Design of a highly integrated dual rf front end for gps and galileo in o.35&n956; m sige process

Resumen

Desde tiempos inmemoriales, las personas han mirado al cielo para encontrar su camino. Hoy en dia, la navegación via satélite continúa con esta tradición ofreciendo una precisión no alcanzable con simplemente mirar el sol y las estrellas, gracias a una tecnologia puntera. Esta tecnología ha sido desarrollada en los últimos treinta años, aunque con fines militares originalmente, permite a cualquiera que disponga de un receptor capa de recibir las señales emitidas por la constelación de satélites, determinar instantáneamente su posición en tiempo y espacio de una manera muy precisa. Los sistemas de navegación global via satélite están siendo introducidos gradualmente en muchos aspectos de nuestras vidas. Desde que la gran mayoría de personas fueron permitidas a utilizar el sistema americano GPS, el único operativo actualmente, muchas personas se están acostumbrando a este sistema para conocer con precisión su posición. Sin embargo, con la introducción del sistema europeo Gal i leo, no solo se ofrecerán servicios de posicionamiento, sino también se pondrán en manos del usuario nuevos asombrosos servicios. Por tanto, la sociedad actual esta en las puertas de una nueva era basada en la navegación vía satélite. El mercado mundial de GNSS está influenciado por el aumento en la demanda de dispositivos de localización como en teléfonos móviles o en la industria del automóvil sin embargo, esta demanda aumentará gracias a las nuevas opciones que en un futuro cercano ofrecerán Gal i leo y la " modernización de GPS. Además, cualquier dispositivo que sea capaz de combinar los dos sistemas ofrecerá inimaginables oportunidades al usuari o. Este trabajo se centra en la investigación de un cabezal de radiofrecuencia GPS y Gal i leo altamente integrado, con un bajo consumo y de bajo precio en tecnología siGe. Primero se ha realizado un estudio de los estándares con el objetivo de establecer las especificaciones del receptor dual. Seguidamente, por medio de simulaciones del análisis del sistema con el software Advanced Desiqn System (ads) de Agilent, se han establecido las especificaciones de cada bloque que compone el sistema. Para poder lograr los objetivos de este trabajo, un receptor dual altamente integrado de bajo coste y bajo consumo, se han considerado el ruido, ganancia y lineal i dad del sistema. A continuación se ha realizado el diseño del circuito integrado. Primero se han diseñado los elementos pasivos: varactores y bobinas. Por medio de virtuoso de Cadente, y se han caracterizado on-wafer para incluirlos en el receptor. Tras ello, por medio de SpectreRF de Cadente, con el objetivo de cumplir las especificaciones, se han realizado simulaciones a nivel de esquemático y post-layout para caracterizar los circuitos de cada bloque del receptor como LNA, amplificadores, mezcladores, adc y PLL. Finalmente, los componentes externos, filtros, elementos de adaptación, regulador y cristal de cuarzo han sido seleccionados. Finalmente se ha montado el receptor en una pcb con todos los componentes externos requeridos para validar el dispositivo. Los resultados experimentales han mostrado la viabilidad de la tecnología SiGe y la arquitectura de baja frecuencia intermedia para un cabezal de radiofrecuencia dual para GPS y Galileo. since time immemorial, people have looked to the heavens to find their way. Today, satellite navigation is continuing this tradition, while offering, thanks to leading-edge technology, accuracy far beyond that possible by simply observing the sun and the stars. This technology, which has been developed over the last thirty years, for military purposes originally, enables anyone with a receiver capable of receiving the signáis emitted by a constellation of satellites to instantly determine their position in time and space very accurately Global Navigation Satellite Systems (GNSS) are being introduced gradually into many sides of our lives. Since the vast majority of people were allowed to use the nowadays only operational American GPS, many people are getting used to this system to know with a high accuracy their location. However, with the introduction of European Galileo, not only location services will be offered, but also users will have amazing new services on their hands. Thus, current society is on the verge of a new era based on satellite navigation. GNSS world market is already influenced by the increase in the demand of the location devices as mobile phones or automotive industry; however this demand will be increased even more thanks to the new options offered in the near future by Galileo and the modernisation of GPS. Moreover, any device able to combine both the systems will offer unimaginable opportunities to the users. On the other hand, the status of the material technology of an era has always been a measure of the level of progress in humankind's success in controlling the nature. Silicon (si) has been the dominating semiconductor' material through thirty years, despite the fact that it has restrictions, which could be avoided with the combination with germanium (SiGe). The improvements of SiGe are in the field of the Communications technology, with relevant consequences in the evolution of Communications devices i.e. wireíess devices. The fact that a smaller amount of power is requi red with SiGe technology, will allow smaller and more sophisticated devices, as well as more durable. This work focuses on the research of a highly integrated, low power consumption and low cost GPS/Gal i leo front-end in SiGe Technology. First, a study of the standards has been done, in order to set the requirements of the dual front-end. Then, specifi catión of every block of the system has been obtained by means of system analysis simulations carried out with Advanced Design system (ADS) of Agilent. Noi se, gain and linearity for the Iow-IF front-end architecture have been considered to fulfil the objectives of this research work: high intégrate, low power consumption and low cost dual receiver. Then, the design of the ic has been carried out. First passive elements, varactors and inductors, have been designed by means of Virtuoso of cadenee and characterized on-wafer to include them in the front-end. After that, by using SpectreRF of Cadenee, schematic and postlayout, simulations have been carried out to characterise the circuits of every block of the front-end in order to achieve the specifi cations; among them lna, ampli fiers, mixer, adc and PLL. By means of the double gain LNA with antenna detection sensor, three different structures depending on the use of active or passive antenna are available. Finally, external components as filters, matching elements, reguiator and quartz crystal have been selected. %&/Finally, the entire front-end has been mounted in a customised PCB with all the requi red external components to val i date the device. Experimental results showed the viability of the SiGe technology and Iow-IF architecture for a novel GPS/Gal i leo front-end