ISBN 9783843903134

978-3-8439-0313-4, Reihe Elektronik

Sven Karsten Hampel
LNA- und Mischerkonzepte in hochintegrierter nm-CMOS-Technologie für Breitband- und Multistandardempfänger

260 Seiten, Dissertation Universität Hannover (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht im Entwurf und der Optimierung neuartiger Topologien für die zwei wichtigsten Blöcke innerhalb eines Empfängerzuges: den rauscharmen Verstärker (LNA) und den Abwärtsmischer. Hierdurch soll eine wesentliche Grundlage für die Realisierung kostengünstiger, interoperabler und breitbandiger Multistandardempfänger geschaffen werden. Für die durchzuführenden Forschungsarbeiten sind dabei neben den allgemeinen aus der Systemspezifikation hervorgehenden Randbedingungen auch die aus der Technologieskalierung erwachsenden Herausforderungen zu berücksichtigen. Dabei muss auch auf die Realisierbarkeit der erarbeiteten Lösungsansätze in zukünftigen CMOS-Prozessen geachtet werden.

Um den mit der Technologieskalierung einhergehenden Nachteilen, wie z.B. einer rückläufigen Verstärkung und Linearität bei gleichzeitig sinkender Versorgungsspannung, entgegenzuwirken, werden beim LNA-Entwurf verschiedene, die Leistungsfähigkeit steigernde Konzepte entwickelt und angewendet. Hierbei werden Bandbreitenerweiterungstechniken oder Techniken des Noise- und Distortion-Canceling eingesetzt. Weiterhin wird durch eine möglichst flächeneffiziente Implementierung der Punkt geringer Fertigungskosten adressiert, was z.B. durch den Einsatz einer aktiven Induktivität ermöglicht wird. Die verschiedenen Ansätze beim Mischerentwurf zielen im Wesentlichen auf praktikable und effiziente Topologien jenseits der klassischen Gilbert-Zelle ab, die überdurchschnittliche Leistungsmerkmale selbst unter sehr niedrigen Versorgungsspannungen gewährleisten.

Auf Basis der entwickelten Schaltungslösungen der einzelnen Funktionsblöcke werden drei innerhalb der von der Infineon Technologies AG bereitgestellten 65 nm-CMOS-Technologie realisierte Empfänger präsentiert und ausgewertet. Korrespondierend mit den formulierten Zielen handelt es sich dabei um die Prototypen eines flächenoptimierten UWB-Frontend sowie eines linearen Multistandardempfängers. Zusätzlich wird ein vollständig integriertes IQ-Universal-Frontend inklusive Frequenzteiler vorgestellt. Die Charakteristika der gefertigten Prototypen werden anhand der erzielten Messergebnisse verifiziert und ihre Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Realisierungen, die dem Stand der Technik entsprechen, bewertend verglichen.