Realization of a low noise amplifier using 0.35 µm SiGe-BiCMOS technology for IEEE 802.11a applications

Abstract

Başlık: 0.35 um BiCMOS Teknolojisi kullanılarak IEEE 802.11a Uygulamalarına Özgü Düşük GürültülüKuvvetlendirici Tasarımı ve GerçeklenmesiMEHMET KAYNAKÖzetGünümüzde, çoklu ortam iletişim uygulamalarına olan ilginin artması sonucunda, yeni telsiziletişim sistemlerine olan araştırma eğilimi giderek artmaktadır. Bu sistemlerin sahip olduğu yüksekbant genişliği, bu alana olan yönelimin en önemli sebebidir. Yeni kuşak telsiz yerel alan ağı (WLAN)uygulamalarının çalışma frekans aralığı, 5-6 GHz frekans bandı olarak belirlenmiştir. Bir ön-uç alıcıyapısının sahip olması gereken özellikler, bu alıcının çalışacağı protokol tarafından belirlenmektedir.Alıcının, belirli olan bu protokolde çalışabilmesi için, protokol tarafından belirlenen bir takımözelliklere sahip olması gerekmektedir. Düşük gürültülü kuvvetlendirici (LNA) bloğu, WLANuygulamalarından biri olan IEEE 802.11a protokolünde çalışması gereken bir alıcının, içerdiğibloklar içerisinde en önemli olanlardan biridir. IEEE 802.11a standardında üç tane frekans bandıkullanılmaktadır; 5.15GHz - 5.25GHz, 5.25GHz - 5.35GHz ve 5.725GHz - 5.825GHz. Genellikle,telsiz iletişiminde alıcı için her zaman birincil öneme sahip özellik, düşük gürültü olması değil,taşınabilirlik açısından daha düşük güç tüketimi olmaktadır.Bu makalede, Austria Micro Systems (AMS) 0.35μm SiGe BiCMOS teknolojisi kullanılarak 5-6GHz bandındaki WLAN uygulamalarına uyumlu, düşük güç tüketimi ve düşük gürültü sayısına sahipolan LNA tasarımı ve ölçüm sonuçları sunulmaktadır. LNA tasarımı için tek katlı, kaskot, endüktifemetör dejenerasyonuna sahip kuvvetlendirici topolojisi kullanılmıştır. Kırmık-içi endüktansve günümüz teknolojilerinde gerçeklenen endüktans yapılarınıntasarımının zorluğuperformanslarının yeterli olmamasına çözüm olarak, RF-MEMS teknolojisi kullanılarak alternatifdaha yüksek performanslı devreler oluşturulabileceği gösterilmiştir. Ayrıca, bu devre ile uyumlu, RF-MEM endüktör, tasarlanmış ve üretilmiştir. Ölçümler sonucunda, tüm pasif elemanları kırmıkiçerisinde olan, 14 dB kazancı ve giriş-çıkış dönüş kaybı -15 dB den daha düşük olan LNA bloğu,10.6 mW güç harcaması ile elde edilmiştir. Gürültü ölçümleri ve RFMEMS endüktörlerle olanbirleşim işlemleri ise devam etmektedir.

Title: Realization of a Low Noise Amplifier using 0.35 µm SiGe-BiCMOS Technology for IEEE802.11a ApplicationsMEHMET KAYNAKAbstractThe trend demand for towards interactive multimedia services has forced the development of newwireless systems that has greater bandwidths. The evolution of current wireless communicationsystems has been very rapid. The main goal has been small-size and low-cost transceivers thatcan be designed for different applications.Data communication systems in compliant with IEEE 802.11a wireless local area network(WLAN) standard has found widespread use, meeting the market demands, for the last few years.Next generation WLAN operates in the 5-6 GHz frequency range. A front-end receiver capableof operating within this frequency range is essential to meet the current and future of products.One of the critical components, allowing the common use of the technology can be attributed tothe high performance Low Noise Amplifiers (LNA) in the receiver chain of the 802.11atransceivers. In IEEE 802.11a, there are three frequency bands; 5.15GHz - 5.25GHz, 5.25GHz -5.35GHz and 5.725GHz - 5.825GHz.In this thesis, we designed and fabricated a single-stage cascode amplifier with emitter inductivedegeneration using 0.35 μm-SiGe BiCMOS process for IEEE 802.11a receivers. Theelectromagnetic (EM) simulations of the passive components are performed by using AgilentMOMENTUM® tool and all the parasitic components are extracted and compensated, a crucialstep for optimizing the performance parameters of the LNA. The simulation results are verysimilar to measurement results, confirming the effectiveness of design methodology provided inthis work.