAS SON DEL TIPO LEADLESS (SIN PINES) • EN LA PARTE INFERIOR POSEE UN PLANO PARA CONECTARLO A MASA QUE A SU VEZ NOS INDICA CUAL ES LA PATILLA 1 MEDIANTE UNA MARCA EN UNA DE SUS ESQUINAS • EMPLEA EL MÉTODO DEL WIRE-BONDING • EL ENCAPSULADO ES DE PLÁSTICO Y LO PROPORCIONA LA FUNDIDORA VIRTUAL EUROPRACTICE ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 22 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 23. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO REGLAS DE ENCAPSULADO (QFN) • HAY UNAS REGLAS ESTABLECIDAS POR EL FABRICANTE EN LO QUE SE REFIERE A DISTANCIAS, TAMAÑOS MÍNIMOS Y MÁXIMOS TANTO DE BONDPAD, BONDPINES Y DEL CONEXIONADO DE AMBOS Bondpin Bondpad ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 23 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 24. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO PARTES DEL ENCAPSULADO CON EL CHIP BONDWIRE BONDPAD DADO DE SI O CIRCUITO BONDPIN ENCAPSULADO PIN PIN PCB VIA SUSTRATO PLANO PARA CONEXIÓN A GND ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 24 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 25. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO PARTES DEL ENCAPSULADO CON EL CHIP BONDWIRE BONDPAD DADO DE SI O CIRCUITO BONDPIN ENCAPSULADO PIN PIN PCB VIA SUSTRATO PLANO PARA CONEXIÓN A GND ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 25 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 26. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO SIMULADOR EM UTILIZADO MOMENTUM: MÉTODO DE LOS MOMENTOS (MOM) 2.5D – BOBINAS, ELEMENTOS MULTICAPA… EMPRO: MÉTODO DE LAS DIFERENCIAS FINITAS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO (FDTD) 3D – ANTENAS, ETC.. EMDS: MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS (FEM) 3D – ENCAPSULADOS, BONDWIRES… 26
  • 27. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO) FREE SPACE (open boundary) CHIPSPACE COND2 (2 um, PC, strip) - Cond2: Bonding start. - Diel2: Silicon chip. Q DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016) F - Bound: PC material to connect silicon BOUND (PC, strip) chip substrate to "cond" when necessary. N PCVIA3 (PC) X16 Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end). 1 DIEL 6 PCVIA2 (PC) X16 Lowe QFN (Lower Lead at board level). COND (43 um, PC, strip) BOARD (500 um, Er = 4.7) BOARD FR4 - Cond: Top side layer. - Board: Core material. PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC) - PCVIA1: GND vias. - GND: Botton plane. GND PC: Perfect conductor. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 27 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 28. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO) FREE SPACE (open boundary) CHIPSPACE COND2 (2 um, PC, strip) - Cond2: Bonding start. - Diel2: Silicon chip. Q DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016) F - Bound: PC material to connect silicon BOUND (PC, strip) chip substrate to "cond" when necessary. N PCVIA3 (PC) X16 Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end). 1 DIEL 6 PCVIA2 (PC) X16 Lowe QFN (Lower Lead at board level). COND (43 um, PC, strip) BOARD (500 um, Er = 4.7) BOARD FR4 - Cond: Top side layer. - Board: Core material. PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC) - PCVIA1: GND vias. - GND: Botton plane. GND PC: Perfect conductor. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 28 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 29. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO) FREE SPACE (open boundary) CHIPSPACE COND2 (2 um, PC, strip) - Cond2: Bonding start. - Diel2: Silicon chip. Q DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016) F - Bound: PC material to connect silicon BOUND (PC, strip) chip substrate to "cond" when necessary. N PCVIA3 (PC) X16 Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end). 1 DIEL 6 PCVIA2 (PC) X16 Lowe QFN (Lower Lead at board level). COND (43 um, PC, strip) BOARD (500 um, Er = 4.7) BOARD FR4 - Cond: Top side layer. - Board: Core material. PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC) - PCVIA1: GND vias. - GND: Botton plane. GND PC: Perfect conductor. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 29 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 30. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO) FREE SPACE (open boundary) CHIPSPACE COND2 (2 um, PC, strip) - Cond2: Bonding start. - Diel2: Silicon chip. Q DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016) F - Bound: PC material to connect silicon BOUND (PC, strip) chip substrate to "cond" when necessary. N PCVIA3 (PC) X16 Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end). 1 DIEL 6 PCVIA2 (PC) X16 Lowe QFN (Lower Lead at board level). COND (43 um, PC, strip) BOARD (500 um, Er = 4.7) BOARD FR4 - Cond: Top side layer. - Board: Core material. PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC) - PCVIA1: GND vias. - GND: Botton plane. GND PC: Perfect conductor. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 30 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 31. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 31 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 32. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT) Jedec Bondwire Shape Bondwire ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 32 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 33. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 33 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 34. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 34 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 35. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 35 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 36. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO SIMULACIONES (PINES Y BONDING) • UNA VEZ CREADO EL SÍMBOLO, INSERTAMOS EL COMPONENTE (VISTA “LOOK ALIKE VIEW”) EN UN NUEVO DISEÑO SCHEMATIC, AÑADIMOS LOS TERM (PORT IMPEDANCE TERMINATION) A 50Ω Y SIMULAMOS LOS PARÁMETROS S Y LOS PARÁMETROS Y DE 0Hz A 15GHz ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 36 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 37. ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO PROBLEMAS SURGIDOS DURANTE EL MODELADO • MODELADO DEL SUSTRATO • DISPOSICIÓN DEL BONDING VERTICAL ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 37 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 38. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 38
  • 39. INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES VCC Pin+Bonding PAD LNA IN LNA OUT Pin+Bonding PAD_ESD LNA PAD_ESD Pin+Bonding PAD GND Pin+Bonding ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 39 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 40. INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA SIMULACIONES • LNA CON PADS DE ALIMENTACIÓN Y PINES+BONDING EN ALIMENTACIÓN Y ENTRADA LNA 20 16 LNA 14 LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING +ENTRADA:PINESyBONDING 15 12 10 S21 (dB) NF (dB) 10 8 6 5 4 LNA LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING 2 +ENTRADA:PINESyBONDING 0 0 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) 10 10 LNA 5 LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING LNA +ENTRADA:PINESyBONDING LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING 0 0 +ENTRADA:PINESyBONDING -5 -10 -10 S11 (dB) S22(dB) -15 -20 -20 -25 -30 -30 -35 -40 -40 -45 -50 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 40 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 41. INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA SIMULACIONES • LNA CON PAD_ESD A LA ENTRADA, PADS Y PINES MÁS BONDING EN ALIMENTACIÓN Y ENTRADA 20 16 LNA LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING 14 +ENTRADA:PINESyBONDING LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING 15 12 +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD 10 S21 (dB) NF (dB) VCC 10 8 Pin+Bonding 6 LNA PAD 5 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING 4 +ENTRADA:PINESyBONDING LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING 2 +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD LNA IN PAD_ESD ETAPA 0 0 LNA Pin+Bonding SIGUIENTE 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) PAD 10 10 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING 5 +ENTRADA:PINESyBONDING +ENTRADA:PINESyBONDING LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING GND 0 0 +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD Pin+Bonding LNA LNA -5 -10 -10 S11 (dB) S22(dB) -15 -20 -20 -25 -30 -30 -35 -40 -40 -45 -50 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 41 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 42. INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA SIMULACIONES • LNA CON ALIMENTACIÓN: PADS, PINES Y BONDING, ENTRADA: PAD_ESD 20 16 LNA 14 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING +ENTRADA:PAD_ESD LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING 15 12 +ENTRADA:PINESyBONDING VCC LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING 10 +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD S21 (dB) NF (dB) Pin+Bonding 10 8 LNA PAD LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING 6 +ENTRADA:PAD_ESD 5 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING 4 +ENTRADA:PINESyBONDING LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD 2 LNA ENTRADA PAD+ESD ETAPA SIGUIENTE 0 0 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) PAD 10 10 LNA LNA GND 5 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING +ENTRADA:PAD_ESD LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING +ENTRADA:PAD_ESD Pin+Bonding 0 +ENTRADA:PINESyBONDING 0 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING +ENTRADA:PINESyBONDING -5 +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING +ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD -10 -10 S11 (dB) S22(dB) -15 -20 -20 -25 -30 -30 -35 -40 -40 -45 -50 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 42 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 43. INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA SIMULACIONES •EL PICO NO DESEADO APARECE CON EL PADS_ESD DE ENTRADA AL LNA Y EL PIN MÁS EL BONDING DE ALIMENTACIÓN VCC PAD_ESD ENTRADA A LNA_IN + SEÑAL GND ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 43 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 44. INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA SIMULACIONES • LNA CON PADS, PADS_ESD Y PINES MÁS BONDING EN ALIMENTACIÓN, ENTRADA Y SALIDA 20 25 LNA LNA+Encapsulado 10 20 0 NF (dB) 15 S21 (dB) -10 10 VCC Pin+Bonding -20 5 LNA LNA+Encapsulado PAD -30 0 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) LNA IN PAD+ESD PAD+ESD LNA OUT LNA Pin+Bonding Pin+Bonding 5 5 LNA PAD LNA 0 LNA+Encapsulado 0 LNA+Encapsulado -5 -5 GND -10 -10 Pin+Bonding -15 S22 (dB) S11 (dB) -15 -20 -20 -25 -25 -30 -30 -35 -35 -40 -40 -45 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 44 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 45. INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA SOLUCIONES PROPUESTAS • PARA SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS ANTERIORES  MÚLTIPLES BONDINGS EN PARALELO  QUITAR LOS PADS_ESD O USAR OTROS QUE NO INFLUYAN  MODIFICAR LA BOBINA LEN DEL AMPLIFICADOR ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 45 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 46. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 46
  • 47. MEDIDAS • PARA LLEVAR A CABO LAS MEDIDAS FUE NECESARIO REALIZAR UNA PCB  SUSTRATO (FR-4) APLICACIÓN LINECALC T Hu K MSub Pla n o m a sa s Con d, Rou g h MSUB H MSub1 ER, MUR, SUBST H=1.538 mm Er=4.84 Mur=1 Cond=4.1e7 Hu=3.9e+34 mil T=35.00 um TanD=0.019 Rough=0 mm ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 47 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 48. MEDIDAS • PISTAS UNA VEZ CALCULADAS Y SU LAYOUT  OBTENEMOS LOS PARÁMETROS S ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 48 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 49. MEDIDAS • LAYOUT FABRICACIÓN PCB • PCB CON LOS COMPONENTES SOLDADOS ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 49 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 50. MEDIDAS • EQUIPO DE MEDIDAS  1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN HEWLETT PACKARD E3620A  1 ANALIZADOR DE REDES (VNA) AGILENT 8720E  KIT DE CALIBRACIÓN AGILENT 85052D 3.5MM  2 DC-BLOCK BLK-18  CABLES DE RF SUCOFLEX 104A  CODOS DE INTERCONEXIONADO  CABLES DE ALIMENTACIÓN Y ADAPTADORES SMA-BNC ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 50 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 51. MEDIDAS • PARÁMETROS S VNA RF WIRE RF WIRE POWER SUPPLY DC-BLOCK DC WIRES DC-BLOCK PROBE GSG GND VCC GND OUT GND IN ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 51 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 52. MEDIDAS • PARÁMETROS S21 20 15 10 5 0 S21 (dB) -5 -10 -15 -20 Medida del S21 -25 Bonding Modelo ADS+Pistas PCB Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB -30 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 52 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 53. MEDIDAS • PARÁMETROS S12 , S11 Y S22 5 0 -5 -10 S12 (dB) -15 -20 -25 -30 -35 Medida del S21 Bonding Modelo ADS+Pistas PCB -40 Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) 10 10 Medida del S11 Bonding Modelo ADS+Pistas PCB 5 Bonding Mod Fab+Pistas PCB 5 0 0 -5 S11 (dB) S22 (dB) -5 -10 -10 -15 -15 -20 Medida del S22 -25 Bonding Modelo ADS+Pistas PCB -20 Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB -30 0,1 1 10 0,1 1 10 Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz) ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 53 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 54. MEDIDAS • FACTORES QUE AFECTAN A LA MEDIDA  SUSTRATO DE LA PCB FR-4 NO ES EL MÁS INDICADO PARA CIRCUITOS RF  DESPERFECTOS DE FABRICACIÓN EN LAS PISTAS DE LA PCB  CONECTORES Y ESTAÑO DE LA SOLDADURA  CABLES Y LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN  SEÑALES PARÁSITAS DE RF  PLL QUE COMPARTE SUSTRATO CON EL LNA ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO 54 INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS
  • 55. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 55
  • 56. CONCLUSIONES • SE HAN ADQUIRIDO LOS CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE LOS SISTEMAS RF Y EL USO DEL ADS Y CADENCE. • SE HA APRENDIDO A SIMULAR CON EL SIMULADOR ELECTROMAGNÉTICO EMDS • SE HA MODELADO EL BONDING Y EL PIN DEL ENCAPSULADO QFN16 EN ADS, COMPROBANDO QUE EL MODELO OBTENIDO ES MEJOR QUE EL FACILITADO POR EL FABRICANTE • SE HA REALIZADO UNA PCB Y SE HA MEDIDO EN EL EN EL SERIVICIO DE ESTACIÓN DE PUNTAS DEL IUMA , TENIENDO QUE APRENDER A UTILIZAR LOS DISTINTOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA • SE HA COMPROBADO LA INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO EN EL LNA • SE ESTUDIARON LAS POSIBLES SOLUCIONES PARA EVITAR QUE EL ENCAPSULADO AFECTE NEGATIVAMENTE AL LNA 56 CONCLUSIONES PRESUPUESTO
  • 57. CONCLUSIONES  UN LOGRO A DESTACAR ES QUE SE HA CONSEGUIDO PUBLICAR UN ARTÍCULO DE CONGRESO INTERNACIONAL BASADO EN ESTE TRABAJO.  EL TITULADO “ANALYSIS OF PACKAGE EFFECTS ON AN UWB FEEDBACK LNA” EN EL XXVI CONFERENCE ON DESIGN OF CIRCUITS AND INTEGRATED SYSTEMS 2011 (NOVEMBER 2011, ALBUFEIRA PORTUGAL) EN EL QUE SE PRESENTARON LOS RESULTADOS OBTENIDOS SOBRE LA INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO EN EL LNA PARA UWB 57 CONCLUSIONES PRESUPUESTO
  • 58. CONCLUSIONES • LÍNEA FUTURA • A LO LARGO DEL PROYECTO SE HAN PRESENTADO UNA SERIE DE INCONVENIENTES QUE AFECTAN AL LNA A LA HORA DE ENCAPSULARLO • ESTUDIO DE LAS POSIBLES SOLUCIONES PROPUESTAS • IMPLEMENTACION DE LAS SOLUCIONES 58 CONCLUSIONES PRESUPUESTO
  • 59. BLOQUE 1 INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA MEDIDAS CONCLUSIONES PRESUPUESTO 59
  • 60. PRESUPUESTO DESCRIPCIÓN GASTOS Costes de ingeniería 20.089,44 € Costes de amortización 414,82 € Costes de fabricación 3.567,80 € Otros costes 174 € PRESUPUESTO FINAL 24.246,06 € TOTAL (I.G.I.C 5%) 25.458,36 € 60 CONCLUSIONES PRESUPUESTO
  • 61. Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Electrónica Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB Autor: D. Krisnaya Orbaiceta Ezcurra Tutores: Dr. Francisco Javier del Pino Suárez Titulación: Sistemas Electrónicos Dr. Sunil Lalchand Khemchandani Fecha: Junio de 2012