2 research outputs found
Recommended from our members
Switched-Capacitor RF Receivers for High Interferer Tolerance
The demand for broadband wireless communication is growing rapidly, requiring more spectrum resources. However, spectrum usage is inefficient today because different frequency bands are allocated for different communication standards and most of the bands are not highly occupied.
Cognitive radio systems with dynamic spectrum access improve spectrum efficiency, but they require wideband tunable receiver hardware. In such a system, a preselect filter is required for the RF receiver front end, because an out-of-band (OB) interferer can block the front end or cause distortion, desensitizing the receiver. In a conventional solution, off-chip passive filters, such as surface-acoustic-wave (SAW) filters, are used to reject the OB interferer. However, such passive filters are hardly tunable, have large area, and are very expensive. On-chip, high-selectivity, linearly tunable RF filters are, therefore, a hot topic in RF front-end research. Switched-capacitor (SC) RF filters, such as N-path filters, feature good linearity and tunability, making them good candidates for tunable RF filters. However, N-path filters have some drawbacks: notably, a poor harmonic response and limited close-by blocker tolerance.
This thesis presents the design and implementation of several interferer-tolerant receivers based on SC technology. We present an RF receiver with a harmonic-rejecting N-path filter to improve the harmonic response of the N-path bandpass filter. It features tunable narrowband filtering and high attenuation of the third- and fifth-order LO harmonics at the LNA output, which improves the blocker tolerance at LO harmonics. The 0.2-1 GHz RF receiver is implemented in a 65 nm CMOS process. The blocker 1 dB compression point (B1dB) is -2.4 dBm at a 20 MHz offset, and remains high at the third- and fifth-order LO harmonics. The LNA’s reverse isolation helps keep the LO emission below -90 dBm. A two-stage harmonic-rejection approach offers a > 51 dB harmonic-rejection ratio at the third- and fifth-order LO harmonics without calibration.
To improve tolerance for close-by blockers, we further present an SC RF receiver achieving high-order, tunable, highly linear RF filtering. We implement RF input impedance matching, N-path filtering, high-order discrete-time infinite-impulse response (IIR) filtering and downconversion using only switches and capacitors in a 0.1-0.7 GHz prototype with tunable center frequency, programmable filter order, and very high tolerance for OB blockers. The 40 nm CMOS receiver consumes 38.5-76.5mA, achieves 40 dB gain, 24 dBm OB IIP3, 14.7 dBm B1dB for a 30MHz blocker offset, 6.8-9.7 dB noise figure, and > 66dB calibrated harmonic rejection ratio.
The key drawback of our earlier SC receiver is the relatively high theoretical lower limit of the noise figure. To improve the noise performance, we developed a 0.1-0.6 GHz chopping SC RF receiver with an integrated blocker detector. We achieve RF impedance matching, high-order OB interferer filtering, and flicker-noise chopping with passive SC circuits only. The 34-80 mW 65 nm receiver achieves 35 dB gain, 4.6-9 dB NF, 31 dBm OB-IIP3, and 15 dBm B1dB. The 0.2 mW integrated blocker detector detects large OB blockers with only a 1 us response time. The filter order can be adapted to blocker power with the blocker detector
Integrinių analoginių filtrų belaidžio ryšio sistemoms kūrimas
Disertacijoje nagrinėjami konfigūruojami analoginiai filtrai su savaiminio derinimo grandynais, jų projektavimo ir įgyvendinimo būdai, kurie pritaikomi integrinių grandynų gamybos technologijoms. Iškeliama ir įrodoma hipotezė, teigianti, kad savaiminio derinimo grandynų taikymas įgalina gauti integrinių analoginių aktyviųjų rezistorių kondensatorių (RC) filtrų parametrus reikalau¬jamu tikslumu. Darbo tikslas – sukurti savaiminio derinimo grandynus, skirtus konfigūruojamų integrinių analoginių aktyviųjų RC filtrų parametrų gavybai reikalaujamu tikslumu. Darbe išspręsti uždaviniai: ištirtos integrinių analoginių aktyviųjų RC filtrų struktūros ir sukurti jų derinimo grandynų modeliai, pasiūlytas integrinių analoginių aktyviųjų RC filtrų derinimo matricų projektavimo būdas, sukurtas ir ištirtas konfigūruojamas integrinis analoginis aktyvusis RC filtras su diskrečiu ir tolydžiu savaiminio derinimo grandynais.
Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatū¬ros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir penki priedai.
Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai, disertacijos struktūra.
Pirmame skyriuje apžvelgiamos integrinių analoginių filtrų struktūros, pagrindiniai parametrai bei įvardijamos parametrų verčių svyravimo priežastys, analizuojamos savaiminio derinimosi grandynų struktūros ir jų veikimo principai. Skyriaus pabaigoje, remiantis atlikta analize ir sudarytomis išvadomis suformuluojami disertacijos uždaviniai.
Antrajame skyriuje sudaroma konfigūruojamo integrinio analoginio filtro struktūra, skirta programine įranga valdomam radijui, sudaromi diskretaus ir tolydaus derinimo matricų modeliai, juos sudarančių elementų verčių parinkimo algoritmai, atliekami modelių ir algoritmų kompiuteriniai skaičiavimai.
Trečiajame skyriuje, pasinaudojus sukurtais modeliais ir algoritmais, suprojektuojamas filtras su diskrečiu ir tolydžių savaiminio derinimo grandynais, naudojant eksperimentinius ir kompiuterinius skaičiavimo metodus atliekamas suprojektuotų diskrečiai ir tolydžiai valdomų integrinių analoginių RC filtrų parametrų bei jų savaiminio derinimo grandynų tyrimas.
Disertacijos tema yra atspausdinti 7 moksliniai straipsniai: du – mokslo žurnaluose, įtrauktuose į Thomson Reuters Web of Science duomenų bazę, vienas – tarptautinių konferencijų medžiagoje, įtrauktoje į Thomson Reuters Proceedings duomenų bazę, keturi – mokslo žurnaluose, referuojamose kitose tarptautinėse duomenų bazėse. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai buvo pristatyti septyniose mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje