Rf cmos design applied to multistandard wireless applications for the 5 ghz u-nii band

Resumen

La creciente necesidad de transmitir datos en los entornos laborales y personales está promoviendo la increíble proliferación de los estándares inalámbricos. Algunos de los más comunes y más utilizados, como Bluetooth y wiFi IEEE 802.11 b/g, tienen asignado sus espectro frecuencial en la banda libre ISM de 2.4 GHz. El incremento del número de usuarios y aplicaciones y el aumento de las tasas de bits necesarios en las más modernas aplicaciones multimedia han propiciado por una parte el traslado de los estándares a bandas frecuenciales más altas, y por otra la integración de múltiples estándares en un solo terminal. WiFi en su versión IEEE 802.11 a y wiMAX IEEE 802.16 a/e son los estándares líderes en las redes de comunicaciones inalámbricas de gran ancho de banda y están ambos alojados en la banda libre de 5 GHz de u-Nli. El bajo coste de producción y el bajo consumo de potencia deben ser los referentes para el diseño de receptores y emisores para estos estándares.El desarrollo de la tecnología CMOS para la fabricación de circuitos integrados, principalmente orientada a circuitos digitales, ofrece el mejor precio y el más rápido desarrollo del producto. Es por esto por lo que el mayor reto para los diseñadores de circuitos integrados para radiofrecuencia es la integración total en receptores y emisores, hecho que se ve favorecido con los constantes avances de esta tecnología para las altas frecuencias. La minimización del consumo de corriente permite la integración de múltiples aplicaciones en los modernos terminales de comunicaciones manteniendo sus prestaciones de duración de baterías. En lo concerniente al diseño de circuitos integrados de radiofrecuencia para receptores, la disminución del consumo se ha afrontado desde dos puntos de vista: La selección de la arquitectura del receptor y las mejoras aportadas al diseño concreto de cada bloque. El objetivo principal de este trabajo de investigación es el diseño y la caracterización de una serie de circuitos integrados para una cabecera de recepción de un terminal de bajo consumo. Se ha utilizado para tal efecto un sistema de simulación para la banda de 5 GHz de u-Nll tanto en su diseño como en la validación posterior de la arquitectura y de las técnicas empleadas. %&/Este trabajo refleja la adecuación de la arquitectura de baja frecuencia intermedia para las exigentes especificaciones comunes extraídas de los tres estándares considerados en la banda objetivo. Los circuitos integrados diseñados y caracterizados han sido el amplificador de bajo ruido, el mezclador y el oscilador controlado por tensión. Además se ha diseñado el divisor de frecuencia del lazo del oscilador local. La composición de cada bloques ha sido detalladas, así como las técnicas específicas empleadas para conseguir un mínimo consumo de corriente global. The increased need for data transmission within home and office environment has created the remarkable proliferation of the wireless standards. Some, such as Bluetooth and IEEE 802.llb allocated in the ISM 2.4 GHz band, are a necessary and integral part of every day living. However, this very fact has resulted in an ever increasing number of users and applications. There is an augmenting demand being made on higher data rates which have culminated in the migration of the most powerful communicatión standards to higher frequency bands and the integration of multiple standards in the modern mobile devices. WiFi in its IEEE 802.11a version and WiMAX IEEE 802.16a/e are the leading standards of the new era of reliable broadband-connected wireless networks and both are allocated in the unlicensed 5 GHz U-NII band. The low cost and low power consumption must be key points of reference within the design of receivers and transceivers for these standards. The development of the digital oriented CMOS íes, offers CMOS as the lowest cost and the most effective time-to-market technology. The design of CMOS RF front ends allows the challenge of the full digital and analog integration aim of the modern receivers and transceivers. In addition, constant advances in the fabricatión of this process provide better performances for the high frequency RF design. The minimization of power consumption allows the integration of multiple applications in mobile devices and the extension of their battery life. Regarding the RF front end, the duty of lowering the required current is approached from two leveis: the architecture selection and the improvement on the blocks design. he main objective of this work is the design and characterization of a set of integrated circuits for a low power mui ti standard RF front end. A simulation system for the 5 GHz U-NII band has been utilized to validate the decisions and techniques adopted in this work.%&/This work shows the low IF architecture as suitable for the exigent common specifications extracted from the three standards considered in the objective frequency band. The integrated circuits designed and characterized are the Low Noise Amplifier, the mixer and the voltage Controlled Oscillator of the Local Oscillator. Furthermore the high frequency dividers of the LO feed forward loop have also been designed. The four blocks composition is explained and the specific techniques employed to fulfi 11 the requirements with a minimum current consumption are detailed