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Low power channel selection filtering for highly integrated wireless receivers
En este trabajo de investigaci贸n, se han propuesto y aplicado nuevas
t茅cnicas de baja tensi贸n y bajo consumo en dise帽o anal贸gico para implementar
varios circuitos, principalmente filtros Gm-C. La tesis est谩 estructurada en niveles
ordenados de abajo hacia arriba: t茅cnicas b谩sicas a nivel de dispositivo se
proponen en primer lugar, seguidas por la introducci贸n de nuevas topolog铆as de
circuitos a nivel de celda, y finalmente por la obtenci贸n de nuevos dise帽os a nivel
de sistema.
A nivel de dispositivo, la mayor contribuci贸n de este trabajo es el
empleo de transistores de puerta flotante (FG: Floating-Gate) y puerta cuasiflotante
(QFG: Quasi-Floating Gate), cuyo objetivo es la reducci贸n del consumo
de potencia. Mediante su empleo se han propuesto nuevas topolog铆as a nivel de
circuito, siendo un transconductor sintonizable clase AB adaptado a los requisitos
de baja tensi贸n y bajo consumo de los sistemas de comunicaciones modernos la
m谩s importante de ellas. Este circuito utiliza como esquema de sinton铆a un divisor
resistivo implementado con transistores MOS operando en la regi贸n de triodo.
Finalmente, a nivel de sistema, se han conseguido nuevos dise帽os que
utilizan en su implementaci贸n los circuitos propuestos. De hecho, como resultado
final, se propone un filtro Butterworth Gm- C paso bajo sintonizable de orden 3
aplicable a la selecci贸n de canal en un receptor de conversi贸n directa. A fin de
mejorarlo, se han propuesto tambi茅n sistemas de sinton铆a autom谩tica. Adem谩s, se
ha implementado tambi茅n un VGA que emplea el mismo circuito b谩sico, y que
presenta un ancho de banda constante para todas las ganancias. Ambos son
bloques importantes en un receptor inal谩mbrico de conversi贸n directa.
Todos los circuitos propuestos en esta tesis han sido fabricados usando
una tecnolog铆a CMOS n-well doble-poly de 0.5渭m. Adem谩s, los resultados de las
medidas experimentales son presentados y analizados en cada caso para validar el
funcionamiento del correspondiente dise帽o. Asimismo, se incluyen explicaciones
te贸ricas y procedimientos de dise帽o a modo de validaci贸n del potencial de los
circuitos propuestos en el campo del dise帽o de baja tensi贸n y bajo consumo.In this research work, low-voltage and low-power techniques have been
applied to implement novel analog circuits, mainly Gm-C filters. The structure of
the thesis follows a bottom-up scheme: basic techniques at device level are
proposed in the first place, followed by the introduction of novel circuit
topologies at cell level, and finally the achievement of new designs at system level.
At device level the main contribution of this work is the employment of
Floating-Gate (FG) and Quasi-Floating-Gate (QFG) transistors in order to
reduce the power consumption. By using them, new topologies are proposed at
cell level, being a high-performance tunable class AB transconductor well adapted
to low power and low voltage environments the most important one. This circuit
employs a resistive divider implemented by MOS transistors operating in triode
region as tuning scheme.
Regarding system level, new designs have been achieved by employing
these novel cells. In fact, as a final result, this dissertation introduces a new
tunable highly-linear third-order Butterworth low-pass Gm-C filter, suitable for
channel selection filtering in a Zero-IF receiver. Automatic tuning systems are
also proposed to improve it. Moreover, a VGA is also implemented by employing
the same basic cell. It operates with constant bandwidth for all the gain settings.
Both are important blocks in a Zero-IF wireless receiver.
All the proposed circuits have been fabricated using a 0.5渭m doublepoly
n-well CMOS technology, and the corresponding measurement results are
provided and analyzed to validate their operation. Furthermore, different
approaches to obtain the final designs are discussed together with theoretical
analysis to fully explore the potential of the resulting circuits and systems in the
scenario of low-power low-voltage applications.Las aportaciones econ贸micas de los siguientes organismos han hecho posible esta tesis: 1) Comisi贸n Interministerial de Ciencia y Tecnolog铆a, mediante los proyectos TEC2007-67460-C03-01/MIC y TEC2010-21563-C0201/MIC; 2) Universidad P煤blica de Navarra, mediante sus programas de ayudas a tesis doctorales.Programa Oficial de Doctorado en Tecnolog铆as de las Comunicaciones (RD 1393/2007)Komunikazioen Teknologietako Doktoretza Programa Ofiziala (ED 1393/2007