High dynamic range low noise amplifier and wideband hybrid phase shifter for SiGe BiCMOS phased array t/r modules
Faz dizili SiGe BiCMOS alıcı/verici modülleri için geniş dinamik aralıklı düşük gürültülü kuvvetlendirici ve geniş bantlı karma faz kaydırıcı
- Tez No: 392271
- Danışmanlar: PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Faz dizili Radyo Algılama ve Menzil Tayini (RADAR) sistemlerinin genel performansı üzerinde etkili olduğu için Alıcı/Verici (T/R) Modülleri, sistemin en önemli yapı taşlarından biridir. T/R Modüllerden yüksek performans beklentisi nedeniyle bu modüllerin gerçeklenmesinde yüksek güç tüketimi, geniş alan gereksimi ve yüksek maliyeti gibi birçok kusuruna rağmen, III-V yarıiletken bileşenleri kullanılmaktadır. Dolayısıyla, T/R Modülleri'nin kullanım alanı askeri uygulamalar gibi özel amaçlı alanlar ile sınırlanmıştır. Son yıllardaki gelişmeler ile SiGe BiCMOS teknolojisi, III-V teknolojisi uygulamaları için ciddi bir alternatif oluşturmaktadır. SiGe BiCMOS teknolojisi ile benzer performans diğer teknolojilere göre daha düşük maliyetle gerçeklenebiliyor olması günlük hayatta T/R modüllerinin kullanım alanlarını da genişletmiştir. Bahsedilen gelişmeler ışığında bu tez SiGe BiCMOS teknolojisi temelli X-Band T/R modüllerinin iki önemli bloğu ola Düşük Gürültülü Kuvvetlendirici (LNA) ve Faz Kaydırıcı 'nın yüksek performansla gerçeklenmesine odaklanmıştır. Düşük Gürültülü Kuvvetlendirici T/R Modül'ün alıcı zincirine ait ilk yapıdır. Bu sebeple Gürültü Figürü (NF) ve Kazanç gibi bazı genel alıcı zinciri kriterleri üstünde direk etkisi bulunmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, yüksek dinamiği hedefleyen üç farklı LNA yapısı IHP Microelectronics'in ve IBM'in 0.13μm SiGe teknolojileri kullanılarak tasarlanmıştır. Tek katlı kaskod LNA, teleskopic LNA, ve iki katlı kaskod LNA yüksek kazanç ve doğrusallığı hedefleyerek tasarlanmış ve tez kapsamında performansları kıyaslanmıştır. Tercih edilen bu üç yapı arasından, iki katlı kaskod LNA daha iyi performans ölçütleri verebilmekte; -3.72dBm'lik giriş referanslı doygunluk noktasına, 20.5dB kazanç ve yaklaşık 2dB'lik NF'le ulaşırken, 115.8mW güç harcamıştır. Faz Kaydırıcı hem alıcı hem de verici zinciri tarafından kullanlan bir yapı olduğu için, performansı T/R Modül'ün kriterleri için büyük önem taşımaktadır. Tasarımı için pasif faz kaydırıcı, vektör kipleyici (vector modulator) gibi birçok farklı yapının olumlu yanlarını öne çıkarmak amacıyla karma bir devre yapısı kullanılmıştr. IBM'e ait 0.13μm SiGe BiCMOS teknolojisinin kullanıldığı karma faz kaydırıcıda, geniş bant aralığında yüksek faz çözünürlüğü ve yüksek doğrusallık hedeflenmiştir. Tasarlanan karma faz kaydırıcı 6.75GHz'lik frekans aralığında 6-Bit'lik işlem kapasitesine ait iken, 15dBm'lik giriş referanslı doygunluk noktası, ve yaklaşık 11.25dB'lik kayba sahiptir. Bunun yanında, istenildiği taktirde dışarıdan herhangi bir devre elemanına gereksinim duymadan 7-Bit'lik işlem yapabilme özelliğine geçiş yapabilmektedir. 7-Bit için çalışma frekans aralığı 4.5GHz'tir.
Özet (Çeviri)
Transmit/Receive Module (T/R Module) is one of the most essential blocks for Phased Array Radio Detection and Ranging (RADAR) system; due to being very influential on system level performance. To achieve high performance specifications, T/R Module structures are constructed with using III-V devices, which has some significant disadvantages; they are costly, and also consume too much area and power. As a result, application area of T/R Module is mainly restricted with the military and dedicated applications. In recent years, SiGe BiCMOS technology has started to be an emerging competitor to III-V devices, with the help of bandgap engineering. SiGe BiCMOS based T/R Module structures are facilitating similar or better performance parameters with a much lower cost, which gives a chance to T/R Module not only used for military purposes, but also for commercial applications. For this reason, this thesis has focused on SiGe BiCMOS based X-Band T/R Module, specifically on its two significant blocks; Low Noise Amplifier (LNA), and Phase Shifter. Low Noise Amplifier is the first block of the receiver chain of the T/R Module; as a result its performance is very influential on the metrics of receiver, such as Noise Figure (NF), and gain. In this thesis, designing procedures for three different high dynamic range LNA structures are described, using 0.13μm SiGe IHP-Microelectronics and 0.13μm SiGe IBM technology. To achieve a high dynamic range, three different methodologies implemented and compared; single-stage cascode LNA, telescopic LNA, and two-stage cascode LNA. Among these, two-stage cascode LNA achieved better performance metrics of -3.72dBm level for input-compression point, total gain exceeding 20.5dB, a NF performance of about 2dB, and a power consumption of 115.8mW. Phase Shifter is used both in receiver and transmitting chain, as a result it is also crucial for the performance of the T/R Module. The design, implemented in 0.13μm SiGe IBM technology, had aimed to combine advantages of different topologies, such as passive phase shifter and vector modulator, to achieve a high phase resolution in wide bandwidth, and high linearity. The designed hybrid Phase Shifter achieves 6-Bit operation with 6.75GHz of bandwidth and 15dBm of input-P1dB. Moreover, design can be switched to 7-Bit phase shifter with 4.5GHz, without requiring any additional circuitry.
Benzer Tezler
- Üstel fonksiyon için yeni bir yaklaşım kullanarak CMOS kazancı ayarlanabilir kuvvetlendirici tasarımı
Design of CMOS variable gain amplifier using a new exponential function approximation
MUHAMMET SAİT ALTUNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN YAZGI
- Millimeter-wave circuits and pulse compression radar baseband/analog signal processingblocks in silicon processes
Başlık çevirisi yok
MEHMET PARLAK
Doktora
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of California San DiegoPROF. JAMES F. BUCKWALTER
- A low noise analog radio baseband with novelnoise shaping circuit techniques
Özgün Gürültü Şekillendirme Teknikleri ile Düşük Gürültülü Analog Radyo Baz Bandı
AHMET TEKİN
Doktora
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of California, Santa CruzElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENNETH PEDRODTI
- Variable gain amplifiers
Kazancı ayarlanabilen kuvvetlendiriciler
NAZAN İLTÜZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TOKER
- Eşikaltı çalışan otaların iyileştirilmesi ve tip elektroniği alanına uygulanması
Başlık çevirisi yok
GÜRSEL DÜZENLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. H. HAKAN KUNTMAN