Metodologia de diseño de plls aplicada al desarrollo de un sintetizador de frecuencia integrado cmos para el estandar de wlan ieee 802.11a

Abstract

En los últimos años el mercado de redes Wireless LAN (WLAN) ha crecido significativamente debido ala notable demanda de comunicaciones- inalámbricas de alta velocidad. Además, existe un deseo constante de minimizar el consumo de potencia, coste y tamaño de los dispositivos de comunicación. Esto ha sido posible gracias a los continuos avances que ha experimentado la tecnologia de fabricación de circuitos integrados (IC), permitiendo desarrollar dispositivos capaces de operar a frecuencias de varios GHz con velocidades de datos que compiten con las de redes cableadas ya establecidas. El instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) estableció en 1999 dos estándares de comunicación de redes inalámbricas, denominados 802.11a (5 GHz) y 802.11b (2.4 GHz). El estándar 802.11b opera en la banda ISM (industrial Scientific Medical) empleando la modulación DSSS (Direct Sequence spread Spectrum), mientras que el estándar 802.11a opera en la banda unii (unlicensed National Information infrastructure) y emplea modulación OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing) con la intención de competir eficientemente con las particularidades de la propagación en espacios cerrados. La banda unii proporciona 300 MHz de espectro frecuencial a 5 GHz. Esos 300 MHz son divididos en dos segmentos: uno de 200 MHz de 5.15 a 5.35 GHz, y otro de 100 MHz separado del anterior de 5.725 a 5.825 GHz. Además, dependiendo del nivel máximo permitido de potencia transmitida, dicho espectro frecuencial se divide en tres dominios. En los 100 MHz inferiores la potencia máxima de transmisión permitida es de 50 mw .en los siguientes 100 MHz de 250 mW y en los 100 MHz superores de 1 w. la modulación OFDM divide a cada portadora en varias subportadores moduladas ortogonalmente entre si. Esta técnica mitiga el efecto multitrayecto. En el estándar 802.11a cada canal OFDM consiste de 52 subportadoras, 48 de las cuales son para datos y 4 para corrección de errores. Gracias a esta subdivisión, una variedad de velocidades de datos con diferentes modulaciones son posibles. Por lo tanto, los datos pueden ser modulados con bpsk, qpsk, 16QAM o 64QAM con velocidades de datos de 6 Mb/s, 12 Mb/s, 24 Mb/s y 54 Mb/s respectivamente. El objetivo principal de este trabajo es implementar un flujo de diseño de sintetizadores de frecuencia introduciendo dos aportaciones importantes: 1) predicción precisa de los factores de mérito más importantes de un sintetizador de frecuencia antes de su fabricación y 2) reducción del número de iteraciones del proceso diseño- fabricación-caracterización con la consecuente reducción del tiempo de desarrollo del proyecto. La nueva generación de sistemas que utilizan modulación OFDM son extremadamente sensibles al ruido de fase, el cual es introducido principalmente por los osciladores locales de los transceivers de comunicación. Además, existe una carencia en el estado del arte en cuanto al desarrollo de unas reglas de diseño que permitan implementar sintetizadores de frecuencia integrados con previa estimación de sus factores de mérito. Debido a esto, ha sido necesario desarrollar una metodología de diseño que ofrezca una solución a tales problemas. El flujo de diseño de este trabajo ha sido desarrollado gracias a la implementación en Matlab de una herramienta de simulación de lazos de enganche que permite estimar a priori el nivel de ruido de fase, emisiones espúreas y tiempo de enganche de un sintetizador de frecuencia. Este flujo de diseño ha sido posteriormente aplicado al diseño de un sintetizador de frecuencia integrado para el estándar de WLAN IEEE 802.11a de 5.15 a 5.35 GHz. Este sintetizador está incluido en un proyecto más amplio, centrado en la implementación de un receptor heterodino en tecnología 0.18 CMOS de UMC. Finalmente, dada la elevada similitud existente entre las capas físicas de los estándares 802.11a e Hiperlan2, el sintetizador de este trabajo es también válido para este segund in the past several years, the wireless LAN (WLAN) market has grown significantly due to the voracious demand for high-speed wireless connectivity. Furthermore, there is a constant desi re to keep power consumption, cost, and size of the communicatión devices to a minimum. This has been possible thanks to continuing advances in integrated circuit (IC) technology, allowing the development of devices capable of operating at multiple-GHz carrier freqüències with data rates competitive with establíshed wired alternatives. The institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ratified in 1999 two wireless networking Communications standards, named 802.11a (at 5 GHz) and 802.11b (at 2.4 GHz). The 802.11b standard operates in the 2.4 GHz industrial Scientific Medical (ISM) band, using direct-sequence spread-spectrum (DS SS) modulation, while the 802.11a standard operates in the 5 GHz unlicensed National Information infrastructure (UNII) band. On the other hand, 802.11a employs Orthogonal Frequency División Multiplexing (OFDM) in order to compete more effectively with the peculiarities of indoor propagation. The UNII frequency band provides 300 MHz of spectrum at 5 GHz. Those 300 MHz are divided into two frequency segments: a contiguous 200 MHz portion from 5.15 to 5.35 GHz, and a sepárate 100 MHz segment from 5.725 to 5.825 GHz. Furthermore, depending on the allowed máximum level of transmitted powers these frequency assignments are split into three equal domains. The bottom 100 MHz domain is 1 i mi tea to a máximum transmitted power of 50 mW, the next 100 MHz to 250 mW, and the top 100 MHz to a máximum of 1 w (outdoor communications).%&/%&/OFDM modulation subdivides a carrier into severa! individually modulated orthogonal subcarriers, all of which are subsequently transmitted in parallel. This technique mitigates the effect of multipath. in the 802.11a standard each OFDM channel consists of 52 subcarriers in a 16.6-MHz bandwidth (channel spacing of 20 MHz); 48 subcarriers are for data, the rest are for error correction (pilot