Design issues and experimental characterization of a continuously-tuned adaptive CMOS LNA

This paper presents the design implementation and experimental characterization of an adaptive Low Noise Amplifier (LNA) intended for multi-standard Radio Frequency (RF) wireless transceivers. The circuit —fabricated in a 90-nm CMOS technology— is a two-stage inductively degenerated common-source topology that combines PMOS varactors with programmable load to make the operation of the circuit continuously tunable. Practical design issues are analyzed, considering the effect of circuit parasitics associated to the chip package and integrated inductors, capacitors and varactors. Experimental measurements show a continuous tuning of NF and Sparameters within the 1.75-2.23GHz band, featuring NF19.6dB and IIP3> −9.8dBm, with a power dissipation < 23mW from a 1-V supply voltage.Ministerio de Ciencia e Innovación (FEDER) TEC2007-67247-C02-01/MICJunta de Andalucía, Consejo Regional de Innovación, ciencia y empresa TIC-253

Design of an adaptive LNA for hand-held devices in a 1-V 90-nm standard RF CMOS technology: From circuit analysis to layout

[EN]: This paper deals the design of a reconfigurable Low-Noise Amplifier (LNA) for the next generation of wireless hand-held devices by using a lumped circuit approach based on physical laws. The purpose is not only to present simulation results showing the fulfillment of different standard specifications, but also to demonstrate that each design step has a physical meaning such that the mathematical design flow is simple as well as suitable for hand-work in both laboratory and classroom. The circuit under analysis, which is designed according to technological design rules of a 90nm CMOS technology, is a two-stage topology including inductive-source degeneration, MOS-varactor based tuning networks, and programmable bias currents. This proposal, with reduced number of inductors and minimum power dissipation, adapts its performance to different standard specifications; the LNA is designed to cope with the requirements of GSM (PCS1900), WCDMA, Bluetooth and WLAN (IEEE 802.11b-g). In order to evaluate the effect of technology parasitics on the LNA performance, simulation results demonstrate that the LNA features NF16dB, S11-3.3 dBm over the 1.85-2.48 GHz band. For all the standards under study the adaptive power consumption varies from 25.3 mW to 53.3mW at a power supply of 1-V. The layout of the reconfigurable LNA occupies an area of 1.8mm2.[ES]: Este trabajo presenta el diseño de un amplificador de bajo ruido, LNA (del inglés Low‐Noise Amplifier) reconfigurable para la siguiente generación de dispositivos portátiles de comunicación inalámbricos, usando la aproximación de circuitos concentrados sustentada en leyes físicas. El propósito de este trabajo no es sólo presentar resultados de simulación que muestran el cumplimiento de especificaciones para cada estándar, sino también demostrar que cada paso de diseño tiene un significado físico haciendo que el procedimiento matemático de diseño sea simple y adecuado para el trabajo a mano tanto para actividades en laboratorio como en el aula. El circuito bajo análisis, diseñado en una tecnología CMOS 90nm, consta de dos etapas que incluyen degeneración inductiva de fuente, redes de entonado basadas en varactores MOS, y corrientes de polarización programables. Esta propuesta, con reducido número de inductores y mínima disipación de potencia, adapta su desempeño a las diversas especificaciones de cada estándar; el LNA se diseña para cubrir los requerimientos de GSM (PCS1900), WCDMA, Bluetooth y WLAN (IEEE 802.11b‐g). Para evaluar el efecto de las no idealidades de la tecnología en el desempeño del LNA, las simulaciones demuestran que el circuito cumple parámetros como NF16dB, S11< ‐5.5dB, S22‐3.3dBm en la banda 1.85‐ 2.48GHz. Para todos los estándares bajo estudio, el consumo adaptivo de potencia varía de 25.3 mW a 53.3mW usando una fuente de alimentación de 1‐V. El patrón geométrico del LNA reconfigurable consume un área de 1.8mm2.Peer Reviewe

Design of an adaptive LNA for hand-held devices in a 1-V 90-nm standard RF CMOS technology: From circuit analysis to layout

This paper deals the design of a reconfigurable Low-Noise Amplifier (LNA) for the next generation of wireless hand-held devices by using a lumped circuit approach based on physical laws. The purpose is not only to present simulation results showing the fulfillment of different standard specifications, but also to demonstrate that each design step has a physical meaning such that the mathematical design flow is simple as well as suitable for hand-work in both laboratory and classroom. The circuit under analysis, which is designed according to technological design rules of a 90nm CMOS technology, is a two-stage topology including inductive-source degeneration, MOS-varactor based tuning networks, and programmable bias currents. This proposal, with reduced number of inductors and minimum power dissipation, adapts its performance to different standard specifications; the LNA is designed to cope with the requirements of GSM (PCS1900), WCDMA, Bluetooth and WLAN (IEEE 802.11b-g). In order to evaluate the effect of technology parasitics on the LNA performance, simulation results demonstrate that the LNA features NF16dB, S11-3.3 dBm over the 1.85-2.48 GHz band. For all the standards under study the adaptive power consumption varies from 25.3 mW to 53.3mW at a power supply of 1-V. The layout of the reconfigurable LNA occupies an area of 1.8mm2.Este trabajo presenta el diseño de un amplificador de bajo ruido, LNA (del inglés Low‐Noise Amplifier) reconfigurable para la siguiente generación de dispositivos portátiles de comunicación inalámbricos, usando la aproximación de circuitos concentrados sustentada en leyes físicas. El propósito de este trabajo no es sólo presentar resultados de simulación que muestran el cumplimiento de especificaciones para cada estándar, sino también demostrar que cada paso de diseño tiene un significado físico haciendo que el procedimiento matemático de diseño sea simple y adecuado para el trabajo a mano tanto para actividades en laboratorio como en el aula. El circuito bajo análisis, diseñado en una tecnología CMOS 90nm, consta de dos etapas que incluyen degeneración inductiva de fuente, redes de entonado basadas en varactores MOS, y corrientes de polarización programables. Esta propuesta, con reducido número de inductores y mínima disipación de potencia, adapta su desempeño a las diversas especificaciones de cada estándar; el LNA se diseña para cubrir los requerimientos de GSM (PCS1900), WCDMA, Bluetooth y WLAN (IEEE 802.11b‐g). Para evaluar el efecto de las no idealidades de la tecnología en el desempeño del LNA, las simulaciones demuestran que el circuito cumple parámetros como NF16dB, S11‐3.3dBm en la banda 1.85‐ 2.48GHz. Para todos los estándares bajo estudio, el consumo adaptivo de potencia varía de 25.3 mW a 53.3mW usando una fuente de alimentación de 1‐V. El patrón geométrico del LNA reconfigurable consume un área de 1.8mm2

Flexible CMOS low-noise amplifiers for beyond-3G wireless hand-held devices

This paper explores the use of reconfigurable Low-Noise Amplifiers (LNAs) for the implementation of CMOS Radio Frequency (RF) front-ends in the next generation of multi-standard wireless transceivers. Main circuit strategies reported so far for multi-standard LNAs are reviewed and a novel flexible LNA intended for Beyond-3G RF hand-held terminals is presented. The proposed LNA circuit consists of a two-stage topology that combines inductive-source degeneration with PMOS-varactor based tuning network and a programmable load to adapt its performance to different standard specifications without penalizing the circuit noise and with a reduced number of inductors as compared to previous reported reconfigurable LNAs. The circuit has been designed in a 90-nm CMOS technology to cope with the requirements of the GSM, WCDMA, Bluetooth and WLAN (IEEE 802.11b-g) standards. Simulation results, including technology and packaging parasitics, demonstrate correct operation of the circuit for all the standards under study, featuring NF13.3dB and IIP3>10.9dBm, over a 1.85GHz-2.4GHz band, with an adaptive power consumption between 17mW and 22mW from a 1-V supply voltage. Preliminary experimental measurements are included, showing a correct reconfiguration operation within the operation band

Metodología de diseño de osciladores LC con componentes discretos: una propuesta

Se presenta una metodología para el diseño de osciladores armónicos usando componentes discretos, y orientada a sintetizar osciladores Colpitts, Clapp y Hartley.Esta propuesta, orientada al ámbito de la Enseñanza, toma en consideración parámetros y principios físicos bajo el control del diseñador: polarización de la etapa de ganancia, establecimiento de la frecuencia de oscilación, diseño de la red de retroalimentación, y el cumplimiento de las condiciones de oscilación definidas por Barkhausen. Como aplicación práctica se usa el oscilador Clapp para medir la humedad relativa usando como principio básico de operación la variación capacitiva de un sensorde humedad; la medición de la variable física, luego de ser procesada digitalmente, se muestra en un LCD.Palabra(s) Clave(s): enseñanza, frecuencímetro, humedad atmosférica,Instrumentación, osciladores LC

Estados ecosistémicos coexistentes en una laguna costera tropical bajo eutrofización creciente en la cayería norte de Cuba

Through a nested suite of methods here we contrast the coexistence of different ecosystem states in a tropical coastal lagoon, the Laguna Larga, with increasing eutrophication stress between 2007 and 2009. Water temperature averaged 27.4°C in the lagoon and showed a slight positive trend during the study period. Salinity averaged 35.0±6.2, exhibiting high spatial and temporal variability, and also a slight positive trend in time. In contrast, dissolved oxygen showed a substantial decreasing trend (–0.83 ml L–1 y–1; –13.3% y–1) over the period, while nutrients increased dramatically, particularly total phosphorus (2.6 µM y–1), in both cases sustaining the progression of eutrophication in the lagoon during the three years we sampled. The Karydis nutrient load-based trophic index showed that the lagoon has a spatial pattern of increasing eutrophication from the sea and the outer sector (oligotrophic-mesotrophic) to the central (mesotrophic) and the inner sector (mesotrophic-eutrophic). Two ecosystem states were found within the lagoon. In the outer oligotrophic sector, the dominant primary producers were macroalgae, seagrasses and benthic diatoms, while mollusc assemblages were highly diverse. In the inner and central sectors (where trophic status increased toward the inner lagoon) a phytoplankton-dominated ecosystem was found where mollusc assemblages are less diverse. In spite of the progression of eutrophication in the lagoon, these two different ecosystems coexisted and remained unchanged during the study period. Apparently, the effect of water residence time, which increases dramatically toward the inner lagoon, dominated over that of nutrient loadings, which is relatively more homogeneously distributed along the lagoon. Therefore, we consider that actions that reduce the water residence time are likely the most effective management options for this and other similarly choked lagoons.Mediante la conjunción de una diversidad de métodos y observaciones, se contrasta la coexistencia de diferentes estados ecosistémicos en Laguna Larga, una laguna costera tropical sometida a una eutrofización creciente entre 2007 y 2009. La temperatura media en la laguna fue de 27.4°C y mostró una ligera tendencia positiva en este periodo. La salinidad mostró alta variabilidad espacial y temporal alrededor de una media de 35.0±6.2 y también tuvo una tendencia temporal positiva. En contraste, el oxígeno disuelto mostró una sustancial tendencia negativa (–0.83 ml L–1 y–1; –13.3% y–1) en el mismo periodo, al tiempo que los nutrientes se incrementaron drásticamente, en particular el fósforo total, a una tasa de 2.6 µM y–1, respaldando ambas tendencias el incremento de la eutrofización a lo largo de los tres años observados. El índice trófico de Karydis, basado en las cargas de nutrientes, mostró un patrón espacial de incremento de la eutrofización desde el mar hacia el sector exterior (oligotrófico-mesotrófico), el sector central (mesotrófico) y el sector interior (mesotrófico-eutrófico). Se identificaron dos estados ecosistémicos dentro de la laguna. En el oligotrófico sector exterior, los productores primarios dominantes fueron macroalgas, pastos marinos y diatomeas bénticas, en tanto que las asociaciones de moluscos fueron altamente diversas. En los sectores central e interior (incrementándose el estatus trófico hacia este último), se encontró un estado ecosistémico dominado por el fitoplancton y en el que las asociaciones de moluscos son menos diversas. A pesar del incremento de la eutrofización, estos dos ecosistemas distintos coexistieron y permanecieron sin cambios durante el periodo estudiado. En Laguna Larga, el efecto del tiempo de residencia del agua, que se incrementa dramáticamente hacia el interior de la laguna, domina aparentemente sobre el de la carga externa de nutrientes, que está distribuida de manera relativamente más homogénea a lo largo de la laguna. Por ello, consideramos que las acciones dirigidas a disminuir el tiempo de residencia del agua son probablemente las más efectivas en esta laguna y otras similarmente aisladas

Implementation of SoC Based Real-Time Electromagnetic Transient Simulator

Real-time electromagnetic transient simulators are important tools in the design stage of new control and protection systems for power systems. Real-time simulators are used to test and stress new devices under similar conditions that the device will deal with in a real network with the purpose of finding errors and bugs in the design. The computation of an electromagnetic transient is complex and computationally demanding, due to features such as the speed of the phenomenon, the size of the network, and the presence of time variant and nonlinear elements in the network. In this work, the development of a SoC based real-time and also offline electromagnetic transient simulator is presented. In the design, the required performance is met from two sides, (a) using a technique to split the power system into smaller subsystems, which allows parallelizing the algorithm, and (b) with specialized and parallel hardware designed to boost the solution flow. The results of this work have shown that for the proposed case studies, based on a balanced distribution of the node of subsystems, the proposed approach has decreased the total simulation time by up to 99 times compared with the classical approach running on a single high performance 32-bit embedded processor ARM-Cortex A9