Este documento describe el diseño de un amplificador de bajo ruido de ultra ancha banda (UWB LNA) para un receptor UWB usando la tecnología CMOS de 0.35 μm. El objetivo es verificar la viabilidad de esta tecnología para implementar un LNA que cumpla con el estándar IEEE 802.15.3a. Se explican las características clave de los LNAs y los desafíos del diseño de receptores UWB, como la adaptación de impedancia de ancha banda y la alta linealidad requerida. El document

1. Universidad de Las Palmas de
Gran Canaria
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de
Telecomunicación
Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de
Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB
en CMOS 0.35 μm
Tutor: Francisco Javier Del Pino Suárez Autor: Hugo García Vázquez
Cotutor: Jesús Rubén Pulido Medina Septiembre de 2006

2. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
2 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

3. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Introducción
3 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

4. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Introducción
 Fijas
 MMDS
 LMDS
 Microondas punto a punto
 Enlaces ópticos
 Móviles
 WWAN
 WMAN
 WLAN
 WPAN
4 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

5. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Introducción
5 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

6. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Introducción
 WPAN
- Bandas ISM (2.45 GHz)
- 79 canales 1 MHz
- 2.1 Mbps
6 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

7. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Introducción
 Ultra Banda Ancha (UWB, Ultra Wide Band)
 Velocidades de transmisión de hasta 400-500 Mbps
7 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

8. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Introducción
 Ultra Banda Ancha (UWB, Ultra Wide Band)
 Generación de señales de UWB:
 IR-UWB
 CB-UWB
 FCC (Federal Communications Commissions)
 802.15.3a basados probablemente en CB-UWB
 MBOA (Multiband OFDM Alliance)
 Espectro de 3.1-10.6 GHz
 14 bandas de 528 MHz
 Moduladas en QPSK-OFDM 128
 Tasa de datos de 53.3-480 Mbps
8 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

9. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Introducción
 Ultra Banda Ancha (UWB, Ultra Wide Band)
9 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

10. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
10 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

11. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Objetivos
 Diseño de un LNA de Ultra Banda Ancha para
un receptor de UWB (estándar 802.15.3a) en
CMOS 0.35 μm
 Verificación de la validez de la tecnología
empleada en la implementación de un LNA
para dicho estándar.
11 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

12. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
12 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

13. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los sistemas de RF
 Características del estándar IEEE 802.15.3a
 Especificaciones del receptor para UWB-MBOA
13 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

14. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los sistemas de RF
 Ganancia
 Figura de ruido
 Punto de intercepción de tercer orden (IP3)
 Coeficiente de onda estacionaria (VSWR)
14 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

15. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los sistemas de RF
 Ganancia
LNA
Vsalida  Vsalida 
G= G (dB ) = 20 log
V 

V entrada  entrada 
15 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

16. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los sistemas de RF
 Figura de ruido
PN 0
NF =
LNA P Ni ⋅G A
PS i / PN i SNRi
NF = =
PS 0 / PN 0 SNR0
LNA
16 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

17. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los sistemas de RF
 Ruido
 Figura de ruido
NF 1 NF 2 NF 3
G A1 G A2 G A3
NF2 − 1 NF3 − 1
NF = NF1 + +
G A1 G A1.G A 2
17 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

18. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los sistemas de RF
 Punto de intercepción de tercer orden (IP3)
O IM 3
ω ω
ω1 ω2 2 ω 1-ω 2 ω 1 ω2 2 ω 2-ω 1
señal deseada señal deseada
ω ω
ω1 ω2 2 ω 1-ω 2 ω1 ω2 2 ω 2-ω 1
18 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

19. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los sistemas de RF
 Punto de intercepción de tercer orden (IP3)
Psalida (dBm)
∆P
OIP3 Potencia de la señal
2 principal
Pout
Potencia de IM
∆P ∆P (IM3)
IM3
∆
P
2
ω Pentrada (dBm)
2ω1-ω2 ω1 ω2 2ω2-ω1 IIP3
ω1 20 log (Ain)
ω2
ω
19 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

20. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los sistemas de RF
 Coeficiente de onda estacionaria (VSWR)
Z L − Z 0 VSWR − 1
| ΓL |= =
Z L + Z 0 VSWR + 1
20 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

21. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características del estándar IEEE 802.15.3a
 Propuesto por la MBOA
 Espectro de 3.1-10.6 GHz
 14 bandas de 528 MHz
 Moduladas en QPSK-OFDM 128
 Tasa de datos de 53.3-480 Mbps
 Frecuencia central de la banda = 2904 + 528 × nb, nb =
1….14 (MHz)
21 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

22. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Especificaciones del receptor para UWB-MBOA
 Estructura del receptor zero-IF
22 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

23. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características del estándar IEEE 802.15.3a
 Desafíos en el diseño de receptores MB-OFDM
 Adaptación de la impedancia de banda ancha
 Aparecen señales bloqueantes → Mejor linealidad
 Filtros para seleccionar los canales en banda base con un
alto rechazo a la frecuencia de corte de 264 MHz
 Necesitan un sintetizador de frecuencia de banda ágil
 Pureza del oscilador local
 Ganancia equilibrada entre los canales I y Q y eficiencia en
las fases en cuadratura del LO
23 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

24. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Especificaciones del receptor para UWB-MBOA
Sensibilidad -83.6 a -72.6 dBm
NF 6-7 dB
Ganancia de compresión a 1dB/IIP3 -18.56 dBm/-9 dBm
Ruido de fase -100 dBc/Hz a 1 MHz
Ganancia tensión 84 dB
Total CAG 60 dB
24 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

25. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
25 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

26. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Amplificador de banda estrecha
26 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

27. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Amplificador de banda ancha
27 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

28. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Amplificador de banda ancha
28 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

29. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Amplificador de banda ancha
29 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

30. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Carga de banda ancha
 Carga RC
30 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

31. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Carga de banda ancha
 Series-peaking
 Mejora BWRC * 1.41
31 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

32. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Carga de banda ancha
 Shunt-peaking
 Mejora BWRC * 1.85
32 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

33. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Carga de banda ancha
 Series-Shunt-peaking
33 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

34. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Estructura del LNA1
34 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

35. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Estructura del LNA2
35 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

36. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Características de los LNAs
 Fuente de corriente con transistores MOS
I2
W ( )
L2 =N
=
I1 W
L1
( )
36 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

37. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
37 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

38. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Consta de:
38 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

39. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
39 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

40. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
40 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

41. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
Alimentar y polarizar
Diseño de la red de entrada Adaptación de la salida
Ajuste del cascodo
Ajuste de la carga
41 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

42. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño de la red de entrada
42 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

43. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño de la red de entrada
43 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

44. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Ajuste del cascodo
 Ajuste de WM1
 Ajuste de WM2
44 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

45. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Ajuste de la carga del LNA1
 Ajuste de RL
45 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

46. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Ajuste de la carga del LNA1
 Ajuste de LL
46 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

47. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Ajuste de la carga del LNA2
 Ajuste de RL
47 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

48. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Ajuste de la carga del LNA2
 Ajuste de CC
48 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

49. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Ajuste de la carga del LNA2
 Ajuste de LC
49 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

50. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Ajuste de la carga del LNA2
 Ajuste de LL
50 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

51. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Introducción de componentes reales y pads
 Diseño del LNA1 y LNA2
 Banda entera (3.1-10.6 GHz)
 Modo 2 (3.1-8.2 GHz)
 Modo 1 (3.1-4.8 GHz)
 Introducción de las bobinas reales
51 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

52. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Pads
 R = 31 Ω
 C = 360 fF
52 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

53. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA1
 Banda entera (3.1-10.6 GHz)
53 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

54. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA2
 Banda entera (3.1-10.6 GHz)
54 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

55. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA1
 Modo 2 (3.1-8.2 GHz)
55 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

56. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA2
 Modo 2 (3.1-8.2 GHz)
56 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

57. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA1
 Modo 1 (3.1-4.8 GHz)
57 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

58. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA2
 Modo 1 (3.1-4.8 GHz)
58 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

59. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático
 Introducción de las bobinas reales
 Modelo de la bobina
59 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

60. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA1
 Resultados con bobinas reales
Ganancia mín. (dB) 11.9
Ganancia máx. (dB) 20
NF mín. (dB) 3.8
NF máx. (dB) 5.5
ITOTAL (mA) 26
60 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

61. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA1
 Resultados con bobinas reales
3.1 GHz 4 GHz 4.8 GHz
IIP3 (dBm)
1.973 -7.444 1.106
61 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

62. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA2
 Resultados con bobinas reales
Ganancia mín. (dB) 11.7
Ganancia máx. (dB) 13.6
NF mín. (dB) 3.9
NF máx. (dB) 5.5
ITOTAL (mA) 27
62 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

63. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de esquemático LNA2
 Resultados con bobinas reales
3.1 GHz 4 GHz 4.8 GHz
IIP3 (dBm)
3.287 2.447 -1.481
63 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

64. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
64 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

65. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA1
 Esquemático con kit de diseño 3.70
Ganancia mín. (dB) 11
Ganancia máx. (dB) 16.8
NF mín. (dB) 5
NF máx. (dB) 6.5
ITOTAL (mA) 16.88
65 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

66. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA1
 Esquemático con kit de diseño 3.70
3.1 GHz 4 GHz 4.8 GHz
OIP3 (dBm)
11.49 10.88 10.03
66 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

67. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA1
 Análisis de Montecarlo
67 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

68. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA2
 Esquemático con kit de diseño 3.70
Ganancia mín. (dB) 11
Ganancia máx. (dB) 12
NF mín. (dB) 5.2
NF máx. (dB) 6.1
ITOTAL (mA) 16.96
68 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

69. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA2
 Esquemático con kit de diseño 3.70
3.1 GHz 4 GHz 4.8 GHz
OIP3 (dBm)
10.48 8.68 8.24
69 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

70. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA2
 Análisis de Montecarlo
70 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

71. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout
 Reglas de diseño de la tecnología
 Optimizar el diseño para evitar posibles dispersiones
de los parámetros
 Conectar el sustrato a tierra
 Utilizar las estructuras dummies para reducir la
tolerancia de los dispositivos
 etc.
71 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

72. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA1
72 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

73. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA1
Ganancia mín. (dB) 7.5
Ganancia máx. (dB) 12.2
NF mín. (dB) 7.5
NF máx. (dB) 9
ITOTAL (mA) 16.88
73 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

74. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA2
74 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

75. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA2
Ganancia mín. (dB) 4
Ganancia máx. (dB) 9
NF mín. (dB) 7.6
NF máx. (dB) 10
ITOTAL (mA) 16.96
75 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

76. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout
LNA1 LNA1 LNA2 LNA2
ESQUEMÁTICO LAYOUT ESQUEMÁTICO LAYOUT
Ganancia máx. 16.8 dB 12 dB 12 dB 9 dB
NF mín. 5 dB 7.5 dB 5.2 dB 7.6 dB
VSWR1 mín. 1 1.1 1 1.2
VSWR2 mín. 1.55 1.29 1.1 1.55
76 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

77. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Diseño a nivel de layout LNA2
LNA1 LNA2
WM1 200 μm 200 μm
WM2 200 μm 200 μm
WM3 130 μm 130 μm
WM4 RAMA REF. 100 μm 100 μm
WM5 200 μm 200 μm
RREF 1000 Ω 1000 Ω
L1 5.5 nH 5.5 nH
L2 1 nH 1 nH
LG 5 nH 5 nH
LS 0.5 nH 0.5 nH
LL 4 nH 5.5 nH
LC --------------- 5.5 nH
RL 14 Ω 80 Ω
C1 179 fF 179 fF
C2 1 pF 1 pF
CC -------------- 200 fF
Vcc 3.3 V 3.3V
VBias 1V 1V
ITOTAL 16.88 mA 16.96 mA
Área del chip 948.8 μm * 759.7 μm 948.8 μm * 759.7 μm
77 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

78. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
78 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

79. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Conclusiones
 Con la tecnología SiGe 0.35 μm se pueden realizar diseños
aceptables de componentes analógicos de RF para UWB
 Aunque no se haya conseguido realizar el diseño para toda
la banda, si se ha logrado realizar con éxito para el modo 1
 Un logro a destacar, es la novedosa estructura que se
presenta con el LNA2, con ella se consigue aplanar la
ganancia más que en el caso del shunt-peaking clásico
79 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

80. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Conclusiones
 Este trabajo pertenece a una línea de investigación de más
envergadura (WITNESS)
 El presente trabajo tiene continuidad en aspectos como la
medida de los circuitos y la integración en la cadena del
receptor para UWB
 Posibilidad hacer pruebas con otras tecnologías más
modernas junto con la estructura shunt-peaking
modificada es una línea de trabajo que, a buen seguro,
podría arrojar resultados relevantes.
80 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

81. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
Estructura del Proyecto
 Introducción
 Objetivos
 Estándar IEEE 802.15.3a
 Características de los LNAs
 Tecnología SiGe 0.35 de AMS
 Diseño a nivel de esquemático
 Diseño a nivel de layout
 Conclusiones
 Presupuesto
81 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

82. Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB en CMOS 0.35 μm
 Presupuesto
Descripción Gastos
Costes de ingeniería 33.940 €
Costes de amortización 153,82 €
Costes de fabricación 1.600 €
Otros costes 378 €
PRESUPUESTO FINAL 36.071,82 €
TOTAL (I.G.I.C 5%) 37.875,41 €
82 Hugo García Vázquez Septiembre 2006

83. Universidad de Las Palmas de
Gran Canaria
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de
Telecomunicación
Diseño de un Amplificador de Bajo Ruido de
Ultra Banda Ancha para un Receptor de UWB
en CMOS 0.35 μm
Tutor: Francisco Javier Del Pino Suárez Autor: Hugo García Vázquez
Cotutor: Jesús Rubén Pulido Medina Septiembre de 2006