ISBN 978-3-8439-0343-1

978-3-8439-0343-1, Reihe Elektronik

Tobias Werth
A Feedback Interference Cancellation Technique for Mitigation of Blockers in Wireless Receivers

188 Seiten, Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2011), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In den letzten Jahren hat die Verfügbarkeit mobiler Datendienste dank neuer Mobilfunkstandards wie UMTS und LTE erheblich zugenommen, so dass heutzutage der Zugang zu Informationen jederzeit und an jedem Ort möglich ist. Somit müssen Mobiltelefone eine zunehmende Anzahl an Mobilfunkstandards und Frequenzbändern abdecken, während Kosten und Formfaktor nicht im selben Maße steigen dürfen. Diesem Problem wird durch Hochintegration in der jeweils kostengünstigsten CMOS-Technologie begegnet. Ein limitierender Faktor ist hierbei die Anzahl externer Komponenten, insbesondere die Anzahl externer, passiver Oberflächenwellenfilter. Diese werden zur Filterung von Störern außerhalb der Empfangsbänder benötigt und sind aufgrund ihrer Beschaffenheit nicht in CMOS integrierbar.

Ziel dieser Arbeit ist, externe Oberflächenwellenfilter durch ein aktives Filter zu ersetzen, das zusammen mit dem Empfänger in CMOS integriert werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Kosten- und Platzeinsparung gegenüber der konventionellen Lösung.

Hierzu wird ein Konzept untersucht, bei dem in einer hochfrequenten Regelschleife Störsignale detektiert und durch die Regelverstärkung unterdrückt werden. Zunächst wird ein systemtheoretisches Modell erarbeitet und durch eine erste Implementierung der Regelschleife in einer 65-nm CMOS-Technologie deren Realisierbarkeit demonstriert.

Das Konzept wird auf einen GSM-Homodynempfänger angewendet. Es werden Anforderungen an die einzelnen Schaltungsblöcke eines GSM-Empfängers mit externem Oberflächenwellenfilter herausgearbeitet und einem GSM-Empfänger mit integrierter Filterung gegenübergestellt. Anhand dieser Spezifikationen wird ein Homodynempfänger mit aktiver Störsignalregelung in einer 90-nm CMOS-Technologie implementiert. Da der rauscharme Eingangsverstärker in dem untersuchten Konzept nicht durch die Regelschleife linearisiert wird, werden mögliche Schaltungstopologien untersucht, die einen Kompressionspunkt von bis zu 0 dBm zulassen. Dabei wird der kapazitiv kreuzgekoppelte Common-Gate LNA als guter Kompromiss zwischen Rauschen und Linearität identifiziert. Der gesamte Empfänger hat eine Rauschzahl von 3,3 dB ohne aktive Filterung und von 6 dB mit Filterung. Durch aktive Filterung werden die Kompressionspunkte je nach Ablagefrequenz des Störers um 7 bis 15 dB verbessert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit lassen erwarten, dass eine GSM-konforme Funktion des Konzepts erreicht werden kann.