Projeto e caracterização de amplificadores de baixo ruído em 2,4 ghz

Abstract

Esta dissertação está centrada em amplificadores de baixo ruído (LNAs) e pode ser dividida em três partes. Na primeira parte é feita uma introdução de LNAs em tecnologia CMOS que é seguida por um levantamento do estado da arte desses amplificadores. Na segunda parte deste trabalho é feita uma revisão sobre figura de ruído cuja definição é válida para um sistema, circuito ou dispositivo. Após essa revisão apresenta-se uma análise da figura de ruído em quadripolos em que são derivadas equações usadas em projetos de LNAs, mostra-se também o método Y usado para caracterização da figura de ruído de um quadripolo qualquer. Após esse estudo finaliza-se a segunda parte da dissertação com um estudo de caso sobre medidas on-chip usando um transistor. Na última parte da dissertação apresenta-se o LNA em um sistema de recepção de sinais, logo em seguida são mostradas duas configurações básicas para amplificadores: a configuração do transistor de entrada configurado em fonte comum e outra com configuração em porta comum. Dessa forma, a fim de introduzir o leitor no projeto de LNAs, são derivados os parâmetros básicos de desempenho desses amplificadores para cada configuração do transistor de entrada mostrada. Após essa etapa, com intuito de validar os conceitos aprendidos, são projetados três LNAs com comprimento de canal de 0,18 mm e com especificações distintas. Um LNA possui restrição de tensão, outro tem restrição de consumo e o último amplificador é projetado especialmente para operar em um receptor ZigBee . São apresentados também os resultados experimentais dos LNAs com restrição de tensão e consumo.

This dissertation is centered in low noise amplifiers (LNAs) and it can be divided in three parts. In the first part it is made an introduction of LNAs in a CMOS technology and it is followed by a study of the state-of-art of these amplifiers. In the second part of this work it is done a review on noise figure whose definition is valid for a system, circuit or device. After this review it is presented a noise figure analysis in fourpoles which the derived equations are used in LNA#s design, it is also shown the Y-factor method for noise figure extraction of any fourpole. Thereafter the second part is finished with a case of study about on chip measurements using a transistor. In the last part of the dissertation it is presented a LNA placed in a signal receiver system, then it is shown two amplifiers basic configurations: a configuration using the input transistor in common source and a second one using it in a common gate configuration. Thereby, with means to introduce the reader on LNA's design, the basic parameters of performance of these amplifiers are derived for each shown configuration of the input transistor. Hereafter, with means to validate the learned concepts, it is designed three LNAs with channel length of 0,18mm and with different specifications. One LNA has voltage restrictions, another has a power consumption restriction and the last amplifier is designed specially to operate in a ZigBee receiver. It is also presented the voltage and power restricted LNA's experimental results.