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Análisis de viabilidad de utilizar
    Convertidores de Corriente para la
     fabricación de LNAs integrados

Autor: Jonathan Arias Pérez       Tutor: Francisco Javier del Pino Suárez

EUITT Sistemas Electrónicos       Cotutor: Sunil Lalchand Khemchandani
ULPGC                                                     Junio de 2008
                      Proyecto Fin de Carrera
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Introducción




Junio 2008          Jonathan Arias Pérez
Introducción

         ARQUITECTURA DE RECEPTORES:

              ➫ Arquitectura del receptor heterodino convencional

              ➫ Arquitectura del receptor de conversión directa

              ➫ Arquitectura del receptor de doble conversión
                con IF de banda ancha

              ➫ Arquitectura del receptor con baja IF



Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Introducción
                                       Receptor de doble conversión con IF
  Receptor heterodino convencional               de banda ancha




   Receptor de conversión directa            Receptor con baja IF




Junio 2008                 Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Introducción

         Objetivos

              ✔ Comprobar la viabilidad de usar los convertidores
              de corriente para la realización de un amplificador de
              bajo ruido (LNA)

              ✔ Realización de un LNA basado en convertidores
              de corriente y verificación de resultados




Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
         Convertidor de Corriente: Dispositivo de cuatro terminales

                            Iy
                       Vy        Y
                                                   Iz
                                      C C      Z        Vz

                       Vx        X
                            Ix




             Existen varias versiones:
             ➲ Convertidores de Corriente de Primera Generación (CCI)
             ➲ Convertidores de corriente de Segunda Generación (CCII)
             ➲ Convertidores de Corriente de Segunda Generación
               Controlables (CCCII)

Junio 2008                  Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
         Convertidores de Corriente de Primera Generación (CCI)


                         Iy
                    Vy        Y
                                                Iz   iy        0   1   0   V    y
                                   C C    Z               Vz
                                                     vx        1   0   0   ix
                    Vx        X
                                                     iz        0   1   0
                                                                           Vz
                         Ix




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
                                                   +V cc




                                          Q 8                       Q 6
                                                          Q 7




                                           Q 9           Q 10



         Ejemplo de implementación:   Y                         X         Z

                                           Q 2           Q 1




                                           Q 4                      Q 5
                                                 Q 3




                                                       V ss



Junio 2008          Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente

             Aplicaciones de los CCI


                 ➢ Dispositivo de medida de corriente de banda ancha

                 ➢ Convertidor de impedancia negativa (NIC)

                 ➢ Buffer de corriente de alta velocidad




Junio 2008                 Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
        Convertidores de Corriente de Segunda Generación (CCII)


                         Iy
                    Vy        Y               iy   Iz    0   0    0       V        y
                                   C C    Z             Vz
                                              vx         1   0    0           ix
                    Vx        X
                         Ix
                                              iz         0   ±1       0   Vz




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente

         Ejemplo de implementación:

                                                                                               Vdd



                       M P2                        M P1             M P3           M P4




                                                              C1   ID   N 3
                                                                              C2

                                                                                           Z
                   X          M N 2        M N 1          Y
                                                                   M N 3           M N 4




                                      Ib




Junio 2008             Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
             Aplicaciones de los CCII




Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
             Aplicaciones de los CCII




Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
             Convertidores de Corriente de Segunda
             Generación Controlables (CCCII)
                                         Io




                                                                 C C C II

                                                                iy              0         0    0       V    y

                                                                vx              1         Rx       0       ix
                                 Y
                                                                            Z
                      Iy
                                              C C II            iz              0
                                                                                     Iz
                                                                                          1    0       Vz


                           Vy                                                   Vz




                                                           Rx




                                                       X
                                         Vx
                                                           Ix




Junio 2008                      Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente

             Circuito equivalente real

                                                        Io

                                    β(s)                                     α (s)
                         iy                                            iy            0       0 iz   0           V    y
                     Y                          Id eal C C II                                               Z
                                                                       vx            β       Rx         0           ix
                                                                        iz               0    ±α            0
                                                                                                                Vz
                               Zy
                    Vy                                                                       Zz         Vz

                                                                  Zx


                                           Ix
                                                    X

                                                             Vx




Junio 2008                    Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente

         Ejemplo de implementación:
                                                 V   +


                               M 5       M 6             M 7                     M 8




                  Io


                                                                           D 1
                                                                                             Z
                                           Q 1                 Q 2
                                                                           D 2
                                     Y
                                                                     X




                                                                     Q 3               Q 4
                  M 1    M 2              M 3            M 4



                                                 V-



Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
             Aplicaciones de los CCCII
                Amplificador de tensión

                                          Io 1                                          Io 2


                                                 C C C II+                                     C C C II+

                       in p u t      Y1             1        Z1                    X2             2        Z2
                                                   X1                                            Y2
                       V in ( t )                                     V o u t(t)




                                                               Vout Rx 2 Io1
                                                        GV =       =    =
                                                               Vin Rx1 Io 2




Junio 2008                        Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
             Aplicaciones de los CCCII
                Amplificador de corriente

                               Io 1                                                 Io 2

                                                                  I in ( t )
                                      C C C II+                                            C C C II+

                          Z1             1        X1                           Y2             2        Z2            Io u t(t)
                                                                                                            iz( t)
                                        Y1                                                   X2




                                                              Iout Rx1     Io 2
                                                       Gi =       =     =−
                                                               Iin Rx 2    Io1




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Convertidores de Corriente
             Aplicaciones de los CCCII
                Filtro Paso-Banda de Segundo Orden


                                                Io 1                                             Io 2


                                                       C C C II+                                        C C C II+
                                   C1
                                           Y1             1        Z1                       Y2             2        Z2
                                                         X1                                               X2
                        V in (t)                                        C2     V o u t(t)




                                                       Vout                 Rx C1s
                                        F ( s) =            ( s) =                 2
                                                       Vin         1 + Rx C1s + Rx C1C2 s 2




Junio 2008                Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs

             Características de los LNAs


                ➥ Topologías de LNAs más comunes

                ➥ LNA implementado con Convertidores de Corriente




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs

             ☞ Topologías de LNAs más comunes

              ➲ Configuración emisor-común

              ➲ LNA de dos etapas

              ➲ LNA con realimentación negativa por transformador

              ➲ Configuración en base común

              ➲ LNA cascodo



Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ Topologías de LNAs más comunes

               Configuración emisor-común
                  V   D D
                                                                                        V   D D




                            I B IA   S
                                                                                                          R    C


                                                                                                                   V   0

                                                                                                          IC

                                         R   2       R   1                 IB   L   B

                      Q 2                                                                    Q 1




                                                               C


                                                               R       S                          L   E



                                                                   +
                                                             V i
                                                                   -




Junio 2008                                       Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ Topologías de LNAs más comunes

               LNA de dos etapas                                    V   D D




                                            R   1                                             R       2



                                                                              C   1
                                                                R   3
                                                                                                          V   o


                                                                                      Q   2




                                   V   in           Q   1



                                                                                              R   4


                                                    L       e




Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ Topologías de LNAs más comunes

                LNA con realimentación negativa por transformador

                                                     L   2




                                     L   1

                    V   in                   Q   1




                             C   1




                                                             V   D D




Junio 2008                   Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ Topologías de LNAs más comunes

               Configuración en base común
                                                V   D D




                                                          R   C


                                                                  V   out




                           V   base             Q 1



                                        R   S
                               V   in




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ Topologías de LNAs más comunes

               LNA cascodo

                                                                V   D D




                                                                                                           L       c

                                R   R EF

                                                                                                                               V   O U T


                                                                                                   Q   2
                                                                                                                       C   L




                                           R   2   R   B IA S                              L   b
                        Q   3                                                                      Q       1



                                                                               C


                                                                               R       S

                                                                                                       L       e
                                                                                   +
                                                                          V   in

                                                                                   -




Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs

             Características de los LNAs


                ➥ Topologías de LNAs más comunes

                ➥ LNA implementado con Convertidores de Corriente




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
                ☞ LNA implementado con CC


                      Estructura de amplificador de tensión usando Convertidores
                      de Corriente

                            Io 1                                         Io 2


                                   C C C II+                                    C C C II+
                                                                                                        Vout (t ) Io1
         in p u t      Y1             1         Z1                  X2             2        Z2   GV =            =
                                     X1                                           Y2                    Vin(t ) Io 2
         V in ( t )                                    V o u t(t)
                                           Ix 1 (t)




Junio 2008                                            Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ LNA implementado con CC

               El esquema de CCCII usado es

                                           V+



                                Io                    Io

                                                           Z

                                     Q 1        Q 2

                            Y                              X

                                Io                    Io



                                           V-



Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ LNA implementado con CC
               Si unimos los convertidores de corriente queda
                                                         V+


                                                       O UT
                          Io 1                  Io 1          Io 2                   Io 2
                                        Z1                       Z2


                             Q 11            Q 21                Q 22             Q 12

                     IN             Y   X1                              X2   Y2

                          Io 1                  Io 1          Io 2                   Io 2



                                                         V-




Junio 2008                          Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ LNA implementado con CC

             Simplificando el circuito para obtener el mínimo número de
             componentes posibles
                                                 V+


                                               O UT
                                        Io 1                            Io 2
                                Z1

                                     Q 21                Q 22        Q 12

                           IN                                   X2

                                        Io 1          Io 2




                                                 V-




Junio 2008                 Jonathan Arias Pérez
Características de los LNAs
             ☞ LNA implementado con CC
             Sustituyendo las fuentes de corrientes por espejos de corriente
             queda el siguiente circuito
                                                                        V+



                                    M                            O UT                M                      M
                                        7                M   8                           9                      10




                             Io 1                                                                                Io 2
                                                         Q 21                Q 22            Q 12

                                                    IN

                     M   1                               M   3               M   4                                      M   6
                                            M                                                       M   5
                                                2


                                                                        V-




Junio 2008                          Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS


  4 metales y 2 polys
  Thick Metal
  Elementos pasivos
  Transistores Bipolares
  Transistores MOSFET



Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS
         Elementos Pasivos

   ✔ Resistencias   ✔ Condensadores        ✔ Bobinas




Junio 2008          Jonathan Arias Pérez
Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

  ✔ Transistores MOSFETs    ✔ Transistores HBTs de SiGe




Junio 2008          Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuestos



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
                                     Simulación Fuentes de Corriente Ideales

                                            Seleccionar parámetros
              Diseño a nivel
             de esquemático
                                     Simulación Fuentes de Corriente Reales

                                             Seleccionar parámetros

                                             Realización de layout
              Diseño a nivel
                de layout
                                             Simulaciones Post-layout

                                                  Fabricación
                Medidas
                                                    Medidas
Junio 2008                     Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
             ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales

                                                                V d d = 1 .5 V




                                     Io 1                                                Io 2

                                                  O U T


                                            Q 1           Q 2                      Q 3



                            C   IN

                                     Io 1                        Io 2




                                                                V d d = - 1 .5 V




Junio 2008                 Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
             ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales

                  Valores de Io1 para Zin próxima a 50 Ω


                                                      Área Transistor               Corriente Io1
                                                            (μm2)                         (μA)
                                                                24                       560
                                                                20                       560
                                                      m 1
                                      m1              f q 50 M z
                                                       r = 0 .0 H
                                                       e        15                       580
                     S1 )
                      ( ,1




                                                      S1 ) .0 4 - 4 .9 8
                                                       ( ,1=0 0 /1 1 7
                                                      io =5 0 0 0 0
                                                        1 6 .0 0 0
                                                                10
                                                      im e a c = Z * ( .9 4 j 0 )
                                                        pdne 0 0 9 - 0 5     .0          580
                                                                 5                       620
                                                                 4                       650
                             f q( 0 .0 H t 1 .0 G z
                             r 50 M z o 2 0 H )
                              e                                  3                       700
                                                                 2                       800

Junio 2008                    Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
             ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales

         Ganancia y Ancho de Banda para distintos valores de Io2 y de área
         de los transistores bipolares



                              25               m1
                                                               m 1            m 4
                              20                               f q 60 M z
                                                                r = 1 .0 H
                                                                e             f q1 1G z
                                                                               r = .8 0 H
                                                                               e
                                                 m2            d ( C u =2 .2 9d ( C u =9 7
                                                                BA .o t 1 9 BA .o t .1 4
                                                                        )             )
                              15                  m3           i2 0 0 0 0
                                                                 =5 .0 0 0    i2 0 .0 0 0
                                                                                =2 0 0 0 0
                    BA .o t
                   d ( C u)




                                                   m4
                                                    m6
                                                     5         m 2            m 5
                              10
                                                    m          f q 1 1G z
                                                                r = .0 0 H
                                                                e             f q2 1G z
                                                                               r = .4 0 H
                                                                               e
                              5                                d ( C u =1 .1 9d ( C u =7 8
                                                                BA .o t 5 8 BA .o t .2 5
                                                                        )             )
                                                               i2 0 .0 0 0
                                                                 =1 0 0 0 0   i2 5 .0 0 0
                                                                                =2 0 0 0 0
                              0
                                                               m 3            m 6
                              -5                               f q 1 1G z
                                                                r = .4 0 H
                                                                e             f q3 1G z
                                                                               r = .0 0 H
                                                                               e
                                                               d ( C u =1 .6 6d ( C u =5 4
                                                                BA .o t 1 5 BA .o t .7 4
                                                                        )             )
                                   17




                                        18




                                                 19




                                                         11

                                                              21


                                                               i2 5 .0 0 0
                                                                 =1 0 0 0 0   i2 0 .0 0 0
                                                                                =3 0 0 0 0
                                        E




                                                 E




                                                              E0
                                   E




                                                         E0




                                             f qH
                                             r , z
                                              e




Junio 2008                              Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
             ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales

                      Cálculo de la figura de ruido



                 12
                                                  m1              mPara menor NF:
                                                                   4
                 10
                                                  f q1 5 G z
                                                  r = .0 0 H
                                                   e              f q1 5 G z
                                                                  r = .0 0 H
                                                                   e
                                                  N m =2 6
                                                   F in .6 5      N m =3 8
                                                                   F in .4 9
                                                  tm n o 2 0 0 0 m n o 0 0 0 0
                                                  a a y =2 .0 0 0 t a y =1 .0 0 0
                                                                  a
                 8
                                 m6                                   ✎ Io2
          F in




                                                  m2             m 5
         n( )
           2
         Nm
          f




                 6                                f q1 5 G z
                                                  r = .0 0 H
                                                   e             f q1 5 G z
                                                                  r = .0 0 H
                                                                   e
                                 m5               N m =2 4
                                                   F in .8 0     N m =4 0
                                                                   F in .2 5
                                 m
                                 m4
                                  3               tm n o 8 0 0 0 m n o .0 0 0
                                                  a a y =1 .0 0 0t a y =6 0 0 0
                                                                  a
                 4               m2
                                  1                                  ✎ Área
                                                  m3              m6
                 2
                                                  f q1 5 G z
                                                  r = .0 0 H
                                                   e
                                          1 1 2 1 N m =3 9
                                           E 0 E 0 F in .0 3
                                                                     transistores
                                                                  f q1 5 G z
                                                                  r = .0 0 H
                                                                   e
                       18
                       E         19
                                 E                                N m =6 2
                                                                   F in .3 1
                               f qH
                               r , z
                                e                 tm n o 4 0 0 0a a y =2 0 0 0
                                                  a a y =1 .0 0 0 tm n o .0 0 0




Junio 2008                      Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
             ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Reales
              Se sustituyeron las fuentes de corrientes ideales por espejos de
              corriente
                                                                                                        V d d = 1 .5 V



                                           M   7                    M       8                                              M     9       M       10




                                    Io 1                                              O U T

                                                                                              Q 2                          Q 3                        Io 2
                                                                                Q 1



                                                       C   IN




                            M   1          M       2            M       3                           M    4                           M       5               M   6




                                                                                                        V d d = - 1 .5 V




Junio 2008                  Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
             ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Reales
              Ganancia y Ancho de Banda para una variación de la L de los
              transitores MOS

                             50   m1
                                                              m 1            m 4
                             40                               f q 5 .0 M z
                                                              r = 0 0H
                                                               e             f q 5 .0 M z
                                                                             r = 0 0H
                                                                              e
                                  m
                                  m2
                                   3                          d ( C u) 4 0 d ( C u) 5 8
                                                               BA .o t .3 7 BA .o t .1 0
                                                                       =4             =2
                                  m4
                                   5
                                   7
                   BA .o t




                                                              L .5 0 0
                                                               =0 0 0 0      L .0 0 0
                                                                              =2 0 0 0
                  d ( C u)




                             30

                             20                               m2             m5
                                                              f q 5 .0 M z
                                                              r = 0 0H
                                                               e             f q 5 .0 M z
                                                                             r = 0 0H
                                                                              e
                             10                               d ( C u) 8 1 d ( C u) 4 3
                                                               BA .o t .5 6 BA .o t .6 6
                                                                       =2             =2
                             0
                                                              L .0 0 0
                                                               =1 0 0 0      L .5 0 0
                                                                              =2 0 0 0
                                                              m3             m 7
                             -0
                             1                                f q 5 .0 M z
                                                              r = 0 0H
                                                               e             f q 5 .0 M z
                                                                             r = 0 0H
                                                                              e
                                       18
                                       E        19
                                                E      1 1 2 1 BA .o t 6 3 d ( C u =2 .2 7
                                                        E 0 E d ( C u =2 .1 5 BA .o t 4 8
                                                              0       )              )
                                                              L .5 0 0
                                                               =1 0 0 0      L .0 0 0
                                                                              =3 0 0 0
                                               f qH
                                               r , z
                                                e




                                                       G
                                                L
                                                       BW
Junio 2008                                  Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
             ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Reales
         Figura de ruido para una variación de la L de los transistores MOS

                           8
                                                           m1
                           7
                                                           f q 5 .0 M z
                                                           r = 0 0H
                                                            e
                               m1                          N m =6 4
                                                            F in .1 7
                           6
                                                           L .5 0 0
                                                            =0 0 0 0
                    F in
                   n( )
                     2
                   Nm




                               m2
                    f




                           5
                                                           m2
                           4
                                                           f q 5 .0 M z
                                                           r = 0 0H
                                                            e
                                                           N m =4 4
                                                            F in .8 0
                           3
                                                           L .0 0 0
                                                            =3 0 0 0
                                    18
                                    E           19
                                                E         11
                                                          E0

                                             f qH
                                             r , z
                                              e




                                         L           NF


Junio 2008                          Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
         Conclusiones:
                                                                 G
             Disminución de área de los transistores bipolares   BW
                                                                 NF

                                                                 G
             Aumento de la corriente de polarización Io2         BW
                                                                 NF

                                                                 G
             Aumento de la W de los transistores MOS             BW
                                                                 NF

                                                                 G
             Aumento de la L de los transistores MOS             BW
                                                                 NF
Junio 2008                    Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
          Conclusiones:
                El circuito que se implementará en el layout es
                                                                                                              V C
                                                                                                               _D
                                                                                                              SC
                                                                                                               R6
                                                                                                              V c .5V
                                                                                                               d=1
                                    F E T SD C R IN ER A E
                                     U N E E O RE T E L S




                                                                                       p o4
                                                                                        ms                              p o4
                                                                                                                         ms                p o4
                                                                                                                                            ms
                                                p o4
                                                  ms                                   M5
                                                                                        P                               M6
                                                                                                                         P                 M7
                                                                                                                                            P
                                                M2P                                    wt u
                                                                                        t =W m
                                                                                         o                              wt u
                                                                                                                         t =W m
                                                                                                                          o                wt u
                                                                                                                                            t =W m
                                                                                                                                             o
                                                wt u
                                                  t =W m
                                                   o                                   w u
                                                                                        =W m                            w u
                                                                                                                         =W m              w u
                                                                                                                                            =W m
                                                w u
                                                  =W m
                                         I C
                                         _D                                            l u
                                                                                       =L m                             l u
                                                                                                                        =L m               l u
                                                                                                                                           =L m
                                                l u
                                                 =L m                                  n=1
                                                                                        g                               n=1
                                                                                                                         g                 n=1
                                                                                                                                            g
                                         SC
                                          R8    n= 1
                                                  g
                                         Ic o u d in otc=t
                                         d=i 1 A r C nat                               da C natt
                                                                                        ri otc
                                                                                         n     =                        d i C nat
                                                                                                                         rn ot =t
                                                                                                                         a     c           d i C nat
                                                                                                                                            rn otc=t
                                                                                                                                            a
                                                  a
                                                                                       su e ot t
                                                                                        or C n c=t
                                                                                          c   a                         sucC nat
                                                                                                                         or otc=t
                                                                                                                            e              sucC nat
                                                                                                                                            ore otc  =t
                                                sucC n c t
                                                  ore ot t
                                                       a=
                                                                                                                                                          I C
                                                                                                                                                          _D
                                                                                                                                I rb
                                                                                                                                _Poe                      SC
                                                                                                                                                           R9
                                                                                       I rb
                                                                                       _Poe
                                                                                                                                I rb3
                                                                                                                                _Poe                      Ic u
                                                                                                                                                          d=i2 A
                                                                                       I rb2
                                                                                       _Poe

                                                             I re
                                                             _Pob
                                                             I re
                                                             _Po 1
                                                                b


                                                                                       nn2
                                                                                       p11       ot
                                                                                                  u1
                                                                                       Q1                          nn2
                                                                                                                    p11
                                                                                       a a *t ay
                                                                                       r =2 a no
                                                                                        e    m                     Q2           nn2
                                                                                                                                 p11
                                                                                                                   ae=tm no
                                                                                                                    ra a ay     Q3
                                                                              C                                                 ae=tm no
                                                                                                                                 ra a ay
                                                                                                     C
                                                                              C 1                    C2
                                                                              C .0 F
                                                                                =1 u                 C .0u
                                                                                                      =1 F
                                                                     Tr
                                                                      em
                                                                     Tr1
                                                                      em      V C
                                                                               _A
                                                                              SC
                                                                               R7
                                                                     Nm
                                                                      u =1
                                                                     Z 0O m
                                                                      =5 h    Vc V
                                                                               a=1
                                                                     Ni e e
                                                                      o =ys
                                                                       s      Fe=f q
                                                                               r r
                                                                                 q e
                                                                                                     Tr
                                                                                                      em
                                                                                                     Tr2
                                                                                                      em                                   I rb
                                                                                                                                           _Poe
                                                                                                     Nm 2
                                                                                                      u=                                   I rb6
                                                                                                                                           _Poe
                                                                                                     Z 0O m
                                                                                                      =5 h
                                                                                                     Ni e e
                                                                                                      o =ys
                                                                                                       s

                                                                                       I rb
                                                                                       _Poe                             I re
                                                                                                                        _Pob
                                                                                       I rb4
                                                                                       _Poe                             I re
                                                                                                                        _Po 5
                                                                                                                           b

                                                             n o4
                                                              ms
                                                             M1
                                                              N5
                                                             wt u
                                                              t =W m
                                                               o                       n o4
                                                                                        ms                                                 n o4
                                                                                                                                            ms            n o4
                                                                                                                                                           ms
                                                             w u
                                                              =W m                     M1
                                                                                        N4                                                 M1
                                                                                                                                            N2            M5
                                                                                                                                                           N
                                                             l u
                                                             =L m                      wt u
                                                                                        t =W m
                                                                                         o           n o4
                                                                                                      ms                                   wt u
                                                                                                                                            t =W m
                                                                                                                                            o             w t Wu
                                                                                                                                                           t=
                                                                                                                                                            o   m
                           n o4
                            ms                                                                       M1
                                                                                                      N3
                           M1
                            N6                               n=1
                                                              g                        w u
                                                                                        =W m                                               w u
                                                                                                                                            =W m          w u
                                                                                                                                                           =W m
                                                                                       l u
                                                                                       =L m          w tW u
                                                                                                      t=
                                                                                                       o   m                               l u
                                                                                                                                           =L m           lL m
                                                                                                                                                          = u
                           wt u
                            t =W m
                             o                               da C n c=t
                                                              ri ot t
                                                                n a
                                                             sucC nat
                                                              or otc
                                                                 e    =t               n=1
                                                                                        g            w u
                                                                                                      =W m                                 n= 1
                                                                                                                                            g             n=1
                                                                                                                                                           g
                           w u
                            =W m
                                                                                       d i C nat
                                                                                        rn ot =t
                                                                                        a      c     l u
                                                                                                     =L m                                  d in otc=t
                                                                                                                                            r C nat
                                                                                                                                            a             da C nat
                                                                                                                                                           rn otc=t
                                                                                                                                                            i
                           l u
                           =L m                                                                      n=1
                                                                                                      g
                                                                                       sucC n c=t
                                                                                        ore ot t
                                                                                               a                                           sucC nat
                                                                                                                                            or otc=t
                                                                                                                                               e          su e otc=t
                                                                                                                                                           or C nat
                                                                                                                                                              c
                           n=1
                            g                                                                        da C nat
                                                                                                      rn otc=t
                                                                                                       i
                           da C nat
                            r ot =t
                             in  c
                                                                                                     su e otc=t
                                                                                                      or C nat
                                                                                                         c
                           sucC nat
                            or otc
                               e    =t



                                                                                                                  V C
                                                                                                                   _D
                                                                                                                  SC
                                                                                                                   R5
                                                                                                                  Vc 1 V
                                                                                                                   d=- .5




    Tamaño de los transistores BJT es de 10 μm2, excepto el Q1 que es de
    20 μm2, la W de los transistores MOS es de 20 μm y la L tiene un valor
                                    de 1 μm
Junio 2008                 Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
                            Resultados:
                            El resultado de la simulación para Io1=600µA e Io2=50μA

                                                  m4                    8.0
                                                                        7.5
                                                                                                  m2
                     2.0
                      0
                                                                                                  f q1 1 G z
                                                                                                  r = .0 0 H
                                                                                                   e
    E q e ac o D 1




                                                                        7.0
                                                                                                  n( ) .9 5
                                                                                                   f =4 6
                                                                                                    2
     s u m t _A S




                     1.0
                      5                                                 6.5




                                                                 F in
                                                                        6.0




                                                                 f)
                                                                Nm
                                                                n2
            ic




                                                                  (
                     1.0
                      0
                                                                        5.5                 m2
                                                                        5.0
                                                                                            m3    m3
                                m4                                      4.5
                     5.0
                                f q2 1G z
                                r = .0 0 H
                                 e                                      4.0                       f q1 1 G z
                                                                                                  r = .0 0 H
                                                                                                   e
                                E q e ac o D 1 0 3
                                 s u m t _A S =2 .4 0
                                        ic                              3.5
                                                                                                  N m =4 6
                                                                                                   F in .2 4
                     0.0
                                                                          17
                                                                          E    18
                                                                               E            19
                                                                                            E    11
                                                                                                 E0
                       17
                       E        18
                                E            19
                                             E           11
                                                         E0
                                                                                    f qH
                                                                                    r , z
                                                                                     e
                                     f qH
                                     r , z
                                      e




                            Ganancia                                           Figura de Ruido



Junio 2008                                             Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
         Resultados:
             El resultado de la simulación para Io1=600µA e Io2=50μA
                     m 1                                              m 7
                     f q 6 .0 M z
                      r = 00H
                      e                                               f q 1 .0 M z
                                                                       r = 00H
                                                                       e
                     S1 ) .0 6/1 8 2
                      ( ,1=0 2 - 7 .7 0                               S2 ) .8 4/0 4
                                                                       ( ,2=0 1 - .0 6
                     im e a c = Z * ( .9 9-j 0 )
                       p d ne 0 0 4 0 1     .0                        im e a c = Z * ( .7 4-j 3 )
                                                                        p d ne 0 9 7 0 8     .0




                                                                                               m7
                                  m1




                                                           S2 )
                                                            ( ,2
             S1 )
              ( ,1




                                                                       f q 1 .0 M zo1 .0 G z
                                                                       r ( 0 0 H t 0 0 H)
                                                                        e
                         f q( 0 0 H t 1 .0 G z
                         r 1 .0 M zo 0 0 H )
                          e




             Adaptación de entrada                                 Adaptación de Salida
Junio 2008                                 Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de esquemático
         Resultados:
             El resultado de la simulación para Io1=600µA e Io2=50μA

                                            0
                        d mm ( o t1 })
                         B ( ixv u,{ ,0)


                                           -0
                                           1

                                           -0
                                           2

                                           -0
                                           3
                                                                                          P1dB = -19 dBm
                                           -0
                                           4

                                           -0
                                           5

                                           -0
                                           6
                                            -0
                                            5    -5
                                                 4    -0
                                                      4    -5
                                                           3     -0
                                                                 3    -5
                                                                      2    -0
                                                                           2    -5
                                                                                1    -0
                                                                                     1

                                                                R _p r
                                                                 F w




                P1dB - IIP3 = -9.6 dBm                                     IIP3 = -9.4 dBm


Junio 2008                                  Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
             Realización del layout


                ✔ Componentes colocados intentando conseguir la mayor
                simetría posible

                ✔ Conexiones entre transistores espejos de corriente se
                realizó aprovechando las diferentes capas de metal y
                luego se ha rodeado con un anillo de guarda




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
             Realización del layout
              En primer lugar se han colocado los transistores que
              forman los espejos de corriente




     Transistores PMOS                       Transistores NMOS

Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
             Realización del layout
             Siguiente paso es colocar los transistores BJT en el layout con
             el área calculada en capítulos anteriores




Junio 2008                 Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
             Realización del layout
             Layout completo en el que vemos todos los transistores que
             forman el espejo de corriente y los transistores BJT




Junio 2008                  Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
         Realización del layout
             Colocamos los pads para la conexión del circuito con el exterior




                                                  Área con pads= 800 x 430 μm2
                                                  Área sin pads= 62 x 44 μm2




Junio 2008                  Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
             Simulación post-layout
 La ganancia del circuito para diferentes corrientes de polarización Io2 es
                                                                        20
                               25




                                                      E q e aic 1 0 1
                                                          _C s 1 0 1
                                                                        15




                                                       s u m to 0 u
                                                      W rt a e 0 u
                                                        T ic1 0 1
               s u m to 0 1




                               20
              W rt a e 0 1




                                                         ip a 0 u
              E q e aic 5 u
                   _C s 5 u




                                                                        10
                  ip a 0 1




                                                                                           Io2=100μA
                 T ic 5 u




                               15

   Io2=50μA                                                             5




                                                       os
                               10
                os




                                                                        0
                               5
                                                                        -5
                               0                                         18
                                                                         E     19
                                                                               E      11
                                                                                      E0
                                18
                                E     19
                                      E         11
                                                E0
                                                                              fqH
                                                                              r , z
                                                                               e
                                     f qH
                                     r , z
                                      e


                                                                        8
                               12


                                                       E q e aic3 0 1
                                                           _C s3 0 1
                               10                                       6
                                                        su m to 0 u
              E q e aic2 0 1
                  _C s2 0 1




                                                       W rt a e 0 u
               su m to 0 u
              W rt ae 0 u




                                                         T ic3 0 1
                               8
                                                          ip a 0 u
                T ic 2 0 1
                 ip a 0 u




                                                                        4
                               6

   Io2=200μA                   4                                        2
                                                                                           Io2=300μA
                                                        os
               os




                               2                                        0
                               0
                                                                        -2
                               -2
                                                                         18
                                                                         E     19
                                                                               E      11
                                                                                      E0
                                18
                                E     19
                                      E          11
                                                 E0
                                                                              f qH
                                                                              r , z
                                                                               e
                                     fqH
                                     r , z
                                      e




                        -○- Esquemático -∆- Caso Típico -+- Peor Caso

Junio 2008                                   Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
             Simulación post-layout
             Otro parámetro que se analizó es la adaptación de entrada

                                      0
                                                                           -∆- Esquemático
                  d ( os a e ( ,1)
                  d ( c e aic ( ,1)
                   Bwrt s..S1 )
                   Bsh m t..S1 )




                                      -0
                                      1                                    -○- Caso Típico
                     Bt a ( ,1)
                    d (y ic ..S1 )




                                      -0
                                      2                                    -◊- Peor Caso
                        _c




                                      -0
                                      3
                        p




                                      -0
                                      4

                                      -0
                                      5
                                           0     2    4    6   8      10

                                                      f qG z
                                                      r , H
                                                       e




Junio 2008                                     Jonathan Arias Pérez
Diseño a nivel de layout
             Simulación post-layout
       La figura de ruido para diferentes corrientes de polarización Io2 es



 Io2=50μA                                                      Io2=100μA




 Io2=200μA                                                     Io2=300μA



Junio 2008                Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Medidas
             Aquí vemos la fotografía del chip diseñado




         Podemos ver que el área ocupada es muy pequeña y también
             hay que destacar que el consumo es de solo 1.7mA


Junio 2008              Jonathan Arias Pérez
Medidas
             Set-up medida parámetros S




Junio 2008             Jonathan Arias Pérez
Medidas
 Ganancia del circuito variando corriente de polarización Io2
                                                                        20
                             25




                                                     E q e aic 1 0 1
                                                          _C s 1 0 1
                                                      s u m to 0 u
                                                     W rt a e 0 u
              s u m to 0 1




                                                        e id _1 0 1
             W rt a e 0 1




                                                                        15
             E q e aic 5 u




                                                      Md a 0u
                             20




                                                       T ic 1 0 1
                 _C s 5 u
              Md a 01




                                                         ip a 0 u
                e id _5 u

                ip a 0 1
               T ic 5 u




                             15                                         10


  Io2=50μA                   10
                                                                                               Io2=100μA




                                                      os
              os




                                                                        5
                             5

                                                                        0
                             0
                                                                             19
                                                                             E            11
                                                                                          E0
                                  19
                                  E             11
                                                E0

                                       f qH
                                       r , z
                                        e                                         f qH
                                                                                  r , z
                                                                                   e

                             12                                          8

                             10




                                                      E q e aic 3 0 1
           E q e aic 2 0 1




                                                          _C s 3 0 1
               _C s 2 0 1




                                                                         6




                                                       s u m to 0 u
            s u m to 0 u




                                                      W rt a e 0 u
           W rt a e 0 u




                                                         e id _3 0 1
              e id _2 0 1




                                                       Md a 0u
                                                        T ic 3 0 1
            Md a 0u




                             8
             T ic 2 0 1




                                                         ip a 0 u
              ip a 0 u




  Io2=200μA                  6
                                                                         4

                             4
                                                       os
                                                                         2
                                                                                               Io2=300μA
            os




                             2
                                                                         0
                             0

                             -2                                         -2
                                  19
                                  E             11
                                                E0                           19
                                                                             E            11
                                                                                          E0

                                       f qH
                                       r , z
                                        e                                         f qH
                                                                                  r , z
                                                                                   e



          -○- Esquemático -∆- Caso Típico -+- Peor Caso — Medida

   La ganancia se comporta de manera similar al valor obtenido la simulación
Junio 2008                                 Jonathan Arias Pérez
Medidas
             Adaptación de entrada del circuito
                                          0
                    d ( e id _5 u ( ,1)
                     Bm d a 0 ..S1 )
                    d ( os a e ( ,1)
                     Bw rt s ..S1 )

                    d ( c e aic ( ,1)
                     Bs h m t..S1 )       -0
                                          1
                       Bt a ( ,1)
                      d (y ic ..S1 )


                                          -0
                                          2
                           _c




                                          -0
                                          3
                           p




                                          -0
                                          4


                                          -0
                                          5
                                               0   2   4    6   8   10

                                                       f qG z
                                                       r , H
                                                        e



         -○- Esquemático -∆- Caso Típico -+- Peor Caso — Medida


             El circuito está correctamente adaptado a la entrada


Junio 2008                                     Jonathan Arias Pérez
Medidas
                           Set-up medida figura de ruido




         F u e n t e d e r u id o         C a b le
                                           la r g o




       F u e n t e d e r u id o
                                                C a b le
                                                 la r g o
                                    LNA




Junio 2008                                                  Jonathan Arias Pérez
Medidas

     Figura de ruido:


 Vemos que se cumple que
 la figura de ruido aumenta
 a medida que aumenta la
 corriente de polarización
 Io2




Junio 2008                    Jonathan Arias Pérez
Medidas
             Set-up medida punto de compresión a 1dB




Junio 2008             Jonathan Arias Pérez
Medidas
             Punto de compresión a 1 dB




                                                     P1dB = -20.18 dBm




                P1dB – IIP3 = -9.6 dB   IIP3 = -10.58 dBm


Junio 2008                 Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Conclusiones
           Io1            600 µA       600 µA   600 µA     600 µA    600 µA     600 µA

           Io2             50 µA       100 µA   150 µA     200 µA    250 µA     300 µA

        Ganancia           18 dB       14 dB    11.44 dB   9.4 dB      8 dB     6.7 dB


  Ancho de Banda (-3dB)   820 MHz     1.3 GHz   1.9 GHz    2.7 GHz   3.26 GHz   4.3 GHz


          NF               5.5 dB      6.5 dB    7.2 dB     8 dB      8.9 dB    9.6 dB


         |Zin|             50 Ω         50 Ω     50 Ω       50 Ω      50 Ω       50 Ω


         |Zout|            500 Ω       256 Ω     175 Ω      133 Ω     105 Ω      90 Ω




Junio 2008                          Jonathan Arias Pérez
Conclusiones
         Principales Características:

              ☞ Amplificador de ganancia variable con sólo variar corriente
              de polarización Io2

              ☞ Área ocupada muy reducida

              ☞ Adaptación de entrada sin emplear bobinas


              ☞ Consumo muy pequeño



Junio 2008                Jonathan Arias Pérez
Conclusiones
         Principales Características:

              ☞ Destacar posibilidades de nuevos estudios e
              investigaciones

                    ✔ Otro tipo de fuentes de corriente

                    ✔ Diseñar etapa posterior


                    ✔ Realizar diseño para un estándar concreto



Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Índice
                      ➥ Introducción
                      ➥ Objetivos
         BLOQUE 1     ➥ Convertidores de Corriente
                      ➥ Características de los LNAs
                      ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS

                      ➥ Diseño a nivel de esquemático
         BLOQUE 2     ➥ Diseño a nivel de layout
                      ➥ Medidas


                      ➥ Conclusiones
         BLOQUE 3     ➥ Presupuesto



Junio 2008            Jonathan Arias Pérez
Presupuesto

                             Costes                Total(€)
                 Costes de herramientas software    106,21
                 Costes de equipos informáticos     288,12
                        Costes de medida            295,63
                      Costes de fabricación          344
                  Costes de recursos humanos        30550
                          Otros costes              514,2
                            Subtotal               32098,16
                           IGIC (5%)               1604,90
                  PRESUPUESTO TOTAL                33703,06




Junio 2008               Jonathan Arias Pérez
Análisis de viabilidad de utilizar
    Convertidores de Corriente para la
     fabricación de LNAs integrados

Autor: Jonathan Arias Pérez       Tutor: Francisco Javier del Pino Suárez

EUITT Sistemas Electrónicos       Cotutor: Sunil Lalchand Khemchandani
ULPGC                                                     Junio de 2008
                      Proyecto Fin de Carrera

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Análisis de Viabilidad de Utilizar Convertidores de Corriente para la Fabricación de LNAs Integrados

  • 1. Análisis de viabilidad de utilizar Convertidores de Corriente para la fabricación de LNAs integrados Autor: Jonathan Arias Pérez Tutor: Francisco Javier del Pino Suárez EUITT Sistemas Electrónicos Cotutor: Sunil Lalchand Khemchandani ULPGC Junio de 2008 Proyecto Fin de Carrera
  • 2. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 3. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 4. Introducción Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 5. Introducción ARQUITECTURA DE RECEPTORES: ➫ Arquitectura del receptor heterodino convencional ➫ Arquitectura del receptor de conversión directa ➫ Arquitectura del receptor de doble conversión con IF de banda ancha ➫ Arquitectura del receptor con baja IF Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 6. Introducción Receptor de doble conversión con IF Receptor heterodino convencional de banda ancha Receptor de conversión directa Receptor con baja IF Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 7. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 8. Introducción Objetivos ✔ Comprobar la viabilidad de usar los convertidores de corriente para la realización de un amplificador de bajo ruido (LNA) ✔ Realización de un LNA basado en convertidores de corriente y verificación de resultados Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 9. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 10. Convertidores de Corriente Convertidor de Corriente: Dispositivo de cuatro terminales Iy Vy Y Iz C C Z Vz Vx X Ix Existen varias versiones: ➲ Convertidores de Corriente de Primera Generación (CCI) ➲ Convertidores de corriente de Segunda Generación (CCII) ➲ Convertidores de Corriente de Segunda Generación Controlables (CCCII) Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 11. Convertidores de Corriente Convertidores de Corriente de Primera Generación (CCI) Iy Vy Y Iz iy 0 1 0 V y C C Z Vz vx 1 0 0 ix Vx X iz 0 1 0 Vz Ix Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 12. Convertidores de Corriente +V cc Q 8 Q 6 Q 7 Q 9 Q 10 Ejemplo de implementación: Y X Z Q 2 Q 1 Q 4 Q 5 Q 3 V ss Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 13. Convertidores de Corriente Aplicaciones de los CCI ➢ Dispositivo de medida de corriente de banda ancha ➢ Convertidor de impedancia negativa (NIC) ➢ Buffer de corriente de alta velocidad Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 14. Convertidores de Corriente Convertidores de Corriente de Segunda Generación (CCII) Iy Vy Y iy Iz 0 0 0 V y C C Z Vz vx 1 0 0 ix Vx X Ix iz 0 ±1 0 Vz Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 15. Convertidores de Corriente Ejemplo de implementación: Vdd M P2 M P1 M P3 M P4 C1 ID N 3 C2 Z X M N 2 M N 1 Y M N 3 M N 4 Ib Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 16. Convertidores de Corriente Aplicaciones de los CCII Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 17. Convertidores de Corriente Aplicaciones de los CCII Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 18. Convertidores de Corriente Convertidores de Corriente de Segunda Generación Controlables (CCCII) Io C C C II iy 0 0 0 V y vx 1 Rx 0 ix Y Z Iy C C II iz 0 Iz 1 0 Vz Vy Vz Rx X Vx Ix Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 19. Convertidores de Corriente Circuito equivalente real Io β(s) α (s) iy iy 0 0 iz 0 V y Y Id eal C C II Z vx β Rx 0 ix iz 0 ±α 0 Vz Zy Vy Zz Vz Zx Ix X Vx Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 20. Convertidores de Corriente Ejemplo de implementación: V + M 5 M 6 M 7 M 8 Io D 1 Z Q 1 Q 2 D 2 Y X Q 3 Q 4 M 1 M 2 M 3 M 4 V- Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 21. Convertidores de Corriente Aplicaciones de los CCCII Amplificador de tensión Io 1 Io 2 C C C II+ C C C II+ in p u t Y1 1 Z1 X2 2 Z2 X1 Y2 V in ( t ) V o u t(t) Vout Rx 2 Io1 GV = = = Vin Rx1 Io 2 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 22. Convertidores de Corriente Aplicaciones de los CCCII Amplificador de corriente Io 1 Io 2 I in ( t ) C C C II+ C C C II+ Z1 1 X1 Y2 2 Z2 Io u t(t) iz( t) Y1 X2 Iout Rx1 Io 2 Gi = = =− Iin Rx 2 Io1 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 23. Convertidores de Corriente Aplicaciones de los CCCII Filtro Paso-Banda de Segundo Orden Io 1 Io 2 C C C II+ C C C II+ C1 Y1 1 Z1 Y2 2 Z2 X1 X2 V in (t) C2 V o u t(t) Vout Rx C1s F ( s) = ( s) = 2 Vin 1 + Rx C1s + Rx C1C2 s 2 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 24. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 25. Características de los LNAs Características de los LNAs ➥ Topologías de LNAs más comunes ➥ LNA implementado con Convertidores de Corriente Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 26. Características de los LNAs ☞ Topologías de LNAs más comunes ➲ Configuración emisor-común ➲ LNA de dos etapas ➲ LNA con realimentación negativa por transformador ➲ Configuración en base común ➲ LNA cascodo Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 27. Características de los LNAs ☞ Topologías de LNAs más comunes Configuración emisor-común V D D V D D I B IA S R C V 0 IC R 2 R 1 IB L B Q 2 Q 1 C R S L E + V i - Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 28. Características de los LNAs ☞ Topologías de LNAs más comunes LNA de dos etapas V D D R 1 R 2 C 1 R 3 V o Q 2 V in Q 1 R 4 L e Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 29. Características de los LNAs ☞ Topologías de LNAs más comunes LNA con realimentación negativa por transformador L 2 L 1 V in Q 1 C 1 V D D Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 30. Características de los LNAs ☞ Topologías de LNAs más comunes Configuración en base común V D D R C V out V base Q 1 R S V in Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 31. Características de los LNAs ☞ Topologías de LNAs más comunes LNA cascodo V D D L c R R EF V O U T Q 2 C L R 2 R B IA S L b Q 3 Q 1 C R S L e + V in - Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 32. Características de los LNAs Características de los LNAs ➥ Topologías de LNAs más comunes ➥ LNA implementado con Convertidores de Corriente Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 33. Características de los LNAs ☞ LNA implementado con CC Estructura de amplificador de tensión usando Convertidores de Corriente Io 1 Io 2 C C C II+ C C C II+ Vout (t ) Io1 in p u t Y1 1 Z1 X2 2 Z2 GV = = X1 Y2 Vin(t ) Io 2 V in ( t ) V o u t(t) Ix 1 (t) Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 34. Características de los LNAs ☞ LNA implementado con CC El esquema de CCCII usado es V+ Io Io Z Q 1 Q 2 Y X Io Io V- Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 35. Características de los LNAs ☞ LNA implementado con CC Si unimos los convertidores de corriente queda V+ O UT Io 1 Io 1 Io 2 Io 2 Z1 Z2 Q 11 Q 21 Q 22 Q 12 IN Y X1 X2 Y2 Io 1 Io 1 Io 2 Io 2 V- Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 36. Características de los LNAs ☞ LNA implementado con CC Simplificando el circuito para obtener el mínimo número de componentes posibles V+ O UT Io 1 Io 2 Z1 Q 21 Q 22 Q 12 IN X2 Io 1 Io 2 V- Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 37. Características de los LNAs ☞ LNA implementado con CC Sustituyendo las fuentes de corrientes por espejos de corriente queda el siguiente circuito V+ M O UT M M 7 M 8 9 10 Io 1 Io 2 Q 21 Q 22 Q 12 IN M 1 M 3 M 4 M 6 M M 5 2 V- Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 38. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 39. Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS 4 metales y 2 polys Thick Metal Elementos pasivos Transistores Bipolares Transistores MOSFET Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 40. Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS Elementos Pasivos ✔ Resistencias ✔ Condensadores ✔ Bobinas Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 41. Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ✔ Transistores MOSFETs ✔ Transistores HBTs de SiGe Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 42. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuestos Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 43. Diseño a nivel de esquemático Simulación Fuentes de Corriente Ideales Seleccionar parámetros Diseño a nivel de esquemático Simulación Fuentes de Corriente Reales Seleccionar parámetros Realización de layout Diseño a nivel de layout Simulaciones Post-layout Fabricación Medidas Medidas Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 44. Diseño a nivel de esquemático ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales V d d = 1 .5 V Io 1 Io 2 O U T Q 1 Q 2 Q 3 C IN Io 1 Io 2 V d d = - 1 .5 V Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 45. Diseño a nivel de esquemático ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales Valores de Io1 para Zin próxima a 50 Ω Área Transistor Corriente Io1 (μm2) (μA) 24 560 20 560 m 1 m1 f q 50 M z r = 0 .0 H e 15 580 S1 ) ( ,1 S1 ) .0 4 - 4 .9 8 ( ,1=0 0 /1 1 7 io =5 0 0 0 0 1 6 .0 0 0 10 im e a c = Z * ( .9 4 j 0 ) pdne 0 0 9 - 0 5 .0 580 5 620 4 650 f q( 0 .0 H t 1 .0 G z r 50 M z o 2 0 H ) e 3 700 2 800 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 46. Diseño a nivel de esquemático ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales Ganancia y Ancho de Banda para distintos valores de Io2 y de área de los transistores bipolares 25 m1 m 1 m 4 20 f q 60 M z r = 1 .0 H e f q1 1G z r = .8 0 H e m2 d ( C u =2 .2 9d ( C u =9 7 BA .o t 1 9 BA .o t .1 4 ) ) 15 m3 i2 0 0 0 0 =5 .0 0 0 i2 0 .0 0 0 =2 0 0 0 0 BA .o t d ( C u) m4 m6 5 m 2 m 5 10 m f q 1 1G z r = .0 0 H e f q2 1G z r = .4 0 H e 5 d ( C u =1 .1 9d ( C u =7 8 BA .o t 5 8 BA .o t .2 5 ) ) i2 0 .0 0 0 =1 0 0 0 0 i2 5 .0 0 0 =2 0 0 0 0 0 m 3 m 6 -5 f q 1 1G z r = .4 0 H e f q3 1G z r = .0 0 H e d ( C u =1 .6 6d ( C u =5 4 BA .o t 1 5 BA .o t .7 4 ) ) 17 18 19 11 21 i2 5 .0 0 0 =1 0 0 0 0 i2 0 .0 0 0 =3 0 0 0 0 E E E0 E E0 f qH r , z e Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 47. Diseño a nivel de esquemático ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Ideales Cálculo de la figura de ruido 12 m1 mPara menor NF: 4 10 f q1 5 G z r = .0 0 H e f q1 5 G z r = .0 0 H e N m =2 6 F in .6 5 N m =3 8 F in .4 9 tm n o 2 0 0 0 m n o 0 0 0 0 a a y =2 .0 0 0 t a y =1 .0 0 0 a 8 m6 ✎ Io2 F in m2 m 5 n( ) 2 Nm f 6 f q1 5 G z r = .0 0 H e f q1 5 G z r = .0 0 H e m5 N m =2 4 F in .8 0 N m =4 0 F in .2 5 m m4 3 tm n o 8 0 0 0 m n o .0 0 0 a a y =1 .0 0 0t a y =6 0 0 0 a 4 m2 1 ✎ Área m3 m6 2 f q1 5 G z r = .0 0 H e 1 1 2 1 N m =3 9 E 0 E 0 F in .0 3 transistores f q1 5 G z r = .0 0 H e 18 E 19 E N m =6 2 F in .3 1 f qH r , z e tm n o 4 0 0 0a a y =2 0 0 0 a a y =1 .0 0 0 tm n o .0 0 0 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 48. Diseño a nivel de esquemático ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Reales Se sustituyeron las fuentes de corrientes ideales por espejos de corriente V d d = 1 .5 V M 7 M 8 M 9 M 10 Io 1 O U T Q 2 Q 3 Io 2 Q 1 C IN M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 V d d = - 1 .5 V Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 49. Diseño a nivel de esquemático ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Reales Ganancia y Ancho de Banda para una variación de la L de los transitores MOS 50 m1 m 1 m 4 40 f q 5 .0 M z r = 0 0H e f q 5 .0 M z r = 0 0H e m m2 3 d ( C u) 4 0 d ( C u) 5 8 BA .o t .3 7 BA .o t .1 0 =4 =2 m4 5 7 BA .o t L .5 0 0 =0 0 0 0 L .0 0 0 =2 0 0 0 d ( C u) 30 20 m2 m5 f q 5 .0 M z r = 0 0H e f q 5 .0 M z r = 0 0H e 10 d ( C u) 8 1 d ( C u) 4 3 BA .o t .5 6 BA .o t .6 6 =2 =2 0 L .0 0 0 =1 0 0 0 L .5 0 0 =2 0 0 0 m3 m 7 -0 1 f q 5 .0 M z r = 0 0H e f q 5 .0 M z r = 0 0H e 18 E 19 E 1 1 2 1 BA .o t 6 3 d ( C u =2 .2 7 E 0 E d ( C u =2 .1 5 BA .o t 4 8 0 ) ) L .5 0 0 =1 0 0 0 L .0 0 0 =3 0 0 0 f qH r , z e G L BW Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 50. Diseño a nivel de esquemático ➥ Simulación con Fuentes de Corriente Reales Figura de ruido para una variación de la L de los transistores MOS 8 m1 7 f q 5 .0 M z r = 0 0H e m1 N m =6 4 F in .1 7 6 L .5 0 0 =0 0 0 0 F in n( ) 2 Nm m2 f 5 m2 4 f q 5 .0 M z r = 0 0H e N m =4 4 F in .8 0 3 L .0 0 0 =3 0 0 0 18 E 19 E 11 E0 f qH r , z e L NF Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 51. Diseño a nivel de esquemático Conclusiones: G Disminución de área de los transistores bipolares BW NF G Aumento de la corriente de polarización Io2 BW NF G Aumento de la W de los transistores MOS BW NF G Aumento de la L de los transistores MOS BW NF Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 52. Diseño a nivel de esquemático Conclusiones: El circuito que se implementará en el layout es V C _D SC R6 V c .5V d=1 F E T SD C R IN ER A E U N E E O RE T E L S p o4 ms p o4 ms p o4 ms p o4 ms M5 P M6 P M7 P M2P wt u t =W m o wt u t =W m o wt u t =W m o wt u t =W m o w u =W m w u =W m w u =W m w u =W m I C _D l u =L m l u =L m l u =L m l u =L m n=1 g n=1 g n=1 g SC R8 n= 1 g Ic o u d in otc=t d=i 1 A r C nat da C natt ri otc n = d i C nat rn ot =t a c d i C nat rn otc=t a a su e ot t or C n c=t c a sucC nat or otc=t e sucC nat ore otc =t sucC n c t ore ot t a= I C _D I rb _Poe SC R9 I rb _Poe I rb3 _Poe Ic u d=i2 A I rb2 _Poe I re _Pob I re _Po 1 b nn2 p11 ot u1 Q1 nn2 p11 a a *t ay r =2 a no e m Q2 nn2 p11 ae=tm no ra a ay Q3 C ae=tm no ra a ay C C 1 C2 C .0 F =1 u C .0u =1 F Tr em Tr1 em V C _A SC R7 Nm u =1 Z 0O m =5 h Vc V a=1 Ni e e o =ys s Fe=f q r r q e Tr em Tr2 em I rb _Poe Nm 2 u= I rb6 _Poe Z 0O m =5 h Ni e e o =ys s I rb _Poe I re _Pob I rb4 _Poe I re _Po 5 b n o4 ms M1 N5 wt u t =W m o n o4 ms n o4 ms n o4 ms w u =W m M1 N4 M1 N2 M5 N l u =L m wt u t =W m o n o4 ms wt u t =W m o w t Wu t= o m n o4 ms M1 N3 M1 N6 n=1 g w u =W m w u =W m w u =W m l u =L m w tW u t= o m l u =L m lL m = u wt u t =W m o da C n c=t ri ot t n a sucC nat or otc e =t n=1 g w u =W m n= 1 g n=1 g w u =W m d i C nat rn ot =t a c l u =L m d in otc=t r C nat a da C nat rn otc=t i l u =L m n=1 g sucC n c=t ore ot t a sucC nat or otc=t e su e otc=t or C nat c n=1 g da C nat rn otc=t i da C nat r ot =t in c su e otc=t or C nat c sucC nat or otc e =t V C _D SC R5 Vc 1 V d=- .5 Tamaño de los transistores BJT es de 10 μm2, excepto el Q1 que es de 20 μm2, la W de los transistores MOS es de 20 μm y la L tiene un valor de 1 μm Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 53. Diseño a nivel de esquemático Resultados: El resultado de la simulación para Io1=600µA e Io2=50μA m4 8.0 7.5 m2 2.0 0 f q1 1 G z r = .0 0 H e E q e ac o D 1 7.0 n( ) .9 5 f =4 6 2 s u m t _A S 1.0 5 6.5 F in 6.0 f) Nm n2 ic ( 1.0 0 5.5 m2 5.0 m3 m3 m4 4.5 5.0 f q2 1G z r = .0 0 H e 4.0 f q1 1 G z r = .0 0 H e E q e ac o D 1 0 3 s u m t _A S =2 .4 0 ic 3.5 N m =4 6 F in .2 4 0.0 17 E 18 E 19 E 11 E0 17 E 18 E 19 E 11 E0 f qH r , z e f qH r , z e Ganancia Figura de Ruido Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 54. Diseño a nivel de esquemático Resultados: El resultado de la simulación para Io1=600µA e Io2=50μA m 1 m 7 f q 6 .0 M z r = 00H e f q 1 .0 M z r = 00H e S1 ) .0 6/1 8 2 ( ,1=0 2 - 7 .7 0 S2 ) .8 4/0 4 ( ,2=0 1 - .0 6 im e a c = Z * ( .9 9-j 0 ) p d ne 0 0 4 0 1 .0 im e a c = Z * ( .7 4-j 3 ) p d ne 0 9 7 0 8 .0 m7 m1 S2 ) ( ,2 S1 ) ( ,1 f q 1 .0 M zo1 .0 G z r ( 0 0 H t 0 0 H) e f q( 0 0 H t 1 .0 G z r 1 .0 M zo 0 0 H ) e Adaptación de entrada Adaptación de Salida Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 55. Diseño a nivel de esquemático Resultados: El resultado de la simulación para Io1=600µA e Io2=50μA 0 d mm ( o t1 }) B ( ixv u,{ ,0) -0 1 -0 2 -0 3 P1dB = -19 dBm -0 4 -0 5 -0 6 -0 5 -5 4 -0 4 -5 3 -0 3 -5 2 -0 2 -5 1 -0 1 R _p r F w P1dB - IIP3 = -9.6 dBm IIP3 = -9.4 dBm Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 56. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 57. Diseño a nivel de layout Realización del layout ✔ Componentes colocados intentando conseguir la mayor simetría posible ✔ Conexiones entre transistores espejos de corriente se realizó aprovechando las diferentes capas de metal y luego se ha rodeado con un anillo de guarda Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 58. Diseño a nivel de layout Realización del layout En primer lugar se han colocado los transistores que forman los espejos de corriente Transistores PMOS Transistores NMOS Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 59. Diseño a nivel de layout Realización del layout Siguiente paso es colocar los transistores BJT en el layout con el área calculada en capítulos anteriores Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 60. Diseño a nivel de layout Realización del layout Layout completo en el que vemos todos los transistores que forman el espejo de corriente y los transistores BJT Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 61. Diseño a nivel de layout Realización del layout Colocamos los pads para la conexión del circuito con el exterior Área con pads= 800 x 430 μm2 Área sin pads= 62 x 44 μm2 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 62. Diseño a nivel de layout Simulación post-layout La ganancia del circuito para diferentes corrientes de polarización Io2 es 20 25 E q e aic 1 0 1 _C s 1 0 1 15 s u m to 0 u W rt a e 0 u T ic1 0 1 s u m to 0 1 20 W rt a e 0 1 ip a 0 u E q e aic 5 u _C s 5 u 10 ip a 0 1 Io2=100μA T ic 5 u 15 Io2=50μA 5 os 10 os 0 5 -5 0 18 E 19 E 11 E0 18 E 19 E 11 E0 fqH r , z e f qH r , z e 8 12 E q e aic3 0 1 _C s3 0 1 10 6 su m to 0 u E q e aic2 0 1 _C s2 0 1 W rt a e 0 u su m to 0 u W rt ae 0 u T ic3 0 1 8 ip a 0 u T ic 2 0 1 ip a 0 u 4 6 Io2=200μA 4 2 Io2=300μA os os 2 0 0 -2 -2 18 E 19 E 11 E0 18 E 19 E 11 E0 f qH r , z e fqH r , z e -○- Esquemático -∆- Caso Típico -+- Peor Caso Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 63. Diseño a nivel de layout Simulación post-layout Otro parámetro que se analizó es la adaptación de entrada 0 -∆- Esquemático d ( os a e ( ,1) d ( c e aic ( ,1) Bwrt s..S1 ) Bsh m t..S1 ) -0 1 -○- Caso Típico Bt a ( ,1) d (y ic ..S1 ) -0 2 -◊- Peor Caso _c -0 3 p -0 4 -0 5 0 2 4 6 8 10 f qG z r , H e Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 64. Diseño a nivel de layout Simulación post-layout La figura de ruido para diferentes corrientes de polarización Io2 es Io2=50μA Io2=100μA Io2=200μA Io2=300μA Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 65. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 66. Medidas Aquí vemos la fotografía del chip diseñado Podemos ver que el área ocupada es muy pequeña y también hay que destacar que el consumo es de solo 1.7mA Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 67. Medidas Set-up medida parámetros S Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 68. Medidas Ganancia del circuito variando corriente de polarización Io2 20 25 E q e aic 1 0 1 _C s 1 0 1 s u m to 0 u W rt a e 0 u s u m to 0 1 e id _1 0 1 W rt a e 0 1 15 E q e aic 5 u Md a 0u 20 T ic 1 0 1 _C s 5 u Md a 01 ip a 0 u e id _5 u ip a 0 1 T ic 5 u 15 10 Io2=50μA 10 Io2=100μA os os 5 5 0 0 19 E 11 E0 19 E 11 E0 f qH r , z e f qH r , z e 12 8 10 E q e aic 3 0 1 E q e aic 2 0 1 _C s 3 0 1 _C s 2 0 1 6 s u m to 0 u s u m to 0 u W rt a e 0 u W rt a e 0 u e id _3 0 1 e id _2 0 1 Md a 0u T ic 3 0 1 Md a 0u 8 T ic 2 0 1 ip a 0 u ip a 0 u Io2=200μA 6 4 4 os 2 Io2=300μA os 2 0 0 -2 -2 19 E 11 E0 19 E 11 E0 f qH r , z e f qH r , z e -○- Esquemático -∆- Caso Típico -+- Peor Caso — Medida La ganancia se comporta de manera similar al valor obtenido la simulación Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 69. Medidas Adaptación de entrada del circuito 0 d ( e id _5 u ( ,1) Bm d a 0 ..S1 ) d ( os a e ( ,1) Bw rt s ..S1 ) d ( c e aic ( ,1) Bs h m t..S1 ) -0 1 Bt a ( ,1) d (y ic ..S1 ) -0 2 _c -0 3 p -0 4 -0 5 0 2 4 6 8 10 f qG z r , H e -○- Esquemático -∆- Caso Típico -+- Peor Caso — Medida El circuito está correctamente adaptado a la entrada Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 70. Medidas Set-up medida figura de ruido F u e n t e d e r u id o C a b le la r g o F u e n t e d e r u id o C a b le la r g o LNA Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 71. Medidas Figura de ruido: Vemos que se cumple que la figura de ruido aumenta a medida que aumenta la corriente de polarización Io2 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 72. Medidas Set-up medida punto de compresión a 1dB Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 73. Medidas Punto de compresión a 1 dB P1dB = -20.18 dBm P1dB – IIP3 = -9.6 dB IIP3 = -10.58 dBm Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 74. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 75. Conclusiones Io1 600 µA 600 µA 600 µA 600 µA 600 µA 600 µA Io2 50 µA 100 µA 150 µA 200 µA 250 µA 300 µA Ganancia 18 dB 14 dB 11.44 dB 9.4 dB 8 dB 6.7 dB Ancho de Banda (-3dB) 820 MHz 1.3 GHz 1.9 GHz 2.7 GHz 3.26 GHz 4.3 GHz NF 5.5 dB 6.5 dB 7.2 dB 8 dB 8.9 dB 9.6 dB |Zin| 50 Ω 50 Ω 50 Ω 50 Ω 50 Ω 50 Ω |Zout| 500 Ω 256 Ω 175 Ω 133 Ω 105 Ω 90 Ω Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 76. Conclusiones Principales Características: ☞ Amplificador de ganancia variable con sólo variar corriente de polarización Io2 ☞ Área ocupada muy reducida ☞ Adaptación de entrada sin emplear bobinas ☞ Consumo muy pequeño Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 77. Conclusiones Principales Características: ☞ Destacar posibilidades de nuevos estudios e investigaciones ✔ Otro tipo de fuentes de corriente ✔ Diseñar etapa posterior ✔ Realizar diseño para un estándar concreto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 78. Índice ➥ Introducción ➥ Objetivos BLOQUE 1 ➥ Convertidores de Corriente ➥ Características de los LNAs ➥ Tecnología SiGe 0,35 µm de AMS ➥ Diseño a nivel de esquemático BLOQUE 2 ➥ Diseño a nivel de layout ➥ Medidas ➥ Conclusiones BLOQUE 3 ➥ Presupuesto Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 79. Presupuesto Costes Total(€) Costes de herramientas software 106,21 Costes de equipos informáticos 288,12 Costes de medida 295,63 Costes de fabricación 344 Costes de recursos humanos 30550 Otros costes 514,2 Subtotal 32098,16 IGIC (5%) 1604,90 PRESUPUESTO TOTAL 33703,06 Junio 2008 Jonathan Arias Pérez
  • 80. Análisis de viabilidad de utilizar Convertidores de Corriente para la fabricación de LNAs integrados Autor: Jonathan Arias Pérez Tutor: Francisco Javier del Pino Suárez EUITT Sistemas Electrónicos Cotutor: Sunil Lalchand Khemchandani ULPGC Junio de 2008 Proyecto Fin de Carrera