Low noise amplifiers and voltage variable attenuators for sub-6 GHz 5G receiver systems
6 GHz altı 5G alıcı sistemleri için düşük gürültülü yükselticiler ve voltaj değişkenli zayıflatıcılar
- Tez No: 759546
- Danışmanlar: PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Yeni nesil iletişim sistemlerinin (5G) artan yüksek veri aktarım hızı ve maksimum iletişim mesafesinin yanı sıra düşük gecikme gibi zorlu performans özelliklerine ulaşmak için daha iyi alıcı sistemleri ve yeni tasarım metodolojilerine ihtiyaç vardır. Ayrıca son yıllarda kullanıcı sayısının artması ve RF verici/alıcı cihazlarının kullanım alanlarının büyük ölçüde genişlemesiyle birlikte RF sistemlerinin maliyeti daha da önem kazanmış olup ve çip alanı önemli bir tasarım konusu haline gelmiştir. Ayrıca IoT ve sağlık takip cihazları gibi pil ömrünün kritik olduğu cihazların sayısı arttıkça güç tüketiminin azaltılması da önem kazanmıştır. 5G'nin gereksinimlerinden biri de daha yüksek veri hızıdır ve bu gereksinimi karşılamak için RF alıcı sisteminin gürültü performansının iyileştirilmesi ve iletişimin maksimum menzilinin artırılması için daha yüksek kazançlı alıcı sistemleri hedeflenmelidir. Son olarak, çip alanını azaltmak ve alıcı sistemlerin üretim maliyetini azaltmak için, dijital adımlı zayıflatıcılar gibi çok aşamalı alt bloklar, yeni ve çok küçük zayıflatıcı topolojileri ile değiştirilmelidir. Bu tez, LNA'lar ve zayıflatıcılar gibi 6 GHz altı 5G iletişimi sistemleri için radyo frekansı (RF) entegre alıcı (Rx) modüllerinin alt bloklarının tasarımı ve uygulanmasına odaklanmaktadır. Sunulan SiGe BiCMOS LNA, IHP 130 nm SiGe BiCMOS teknolojisi ile tasarlanmış ve üretilmiş olup kendi frekans bandında SiGe BiCMOS LNA'lar arasında en iyi performanslardan biri olan 27.7 dB kazanç ve 1.15 dB gürültü rakamına ulaşmaktadır. Buna ek olarak, GlobalFoundries 130 nm SOI CMOS teknolojisiyle iki LNA tasarlanmış ve üretilmiştir ve bu LNA'lar 30.5 dB ve 0.85 dB NF'ye sahiptir. Son olarak, GlobalFoundries 130 nm SOI CMOS teknolojisi ile iki VVA tasarlanmıştır. İlk VVA, üretilmiş olup DC - 27 GHz frekans aralığında 6 bitlik zayıflatma performansına ulaştığı kaydedilmiştir, ikinci VVA ise DC - 10 GHz frekans aralığında bit başına 0.12 mdB'lik ultra yüksek hassasiyete ulaştığı simüle edilerek gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
To achieve the demanding performance specifications of the new generation of communication systems (5G), such as increased high data rate, communication distance, and low latency, better receiver systems, and new design methodologies are needed. Moreover, as the number of users increases and the area of usage of RF transmitter/receiver devices broadens tremendously in recent years, the cost of RF systems gained more importance; thus, the die area became another design concern. Additionally, decreasing the power consumption also gained importance as the number of IoT and health monitoring devices increases where battery life is critical. One of the requirements of 5G is a higher data rate, and in order to meet this requirement, the noise performance of the RF receiver system should be improved. Furthermore, to increase the maximum range of the communication, receiver systems with higher gain should be aimed. Finally, multi-stage sub-blocks such as digital-step attenuators should be replaced with novel and very small attenuator topologies to decrease the die area and reduce the fabrication cost of receiver systems. This thesis focuses on designing and implementing sub-blocks of radio frequency (RF) integrated receiver (Rx) systems such as LNAs and attenuators for the Sub-6 GHz 5G communication. The presented SiGe BiCMOS LNA is designed and fabricated with IHP 130 nm SiGe BiCMOS technology, and it achieves a 27.7 dB gain and 1.15 dB noise figure, which is one of the best performance among the SiGe BiCMOS LNAs in its frequency band. In addition, two LNAs are designed and fabricated in GlobalFoundries 130 nm SOI CMOS technology, and these LNAs have a gain of 30.5 dB and 0.85 dB NF. Finally, two VVAs are designed with GlobalFoundries 130 nm SOI CMOS technology. The first VVA is fabricated and measured so that it achieves 6-bit attenuation performance over DC - 27 GHz frequency range, while the second VVA reaches ultra-high precision of 0.12 mdB attenuation per step inside the DC - 10 GHz frequency range.
Benzer Tezler
- Design of tunable impedance matching circuit for a GSM antenna
GSM anteni için ayarlanabilir empedans uyumlama devresi tasarımı
MEHMET ALİ ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE ÖZLEM AYDIN ÇİVİ
DR. FATİH KOÇER
- 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
- 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
- Design of a mixer first receiver front-end
Önce karıştırıcı türü alıcı ön yüzü tasarımı
MEHMET ALPEREN BALTACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN
- 5G kablosuz iletişim sistemleri için aşağı dönüşüm Gilbert hücre mikser tasarımı
Down-conversion Gilbert cell mixer design for 5G wireless communications systems
FATMANUR TALAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN