Design of selectable GSM-band RFIC filter

Abstract

Günümüzde, artan iletişim uygulamaları için radyo frekansı (RF) kullanır ve ilgili ihtiyaçları karşılamak için çeşitli RFIC'leri (Radyo Frekansı Entegre Devreler) gerektirir. Elektronik ürünler artık her yerde olduğu için, çevrede elektromanyetik radyasyonun artmasına neden olurlar. Bu durum, gelişmiş iletişim güvenilirliği sunan RFIC'lere olan ihtiyacı arttırır. RFIC'ler genellikle MOS ve Silikon Germanyum gibi silikon tabanlı teknolojileri kullanılmaktadır, fakat RFIC sadece silikon tabanlı teknolojilere sınırlandırılmamalıdır. Örneğin Galyum Arsenik (Ga-As) alt tabakalar da RFIC olarak sınıflandırılabilir. Bu bileşimler düşük gürültü, düşük maliyet ve yüksek mobilite ile yüksek performans sunarlar.Tipik RFIC'lerde, özellikle düşük frekanslarda genellikle ayrık devre elemanları kullanır. Bu ayrık elemanlar genellikle etkilidir ve hatta kullanılması gereklidir. Ayrık elemanların kullanılma nedenleri arasında kırılma gerilimlerinin yüksek olması vardır. Ayrıca ayrık eleman kullanmak üretim evinin tasarımcıya sağladığı bobin değerlerinin dışına çıkabilmesine olanak verir. En önemlisi ise ayrık eleman kullanmak bobinin kalite faktörünün yüksek tutulmamasına neden olur. Bu durum devrenin kalite faktörünü kırmık içerisinde kullanılan bobin değerleri ile ulaşılamayacak seviyelere çıkartabilir.Piyasada değişken isterlere sahip birçok ayrık elemanlı filtre bulunmaktadır. Tümleştirme teknolojisi ise milimetre seviyelerine inmiştir. Bu durum, tasarlanan devre alanında önemli bir azalmaya neden olur. Tezin temel amacı, piyasadaki filtrelerin özgün tasarımını yapmak, IC ölçeğinde büyüklüğü azaltmak ve bantları seçilebilir hale getirmektir. Literatür taramasında GSM bantlarında çalışan ve merkez frekansı seçilebilen filtre bulunamamıştır. Bunun yanında, çeşitli makalelerde, çift merkez frekanslı, GSM bantlarında çalışan filtrelere rastlanmıştır. Merkez frekans seçilebilir hale getirilerek tasarıma özgünlük katmıştır. Literatür araştırmasında, GSM bantlarında çalışan ve IC boyutlarında filtrelere de rastlanmamıştır. Bu sayede, filtrenin boyutları IC ölçeğine küçültülerek teze bir değer takılması hedeflenmiştir. Prototipin boyutlarını IC ölçeğine küçültmek, aynı zamanda ağırlığının da azaltılmasını sağlamıştır. Böylelikle, prototipin kullanılabileceği alanlar çoğalmıştır.

Nowadays, an increasing number of applications use radio frequency (RF) for communication and require various RFICs (Radio Frequency Integrated Circuits) to meet the relevant needs. Since electronic products have widespread use, the environment has led to an increase in electromagnetic radiation; this increases the need for RFICs that offer improved communication reliability. RFICs offer high performance with low noise, low cost and high mobility in high-frequency domain circuits.RFICs generally use silicon-based technologies such as metal oxide semiconductors (MOS) and silicon-germanium for implementation (Si-Ge). However, RFICs should not be limited to silicon-based technologies; for example, Ga-As substrate which is a compound of Gallium and arsenic can also be classified as RFICs. Typical RFICs typically work with in-chip circuit elements. However, because of the high-quality factor in the chip, on-chip circuit elements can also be used. These lumped elements are effective when high quality factor is needed. In addition, the use of lumped elements can withstand high voltages. Lumped elements also allow going beyond the inductor values that foundry has given to the user.The integration technology has been reduced to millimeter range, this causes an obvious decrease in the designed circuit. The aim of the thesis is to create a novel design for filters on the market and reduce size in IC scale and make the bands are selectable. According to the literature research, a filter that operates at GSM bands; GSM 900 and GSM 1800 with selectable center frequency was not found. However, there are various papers including GSM band filters with dual center frequencies. By making the center frequency selectable, the novelty factor is provided to the specifications of the design. Also, no IC sized filter that is operating in the GSM bands had been found in the literature research. Hence, reducing the dimensions of the filter to the IC scale is adding value to the thesis. Reducing the dimensions to the IC scale also decreases the weight of the prototype. Decreasing the weight of the prototype allows to be more portable and makes it possible for the filters to be used in designs where even the smallest weight changes are crucial.