Ultra low power, low noise, and fully integrated receiver for short range wireless communications

Abstract

Son yıllarda yasamın bir çok alanında, özellikle tıbbi uygulamalarda artan elektronikdevre kullanımı, arastırmacılar ve devre tasarımcılar için yeni zorluk olusturmaktadır.Gerçek zamanlı gözlem gerektiren kardiyovasküler gibi ölümcül hastalıkların analiz veteshis edilme sürecinin hızlı ve kesin olması önemlidir. Buda küçük bir batarya ile uzunsüre dayanabilen yada çevresinden enerji üretebilen yüksek duyarlıklı, düsük gürültülüve kullanıcının vücuduna tutturulabilecek yada enjekte edilebilecek çözümler bulmayızorlastırmaktadır. Bu amaçla gelistirdigim sistem genel anlamda üç ana cihazdan olusmaktadır.Ilki veri ve bilgi toplamaktan sorumlu sensör agı, ikincisi, toplanan datayı anabirime gönderen alıcı , üçüncüsü ise toplanan verinin analiz ve teshis isleminin yapıldıgıharici ana birim. Bu çalısma döngüsü saniyede milyonlarca defa kendini tekrarladıgıiçin çok fazla güç tüketmektedir. Bu sebeple uzun ömürlü bir sistem üretmek için güçtüketimi optimize sistemi gerekmektedir.Bu çalısma kısa menzilli iletisim sistemleri için tasarlanmıs Ultra Düsük Güç, DüsükGürültü ve Tam Entegre Alıcı sistemini sunmaktadır. Sistemin besleme voltajını düsürebilmekiçin zayıf inversiyon bölgesinde çalısan MOSFET'ler kullanılmıstır. Bu sayede güçtüketimi azaltılmıs ve çip üzerinde alan optimizasyonu saglanmıstır. Sistem üç ana bloktanolusmaktadır; RF LNA, Karıstırıcı ve taban bant yükselteç. Ayrıca sistem, 0.7 Vbesleme ve 1023 uA akım tüketimi ile 45.85 dB güç kazancı, 8.4 dB gürültü figürü (SSBNF)ve -37.7 dB üçüncü dereceden eksen kesme noktası ,IIP3 degerlerine sahiptir. Sonolarak sistem UMC 65nm CMOS teknolojisi kullanılarak tasarlanmıstır.

The use of electronic circuitry has increased in the recent years in many aspect of lifeespecially in medical applications. This is due to their precise and fast results in analyzingfatal diseases such as cardiovascular diseases, which need a real time observation.The need for a real time observation raises the challenge to find a solution, which shouldbe power efficient, high sensitive, low noise, and small enough to be attached to or injectedinto user body. The solution simply contains two main devices. First, the sensorsnetwork which collects data and information from the user body. The second device isthe transceiver, which sends this data to an external unit for analysis and diagnoses.This work cycle repeats itself millions of times per second, which causes a high powerconsumption. Therefore, a power optimized system is needed to sustain a long lastingoperation.This work introduces an ultra low power, low noise, and fully integrated receiver designatedfor short range communication systems. The system uses MOSFET weak inversionregion of operation in order to decrease the supply voltage and hence, the totalpower consumption. In addition, the system uses an on-chip matching network for areaoptimization. This system consists of three main blocks: Radio frequency low noise amplifier(RFLNA), mixer, and baseband amplifier. This system manages to achieve a gainof 45.85 dB while consuming 1023 A from 0.7 supply voltage, a single side band noisefigure (SSBNF) of 8.4 dB single side band noise figure (SSBNF), and a third order interceptionpoint (IIP3) of -37.7 dBm. The system is designed using UMC 65 nm CMOStechnology.