Geri Dön

Hiperlan PPA design and realization

Hiperlan PPA tasarım ve gerçeklenimi

  1. Tez No: 101381
  2. Yazar: BURAK KELLECİ
  3. Danışmanlar: PROF.DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 96

Özet

HIPERLAN PPA TASARIM VE GERÇEKLENIMI ÖZET Modern haberleşme sistemleri haberleşme hızlarım arttırmak için haberleşme bandını daha verimli kullanan modülasyon türleri kullanmaktadır. Buna karşın, bu yüksek verimli modülasyon türlerinin en büyük dezavantajı, cok doğrusal ve düşük gürültülü alış ve veriş kollarına ihtiyaç duymasıdır. Bir başka deyişle, bu tür modülasyon türlerinde doğrusal güç kuvvetlendiricilerine ihtiyaç duyulmaktadır, aynı zamanda da bunların taşmalabilir sistemlerde kullanılabilmesi için verimliliklerinin de yüksek olması gerekmektedir. Bu doğrusal ve verimli güç kuvvetlendiricilerin tasarımları hala yenilenmeye ve geliştirilmeye gerek duymaktadır. Bununla beraber modern alışveriş sistemlerinin maliyetide düşürülmelidir. Bu yüzden, bu devreler tümleştirilerek, yüksek miktarda üretim ve düşük maliyet sağlanmaktadır. Sonuç olarak, güç kuvvetlendiricilerin olabilecek en ucuz teknoloji kullanılarak tümleştirilmesi istenmektedir. SiGe teknolojisi bu probleme ucuz bir çözüm sunmaktadır. Bu teknolojide maksimum kesim frekansı olarak 40GHzlerin üstü, ve maksimum osilasyon frekansı olarak 60GHzlerin üstü elde edilmiştir. Bu durum da teknolojiyi yüksek frekans tasannu için elverişli yapmaktadır. Ayrıca SiGe teknolojisi ucuz maliyetli BI-CMOS teknolojisini baz almaktadır. Dolayısıyla bu teknoloji CMOS tabanlı devrelerin ve HBT tabanlı devrelerin aynı kırmık üzerinde gerçeklenmesine imkan vermektedir. Bu çözüm maliyetleri düşürürken, yüksek yoğunlukta tümleştirmeye imkan vermektedir. Ucuz bir çözüm önerisine rağmen, bu teknolojinin güç kuvvetlendiricilerinin tasarımını olanaksız kılan bazı sorunları vardır. En büyük dezavantajı transistörlerin belverme gerilirrüerinin düşük olmasıdır. Transistörlerin belverme gerilimleri ile kesim frekansları arasında güçlü bir ilişki vardır, bu ilişki ters orantı olarak gözükmektedir. Diğer bir deyişle aynı anda hem yüksek belverme gerilimine ve hem de kesim frekansına sahip bir transistor üretmek mümkün değildir. Literatürde bulunan tipik değerler kesim frekansı ve belverme gerilimi için 75 GHz ve 2.5V [19], 40 GHz ve 3.6 V'dır. Bu sonuçlara göre bu teknoloji gerilim kontrollü osilatör, düşük gürültülü kuvventlendirici, ve karıştırıcı yapmak için uygundur. Bu teknoloji BI-CMOS teknolojisinin temel almaktadır, diğer bir deyişle kayıplı silisyum taban olarak kullanılmaktadır. Bu yüzden bu teknolojide hem yüksek Q değerine hem de rezonans frekansına sahip endüktans yapmak mümkün olmamaktadır. Literatürde benzer bir çok endüktans olmasına karşın bunlar genelde 3 GHz'in altında çalışmak için tasarlanmışlardır. Rezonans frekansı daha yüksek endüktans yapmak için endüktansın değeri ufaltılmaktadır, bu da endüktansın şok bobin olarak kullanımını mümkün kılmamaktadır. Bunun başlıca nedeni yüksek frekanslarda girdap akımlarının kaybı arttırmasıdır. xıvSiGe teknolojisi ucuz bir teknoloji olmasına karşın, yüksek frekans devreleri için düşük parazitiklere sahip paketlere ihtiyaç duyulduğundan dolayı paketleme maliyeti yüksek olmaktadır. Çünkü, ihtiyaç duyulan düşük parazitik değerler için parazitik endüktanslan ve dirençleri düşük bağlama tellerine, düşük parzitik kapasiteli bacaklara, düşük parazitik kapasitif ve endüktüf kuplaj değerlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Kaba bir hesap olarak, lmm uzunluğundaki bir bağlama telinin endüktansını İnH alabilinir. Bu tel sinyal hattı, toprak hattı veya besleme hattı üzerinde olabilir. 5.5 GHz de bu tel 35Q. empedans gösterecektir, bu da yüksek frekans devrelerinde sorun yaratabilir. Aslında paket etkileri devrenin kararlılığım, güç kazancım ve giriş çıkış empedans uyumluluğunu belirleyecektir. Bununla beraber paketi doğru modelleyebilmek için devrenin son durumun serimindeki bağlantı noktalarının tam yerlerinin bilinmesi gerekmektedir. Bu yüzden iterasyonla devre son duruma getirilebilir. ov SiGe HBT transistorun giriş çıkış ilişkisi BJT transistöre benzemektedir. İlişki BJT gibi olduğundan transistorun doğrusallığı da benzer olacaktır. Bu arada düşük belverme geriliminden dolayı, HBT tabanlı devreler daha düşük besleme gerilimlerinde çalışacaklardır. Bu durumda devrelerin doğrusallığı düşük besleme tarafından sınırlanacaktır. İlk bölüm doğrusalsızlığın matematiksel temellerini ve etkilerini içermektedir. İlk olarak matematiksel temeller verilerek doğrusalsızlık tanımlanmıştır. Maksimum üçüncü derece doğrusalsızlık kabul edilerek, değişik tanımların arasındaki ilişkiler çıkartılmıştır. Ortak emetörlü devre, fark kuvvetlendiricisi gibi temel yapı bloklarının doğrusalsızlığı incelenmiştir. Daha sonra devre düzeyinde incelenmiştir. Çıkan sonuçlara göre 1 GHz'in üstünde doğrusalsızlık frekansın bir fonksiyonu olmaktadır. Son olarak da sistem tasarımı için uygun olan bir kuvvetlendirici modeli tanımlandı, ve doğrusazlığm 64QAM modulasyonu üzerindeki etkiler çıkartıldı. İkinci bölüm ön güç kuvvetlendiricisinin tasarım şartnamesi ile başlamaktadır. Bu kuvvetlendirici Hiperlan/2 sisteminde çalımak için tasarlanmıştır. [9] Bu şartnameye göre devre 5.2 GHz ile 5.8 GHz arasında çalışacaktır. Devam eden bölümde tasarım yaklaşımı açıklanmıştır. Daha sonra tasarımda kullanılan paket açıklanmış, ve paket modelleme araçlarıyla çıkarılmış olan bir model tanımlanmıştır. Bu çıkarılmış model en yüksek kırmık boyutunu temel almıştır, diğer bir deyişle paketin en küçük parazitik etkileri bulunmuştur. Dolayısı ile bu durum belirlenen paket için en iyi durumu belirtmektedir. Ama kırmık küçük olursa daha küçük paket kullanılacağından yaklaşık olarak bu değerler elde edilecektir. Bir sonraki bölümde simulasyon sonuçlan açıklanmıştır. S parametre ve doğrusalsızlık analizleri eklerde verilmiştir. Son olarak da çıkış empedans uydurma devresi verilmiştir. Bu empedans uydurma devresi çalışma bandında Şii'yi küçültmeyi amaçlamıştır. xv

Özet (Çeviri)

HIPERLAN PPA DESIGN AND REALIZATION SUMMARY Modern communication systems are demanding high spectral efficient modulation schemes to increase the bitrate per channel. However, the main disadvantage of the high spectral efficient modulation schemes is the requirement of very linear and low noise transmit and receive chains. In other words, linear power amplifiers are highly demanded, meanwhile they must be power efficient in order to be used in handsets. To design of linear and efficient power amplifiers is still an innovative work. Additionally, the modern transceiver systems cost must be minimized. Therefore, they are designed as integrated circuits, due to high volume and low production cost. Consequently, the integration of the power amplifiers is demanded in the cheapest available technology. SiGe technology offers a solution for this low cost RF problem. In this technology, the transistor cutoff frequency Ft is obtained over 40GHz and maximum oscillation frequency Fmax is obtained over 60GHz, which makes it suitable for RF design. Furthermore, the SiGe HBT technology is based on low cost BI-CMOS technology. It allows to use the CMOS circuits and HBT based circuits on the same die. Encouragingly, this solution reduces the productions cost and allows high integration. Although it offers a low cost solution, there are some drawbacks, which make this technology inappropriate for power devices. The main disadvantage is the low breakdown of the HBT transistors. There is a strong relationship between transistor breakdown and cutoff frequency. The breakdown and cutoff frequency are inverse proportional, in other words, it is not possible to produce a HBT transistor, which has high breakdown voltage and high cutoff frequency at the same time. The typical values, which could be found in literature, for cutoff frequency and breakdown voltage, are 75 GHz and 2.5 V [19], 40 GHz and 3.6 V. According to this result, the technology is suitable only for voltage-controlled oscillator, low noise amplifier and mixer. It is not suitable for power devices. The technology is based on BI-CMOS technology, which means lossy silicon is used as substrate. Therefore, it is not possible to produce high Q inductors with high resonant frequencies. In the literature, there are many inductor demonstrations. However, they are suitable for below 3GHz operation frequencies, or the inductances, which have higher resonant frequencies than 3 GHz, are so small, so it is impossible to use them as a RF choke. The main reason for this problem is that eddy currents drop the quality of the inductor at high frequencies. Although SiGe is a low cost technology, the packaging costs are high for RF products, since they demand packages with low parasitics, such as low bonding inductances, low bonding and lead resistances, low capacitances and low coupling between wires. As a rule of thumb, the bonding inductance is 1 nH/mm, which xvi m «EKİİfflmeans 1 nH for 1 mm bonding. This bonding can be on the signal path, or on the ground path or on the supply path. At 5.5 GHz, this bonding inductance shows 35£2 impedance, which is high enough to cause problems in a RF circuit. Actually, the package effects determine the stability, the obtainable power gain, and impedance matching. On the other hand, to model the package accurately the exact locations of the pads and the bonding diagram must be known. However, the exact locations of the pads can be known after the final layout is prepared. Therefore, the circuit parameters can be finalized using iterative methods. The input - output relationship of the SiGe HBT transistor is similar to the BJT transistor. The relationship is exponential like BJT, so the linearity of HBT is approximately same as BJT counterpart. By the way, due to the low breakdown of HBT, the designed circuits must operate at low voltages. The linearity is limited because of the low supply voltage. The first chapter consists of a review of the mathematical background of nonlinearity and effect of the nonlinearity. The chapter starts out with mathematical background, and the definitions that describe the nonlinearity. The relationship between various nonlinear definitions has been extracted, if the nonlinear behavior is maximum third order. The nonlinearity of basic blocks, such common emitter configuration and differential pair has been calculated. Afterwards, the linearisation methods at circuit level have been examined. According to the results, the nonlinearity is a function of frequency over 1 GHz. Lastly, a power amplifier model, which is suitable for system design, has been defined. The effect of the nonlinearity on the 64QAM signal has been determined with HP ADS simulator. The second chapter starts with specifications of pre-power amplifier. The pre-power amplifier has been designed to work in Hiperlan/2 system. [9] According to the specifications, the operating frequency band is between 5.2 GHz and 5.8 GHz. In the following section, the design considerations have been explained. Afterwards, the used package has been explained, and a simulation model has been extracted using package modeler tools. The extracted model assumes the maximum sized layout, in other words, minimum parasitic effects of the package. This is the best case, because the die size is the maximum size for the given package. However, smaller package could be used, if the die size is less than the calculated package. It has been assumed that in all cases the parasitics will be approximately same. The simulation results have been explained in the following section. The S parameter results and steady state analysis results have been put in appendix. Finally, an output matching circuit has been given in the last section. The output matching circuit was optimized to minimize the S?i in the band. xvn

Benzer Tezler

  1. Tez No

    126970

    High efficiency 1W class-B push-pull amplifier design for HiperLAN/2

    HiperLAN/2 uygulamaları için yüksek verimli 1W B-sınıfı simetrik güç kuvvetlendirici tasarımı

    SERKAN TOPALOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞLU

  2. Tez No

    156158

    OFDM tabanlı kablosuz iletişim sistemleri için yüksek başarımlı alıcı tasarımı

    High performance receiver design for OFDM based wireless communications systems

    BİROL SOYSAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. İSMAİL KAYA

  3. Tez No

    123316

    Dikgen frekans bölüşümlü çoğullama sisteminin başararım analizi

    Performance analysis of orthogonal frequency division multiplexing

    ÖZGÜR KARABACAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ŞAFAK

  4. Tez No

    180208

    Kablosuz bilgisayar ağlarının karşılaştırmalı incelenmesi

    Comparison of wireless computer networks

    NESLİHAN TUĞRAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGazi Üniversitesi

    Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. AYHAN ERDEM

  5. Tez No

    139598

    Digital implementation ETSI OFDM symbol synchronizer based on sliding correlation

    Kayar ilinti temelli ETSI OFDM simge eşzamanlayıcısının sayısal gerçeklenmesi

    RIZA DÖNMEZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YAŞAR GÜRBÜZ

Geri Dön