Receptor super-regenerativo de baixo consumo para redes corporais

Abstract

O foco deste trabalho é a análise e o projeto de um receptor super-regenerativo voltado para aplicações biomédicas. Primeiramente, apresenta-se a fundamentação teórica da recepção super-regenerativa e, em seguida, mostra-se um circuito projetado segundo essa arquitetura, a qual incorpora um amplificador de baixo ruído, um oscilador e um detector de envoltória, além de um conversor balanceado-desbalanceado entre estes dois últimos. O projeto demonstra a vantagem dessa técnica para projetar receptores de baixa potência e elevada sensibilidade. Como o oscilador tende a ser o circuito com maior consumo elétrico em um receptor super-regenerativo, esta dissertação também apresenta uma técnica de projeto de osciladores para aplicações de baixa potência. O circuito é baseado no clássico oscilador Colpitts de porta comum com uma segunda fonte de realimentação positiva, a qual é fornecida por uma degeneração indutiva de porta. Esta técnica diminui a transcondutância requerida para originar as oscilações, o que faz com que seja possível reduzir a corrente de polarização e, consequentemente, o consumo de potência. Um protótipo foi produzido em uma tecnologia CMOS padrão de 0,18 µm para servir de prova de conceito. Simulações pós-leiaute demonstraram uma frequência de oscilação de 2,5 GHz com um ruído de fase de -112.9 dBc/Hz a uma frequência deslocada de 1 MHz da portadora, consumindo 124 µW a partir de uma tensão de alimentação de 0,575 V.<br>

Abstract : The goal of this work is the analysis and the design of a super-regenerative receiver aimed for biomedical applications. Firstly the theoretical foundation of the super-regenerative reception is presented and afterwards it is shown a circuit designed according such an architecture, which incorporates a lownoise amplifier, an oscillator, and an envelope detector, besides a balancedto- unbalanced converter between the last two. This project demonstrates the advantage of that technique to design low-power and high-sensitivity receivers. Since the oscillator tends to be the circuit with the highest power consumption in a super-regenerative receiver, this dissertation also presents an oscillator design technique for low-power applications. The circuit is based on the common-gate Colpitts oscillator with additional positive feedback provided by an inductive gate degeneration. This technique decreases the required transconductance to start-up oscillations, which makes possible to reduce the bias current and hence the power consumption. A prototype was designed in a standard 0.18 mm CMOS technology as a proof of concept. Post-layout simulations present an oscillating frequency of 2.5 GHz with a phase noise of -112.9 dBc/Hz at a 1 MHz offset frequency and consuming 124 mW from a 0.575-V supply voltage.