SiGe BiCMOS ICs for X-Band 7-bit T/R module with high precision amplitude and phase control
X-Band yüksek hassasiyetli Faz/Genlik Kontrollü 7-bit Alıcı/Verici Modülü için SiGe BiCMOS tümleşik devreler
- Tez No: 418657
- Danışmanlar: PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
Onlarca yıldır, faz dizinli radar sistemleri, III-V yarı-iletken bazlı teknolojilerde üretilen alıcı/verici modülleri kullanmaktaydı. Fakat, bunların yüksek maliyeti, boyutu, ağırlığı ve düşük entegre edilebilme yetisi, alternative çözüm arayışları için bir talep oluşturdu. Son yıllarda, yüksek performans gereksinimlerini III-V teknolojilerine göre daha düşük maliyet ve güç tüketimiyle sağlamaları sayesinde, SiGe BiCMOS teknolojileri popülaritesini arttırtı. Yeni nesil faz dizinli radar sistemleri çok sayıda, tamamen tümleşik, yüksek verimli, küçük ölçekli ve yüksek kesinlikli alıcı/verici modüllerine gereksinim duyar. Bu eğilim doğrultusunda, bu tez, IHP 0.25μ SiGe BiCMOS teknolojisinde gerçeklenen, literatürdeki ilk ve tek X-Band 7-bit yüksek hassasiyetli faz/genlik kontrollü alıcı/verici modülünün tasarım ve uygulamasını sunmaktadır. Bu tez kapsamında, düşük gürültülü yükseltici (LNA), SiGe HBT tek girişli çift çıkışlı (SPDT) anahtar, ve 7-bit dijital kontrollü adım zayıflatıcı gibi alıcı/verici devresi alt blokları kapsamlı bir şekilde tartışıldı. Tasarlanan LNA 1.7 dB gürültü sayısı (NF), 23 dB kazanç ve 16 dBm çıkışa endeksli 1-dB sıkışma gücü (OP1dB) gösterirken; blok arası yükseltici ölçüm sonuçlarına göre 3 dB NF, 15 dB kazanç ve 18 dBm OP1dB değerleri vermektedir. Buna ek olarak, tasarlanan SPDT 1.7 dB giriş kaybına (IL), 40 dB izolasyona ve 28 dBm OP1dB'ye sahiptir. Son olarak, tasarlanan SiGe HBT 7-bit dijital kontrollü adım zayıflatıcı 8 dB IL, 0.18 dB etkin değer (RMS) zayıflatma hatası, 2° RMS faz hatası ve 16 dBm OP1dB özellikleri göstermektedir. 7-Bit alıcı devresi yukarıda verilen blokların yanında 7-Bit faz kaydırıcı ve yüksek güç yükselticisi kullanarak yapılandırılmıştır. Serim sonrası simülasyon sonuçlarının gösterdiğine göre tasarlanan alıcı/verici modülü, X-Band frekansları boyunca, 38 dB kazanç, 2.6° RMS faz hatası, 0.82 dB RMS genlik hatası ve 80 dB alma-verme arası yalıtım göstermektedir. Alıcı verici devresinin yongası 11.37 mm2 alan kaplamaktadır.
Özet (Çeviri)
Over the last few decades, phased array radar systems had been utilizing Transmit/Receive (T/R) modules implemented in III-V semiconductor based technologies. However, their high cost, size, weight and low integration capability created a demand for seeking alternative solutions to realize T/R modules. In recent years, SiGe BiCMOS technologies are rapidly growing their popularity in T/R module applications by virtue of meeting high performance requirements with more reduced cost and power dissipation with respect to III-V technologies. The next generation phased array radar systems require a great number of fully integrated, high yield, small-scale and high accuracy T/R modules. In line with these trends, this thesis presents the design and implementation of the first and only 7-Bit X-Band T/R module with high precision amplitude and phase control in the open literature, which is realized in IHP 0.25μ SiGe BiCMOS technology. In the scope of this thesis, sub-blocks of the designed T/R module such as low noise amplifier (LNA), inter-stage amplifier, SiGe Hetero-Junction Bipolar Transistor (HBT) Single-Pole Double-Throw (SPDT) switch and 7-Bit digitally controlled step attenuator are extensively discussed. The designed LNA exhibits Noise Figure (NF) of 1.7 dB, gain of 23 dB, Output Referred Compression Point (OP1dB) of 16 dBm while the inter-stage amplifier gives measured NF of 3 dB, gain of 15 dB and OP1dB of 18 dBm. Moreover, the designed SPDT switch has an Insertion Loss (IL) of 1.7 dB, isolation of 40 dB and OP1dB of 28 dBm. Lastly, the designed 7-Bit SiGe HBT digitally controlled step attenuator demonstrates IL of 8 dB, RMS attenuation error of 0.18 dB, RMS phase error of 2° and OP1dB of 16 dBm. The 7-Bit T/R module is constructed by using the sub-blocks given above, along with a 7-Bit phase shifter (PS) and a power amplifier (PA). Post-layout simulation results show that the designed T/R module exhibits a gain of 38 dB, RMS phase error of 2.6°, RMS amplitude error of 0.82 dB and Rx-Tx isolation of 80 dB across X-Band. The layout of T/R module occupies an area of 11.37 mm2.
Benzer Tezler
- 4x1 MIMOompact half duplex RF T / R module with high resolution in 130 nm SiGe BiCMOS for 5G applications
5G uygulamaları için 130 nm SiGe BiCMOS'da yüksek çözünürlüklü 4x1 MIMO kompakt yarım dubleks RF T / R modülü
ABDURRAHMAN BURAK
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- SiGe BiCMOS front-end integrated circuits for X-band phased arrays
X-band faz dizinleri için sige BiCMOS ön uç devreleri
TOLGA DİNÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- SiGe BiCMOS active phase shifter design for W-band automotive radar applications
W-band otomotiv radar uygulamaları için SiGe BiCMOS aktif faz kaydırıcı tasarımı
EFE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM TEKİN
- SiGe BiCMOS 4-bit phase shifter and T/R module for X-band phased arrays
X-band faz dizinleri için SiGe BiCMOS 4-bit faz kaydırıcı ve alıcı/verici modülü
İLKER KALYONCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiPROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- 77 GHz SiGe BiCMOS FMCW RADAR for automotive applications
Otomotiv uygulamaları için 77 GHz SiGe BiCMOS FMCW RADAR
HAMZA KANDİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ