Estudio y Diseño de Moduladores y Estudio y Diseño de Moduladores y DemoduladoresDemoduladores Integrados para Integrados para

Comunicaciones Inalámbricas en la Comunicaciones Inalámbricas en la Tecnología Tecnología SiGeSiGe 0.350.35µµm de AMSm de AMS

Titulación: Sistemas de TelecomunicaciónTitulación: Sistemas de TelecomunicaciónTutores: Francisco Javier del Pino SuárezTutores: Francisco Javier del Pino Suárez

Amaya Goñi Amaya Goñi IturriIturri

Autor: Cristóbal Guedes SuárezFecha: Diciembre 2004

IntroducciónIntroducción

Revolución InalámbricaRevolución Inalámbrica

TecnologíaTecnología

ÍndiceÍndice

Introducción

ObjetivosObjetivos

Modulaciones DigitalesModulaciones Digitales

Manejo de ADSManejo de ADS

Estudio del Sistema QPSKEstudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuenciasMezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladoresDiseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñadoSimulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE IBLOQUE I

BLOQUE IIBLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

ObjetivosObjetivos

Estudiar las modulaciones digitales con sus respectivos Estudiar las modulaciones digitales con sus respectivos moduladores y moduladores y demoduladoresdemoduladores

Diseñar un modulador y demodulador teniendo en cuenta Diseñar un modulador y demodulador teniendo en cuenta un modelo de referencia del un modelo de referencia del software software ADSADS

Verificar el funcionamiento conjunto de ambos dispositivos Verificar el funcionamiento conjunto de ambos dispositivos en el sistema de comunicaciones QPSKen el sistema de comunicaciones QPSK

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones DigitalesModulaciones Digitales

Manejo de ADSManejo de ADS

Estudio del Sistema QPSKEstudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuenciasMezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladoresDiseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñadoSimulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE IBLOQUE I

BLOQUE IIBLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

Modulaciones DigitalesModulaciones Digitales

Modulación/Modulación/DemodulaciónDemodulación

Traslación espectral de una señal con una frecuencia Traslación espectral de una señal con una frecuencia determinada a otra distintadeterminada a otra distinta

Señal en Banda BaseSeñal en Banda Base

Señal Paso BandaSeñal Paso Banda

¿Por qué?¿Por qué? Dimensiones de la antenaDimensiones de la antena

Señal Señal ModuladoraModuladora

Señal Señal ModuladaModulada

PortadoraPortadora

Canalización de las señalesCanalización de las señales

Parámetros de la señal digital moduladaParámetros de la señal digital modulada

ProbailidadProbailidad de Error (Pe ó BER)de Error (Pe ó BER)

Modulaciones DigitalesModulaciones Digitales

emitidosbitsdenerróneosbitsdenBERPe º º

==

Modulaciones DigitalesModulaciones Digitales

Diagrama de ojoDiagrama de ojo

Umbral Interferencia

Umbral Sin Interferencia

Instante de decisiónInstante de decisión

Umbral de decisiónUmbral de decisión

Interferencia entre SímbolosInterferencia entre Símbolos

AmplitudAmplitudASKASK

FaseFaseBPSKBPSKDBPSK DBPSK QPSKQPSKOQPSKOQPSKPSKPSKMPSKMPSK

FrecuenciaFrecuenciaFSKFSKMSKMSKGMSKGMSK

ππ/4/4--DQPSKDQPSKFQPSKFQPSK

MixtasMixtasQAMQAMAPSKAPSK

Clasificación de las modulacionesClasificación de las modulaciones

Modulaciones DigitalesModulaciones Digitales

10 11 01 00 11

+

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −⋅=⋅

−

2jeeQtsenQ

tjtj

RF

RFRF ωω

ω

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +⋅=⋅

−

2cos

tjtj

RF

RFRF eeItIωω

ω

donde ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= −

IQtg 1ϕ

( ) ( ) ( )[ ]tjtj RFRF ejQIejQItS ωω −++−=21

ϕjeQI 22 +

ϕjeQI−

+ 22

Arreglando un poco

A

( ) ( )ϕω ++= tQItS RFcos22

Modulaciones DigitalesModulaciones Digitales

Modulación QPSKModulación QPSK

La señal queda descrita por:La señal queda descrita por:

ConstelaciónConstelación

( ) ( )124

+= itiπϕ

( ) ( )[ ]ttAtS iRF ϕω +⋅= cos

+45º

-45º

+135º

-135º

(I=1, Q=1)(I=-1, Q=1)

(I=1, Q=-1)(I=-1, Q=-1)

Q

I

i=0i=0,1,2,3.,1,2,3.dondedonde

ModuladorModuladorDemoduladorDemodulador

Espectro QPSKEspectro QPSKSeñal QPSKSeñal QPSK

Modulaciones DigitalesModulaciones DigitalesD

EE

(dB)

frecuencia (Hz.)

DE

E (d

B)

frecuencia (Hz.)

Crecimiento Crecimiento

EspectralEspectral

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones Digitales

Manejo de ADSManejo de ADS

Estudio del Sistema QPSKEstudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuenciasMezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladoresDiseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñadoSimulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE IBLOQUE I

BLOQUE IIBLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

Manejo de ADSManejo de ADS

SoftwareSoftware ADS (ADS (AdvancedAdvanced DesignDesign SystemSystem))

DescripciónDescripciónSimuladoresSimuladores

Calcula el rendimiento del circuito a partir de las tolerancias Calcula el rendimiento del circuito a partir de las tolerancias de los de los componentescomponentes

RendimientoRendimiento

Simulación de componentes analógicos y digitalesSimulación de componentes analógicos y digitalesAnálisis en modo mixtoAnálisis en modo mixto

Mide la respuesta de redes no lineales con entrada moduladasMide la respuesta de redes no lineales con entrada moduladasSimulación EnvolventeSimulación Envolvente

Estima la NF de redes lineales y no linealesEstima la NF de redes lineales y no linealesRuidoRuido

Manejo de ADSManejo de ADS

Balance ArmónicoBalance ArmónicoEstudios de estabilidad Estudios de estabilidad Análisis de circuitos no lineales (mezcladores)Análisis de circuitos no lineales (mezcladores)

Papel del diseñadorPapel del diseñador

Eficiencia

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones Digitales

Manejo de ADS

Estudio del Sistema QPSKEstudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuenciasMezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladoresDiseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñadoSimulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE I

BLOQUE IIBLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

Descripción del Sistema QPSKDescripción del Sistema QPSK

Fuente de DatosFuente de DatosSeñal filtrada y Señal filtrada y

amplificadaamplificadaSeñal RecuperadaSeñal RecuperadaSeñal ModuladaSeñal Modulada

I

Q

Datos

Datos

Transmisor

Receptor

CRC

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

P.A. CanalCanal

1.88G 1.92G 1.96G 2.00G 2.04G 2.08G 2.12G1.84G 2.16G

-100.

-90.0

-80.0

-70.0

-60.0

-50.0

-40.0

-110.

-30.0

freq, Hz

dBm

(Spe

c_M

od)

Sin Filtro

FiltrosFiltros

Q

Datos

Datos

CRC

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

I

Con Filtro

1.88G 1.92G 1.96G 2.00G 2.04G 2.08G 2.12G1.84G 2.16G

-140.

-120.

-100.

-80.0

-60.0

-40.0

-160.

-20.0

freq, Hz

dBm

(Spe

c_M

od)

Receptor

Transmisor

FiltrosFiltros

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

0.00.20.40.60.81.0

0.00.0

0.5

1.0

1.5

2.0α

0.2frecuencia 0.5 Hz/Div

Receptor0.00.20.40.60.81.0

0.00.0

0.5

1.0

1.5

2.0α

0.2frecuencia 0.5 Hz/Div

Transmisor

Q

Datos

Datos

CRC

Receptor

Transmisor

α=0.0 αα=0.5=0.5

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

FiltrosFiltros

αα=1.0=1.0αα=0.0=0.0αα=0.5=0.5αα=1.0=1.0

Imag.

Real

Imag.

Real

Imag.

RealReal

Imag.

Real

Imag.

Imag.

Real

AmplificadoresAmplificadores

Crecimiento Espectral

Q

Datos

Datos

CRC I

Receptor

Transmisor

LinealLinealNo LinealNo Lineal

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

P.A.

ModuladorModulador en Cuadraturaen Cuadratura

Q

Datos

Datos

CRCI

Receptor

Transmisor

1

2

V_DCSRC4Vdc=5.0 V

11

1

2

V_DCSRC3Vdc=5.0 V

2P2

3P3

4P4

1P1

Mixer_GilCelX6

RF_port IF_port

LO_p

ort

Bia

s_

po

rt2P2

3P3

4P4

1P1

Mixer_GilCelX9

RF_portIF_port

LO_p

ort

Bia

s_

po

rt

12

3

WilkinsonX3

1 2

3

phase_shiftX4

1

2

P_1TonePORT1

Freq=2 GHzP=dbmtow(8)Z=50 OhmNum=1

1

1

PortP3Num=3

1

PortP1Num=1

1

PortP2Num=2mezcladoresmezcladores

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

DesfasadorDesfasador

Acoplador Acoplador WilkinsonWilkinson

Demodulador en CuadraturaDemodulador en Cuadratura

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

Q

Datos

Datos

CRCI

Receptor

Transmisor

1

1

2

V_DCSRC3Vdc=5.0 V

1

1

2

V_DCSRC4Vdc=5.0 V

3FI

2OL

1RF

4Vcc

down_mixerdown_mixer2

Vcc

RF

OL

FI3FI

2OL

1RF

4Vcc

down_mixerdown_mixer1

Vcc

RF

OL

FI12

3

WilkinsonX3

1

PortP3Num=3

1 2

3

phase_shiftX4

1

PortP1Num=1

1

PortP4Num=4

1

PortP2Num=2

m2freq=2.000GHzphase(phase_shift_out..S(1,3))=-37.016

m1freq=2.000GHzphase(phase_shift_out..S(2,3))=52.984

m2freq=2.000GHzphase(phase_shift_out..S(1,3))=-37.016

m1freq=2.000GHzphase(phase_shift_out..S(2,3))=52.984

1.20G1.40G 1.60G 1.80G2.00G 2.20G2.40G 2.60G 2.80G1.00G 3.00G

-40.0

-20.0

0.000

20.0

40.0

60.0

-60.0

80.0

phas

e(ph

ase_

shift

_out

..S(1

,3))

m2pha

se(p

hase

_shi

ft_ou

t..S

(2,3

))

m1

FaseFase

1.20G

1.40G

1.60G

1.80G

2.00G

2.20G

2.40G

2.60G

2.80G

1.00G

3.00 G

-12.0

-11.0

-10.0

-9.00

-8.00

-7.00

-13.0

-6.00

freq, Hz

dB(p

hase

_shi

ft_o

ut..

S(2

,3))

dB(p

hase

_shi

ft_o

ut..

S(1

,3))

PérdidasPérdidasDesfasadorDesfasador

Red RCRed RC--CRCR

R

R

3

2

1

C

C

RCf 1 2 == πω

Ω=100 Rfijando

pFC 8.0=

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

Acoplador WilkinsonAcoplador Wilkinson

1

2

3

R1

R2

R3

2021 ⋅== ZRR Ω== 7.7021 RR

Ω=1003R

0.0940.094SS3333

0.1430.143SS2222

0.1430.143SS1111

0.4530.453SS23 23 y Sy S3232

0.4530.453SS13 13 y Sy S3131

ValorValorParParáámetrosmetros

ParParáámetros acoplador Wilkinsonmetros acoplador Wilkinson

Parámetros SParámetros S

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

Circuito simétrico y recíprocoCircuito simétrico y recíproco

03 2 ZR ⋅=

--5.955.95

Balance del Sistema QPSKBalance del Sistema QPSK

Estudio de potencias del sistema (Estudio de potencias del sistema (dBmdBm))

Q

Datos

Datos

CRCI--5252

--4747

1616 --3939

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

Balance de potencias del Balance de potencias del upup--converterconverter

90º

-8dB

8dBm

W

-6.87dB

I≅ -52dBm

Q≅ -52dBm

AP-47dBm

+30dBA

Gmezclador=¿?0dBm Canal

-30dB

Modulador

-47dBm

ICanalWilkinsonModuladorSalida PGP −−( )dB 87.6−−

Ganancia del MezcladorGanancia del Mezclador

dBm 47− ( )dBm 52−−dB 87.11=

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

Balance de potencias del Balance de potencias del downdown--converterconverter

-8dB

-47dBm

Gmezclador=¿?W

I≅ -39dBm

-6.87dB

Q≅ -39dBm

90º Rec.Portadora16 dBm

-53.87dBm

8 dBm

+30dB

CanalAP

-30dB

Demodulador

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

mezcladorEntradamezcladorSalida PP −dBm 87.53−

Ganancia del MezcladorGanancia del Mezclador

dBm 39−

dB 87.14=

Especificaciones de los mezcladoresEspecificaciones de los mezcladores

Estudio Sistema QPSKEstudio Sistema QPSK

MHzMHz32322.0322.032FIFI

GHzGHz2222OLOL

GHzGHz2.0322.0323232RFRF

FrecuenciasFrecuencias

VV5555TensiTensióón de alimentacin de alimentacióónn

mWmW32322121Potencia consumidaPotencia consumida

dBdB19191919Figura de ruido SSBFigura de ruido SSB

dBmdBm--1010--21.2621.26IP3 referido a la entrada de RFIP3 referido a la entrada de RF

dBdB14.8714.8711.8711.87GananciaGanancia de converside conversióónn

UnidadesUnidadesDownDown--converterconverterUpUp--converterconverterParParáámetrometro

Especificaciones de los MezcladoresEspecificaciones de los Mezcladores

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones Digitales

Manejo de ADS

Estudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuenciasMezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladoresDiseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñadoSimulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE I

BLOQUE IIBLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

La función del mezclador es trasladar espectralmente una La función del mezclador es trasladar espectralmente una señal en una banda a otra sin introducir cambios en la señalseñal en una banda a otra sin introducir cambios en la señal

Estudio del MezcladorEstudio del Mezclador

VOL

VRF VFI

OLDownDown--conversionconversion

ffRFIMFI

Parámetros del mezcladorParámetros del mezclador

Ganancia de conversiónGanancia de conversión

Figura de ruidoFigura de ruido

AislamientoAislamiento

Rango DinámicoRango Dinámico

Punto de intercepción de tercer ordenPunto de intercepción de tercer orden

VOL

VRF VFI

Estudio del MezcladorEstudio del Mezclador

Tipos de mezcladoresTipos de mezcladores

Pasivos (Pasivos (GcGc

Activos (Activos (GcGc>1)>1)

Introducen GananciaIntroducen Ganancia VccEtapa Salida

Etapa Entrada

V

Vp

Vm

Linealidad aceptableLinealidad aceptable

Estudio del MezcladorEstudio del Mezclador

Simplemente BalanceadoSimplemente BalanceadoDoblemente BalanceadoDoblemente Balanceado

Funcionamiento de la Célula de Funcionamiento de la Célula de GilbertGilbert

RFRF

OLOL

Vcc

Etapa Salida

Etapa Entrada

V

Vp

Vm

FIFI

( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++++×=× ...)5cos(

31)3cos(

31)cos(2

21 cos)()( tttttVtV OLOLOLRFOLRF ωωωπ

ω

( ) [ ]( ) [ ]( ){ }...coscos2cos21

+++−+= ttt RFOLRFOLRF ωωωωπω

DownDown--conversionconversion UpUp--conversionconversion

Estudio del MezcladorEstudio del Mezclador

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones Digitales

Manejo de ADS

Estudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladoresDiseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñadoSimulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE I

BLOQUE IIBLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

Esquema de diseñoEsquema de diseño

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

Cálculos TeóricosCálculos TeóricosCálculos Teóricos

Simulaciones a nivelesquemático ADS

Simulaciones a nivelSimulaciones a nivelesquemático ADSesquemático ADS

PolarizaciónPolarizaciónPolarización

Adaptación de Impedancias

Adaptación de Adaptación de ImpedanciasImpedancias

Ganancia de Conversión

Ganancia de Ganancia de ConversiónConversión

LinealidadLinealidadLinealidad

Figura de RuidoFigura de RuidoFigura de Ruido

Dimensionado de los transistores

Dimensionado de los Dimensionado de los transistorestransistores

PolarizaciónPolarización

Análisis de continua o DCAnálisis de continua o DC

Estudio del TransistorEstudio del Transistor

0.5 1.0 1.5 2.00.0 2.5

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.2

1.0

IBB=5.000E-7

IBB=1.000E-6

IBB=1.500E-6

IBB=2.000E-6IBB=2.500E-6IBB=3.000E-6

VCE

IC.i,

mA

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

Polarización de las entradasPolarización de las entradas

EE

CCCC I

VVR )41( −

−=

RC

Q1

RC

5 V

Q2 Q3 Q4

Q5 Q6

V01 V02

IEE

OL

RF

1.2V

2.2V

1V

0.6V

Ω=−

= kAVV 2

6008.35

µ

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

1.5V

2.5V

Espejo de corrienteEspejo de corriente

Formado por Formado por MOSFETsMOSFETs

Regulación de la corriente mediante las dimensionesRegulación de la corriente mediante las dimensiones

( )( ) NLW

LWII

D

D ==2

1

1

2

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

Mezclador Buffer

Iref

ID5 ID4 ID3 ID2

Q3Q4Q5 Q2

Rfuente

VDD

Q1

AkR

VVIfuente

GSDD µ12120

58.25Ref =Ω

−=

−=

0.40.4µµmm2.62.6µµmmQQ4 4 , Q, Q55

0.40.4µµmm33µµmmQQ22, Q, Q33

0.40.4µµmm0.40.4µµmmQQ11

LLWWTransistorTransistor

Espejo de corrienteEspejo de corriente

AdaptaciónAdaptaciónEl objetivo conseguir máxima transferencia de energíaEl objetivo conseguir máxima transferencia de energíaSe consigue insertando una red adaptadora a la ZSe consigue insertando una red adaptadora a la Z00 (50(50ΩΩ))Se mide mediante los parámetros SSe mide mediante los parámetros S

La entrada queda adaptada si La entrada queda adaptada si ZZinin=Z=Z00=50=50ΩΩ⇒⇒SS1111=0=0

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

0

011 ZZ

ZZSin

in

+−

=

X=1

0.5

-0.5

2

-2

0.51

2

( ) 1111 log20 SdBS ⋅=

Q1

RC

Q2 Q3 Q4

Q5 Q6

V01 V02

IEE

RC

OL

RF

5V

Adaptación de las entradasAdaptación de las entradas

R4 R5RF_REF

R2R3R1 OL_REF

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

freq (1.008GHz to 3.000GHz)freq (1.008GHz to 3.000GHz)

Adaptación de la salidaAdaptación de la salida

Buffer con configuración en seguidor de emisorBuffer con configuración en seguidor de emisor

Elección por sus características de impedanciaElección por sus características de impedancia

IEE3 IEE2

Q7 Q8

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

C2

C1

Coeficientes de onda estacionaria (VSWR)Coeficientes de onda estacionaria (VSWR)

EntradasEntradasSalidasSalidas

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

RC

Diseño del mezclador de Diseño del mezclador de upup--conversionconversion

Ganancia de conversiónGanancia de conversión

RC

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

LinealidadLinealidad

Aumento de la linealidadAumento de la linealidad

Disminución de la gananciaDisminución de la ganancia

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

Q1

RC

Q2 Q3 Q4

Q5 Q6

V01 V02

RC

OL

RF

5V

R4RF_REFR5

R2R3R1 OL_REF

REREIEE IEEIEE

RE

E

C

id

od

RR

VV

−=

Disminución de la ganancia con la RDisminución de la ganancia con la REE

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

RERE

Aumento de la linealidad con la RAumento de la linealidad con la REE

Figura de ruidoFigura de ruido

Dos tipos de ruidoDos tipos de ruido

Ruido Térmico o Ruido Térmico o JohnsonJohnson. . Agitación térmica de los Agitación térmica de los portadores de un conductor o semiconductor, está portadores de un conductor o semiconductor, está presente en todo componente que presente en todo componente que afrezcaafrezca una una resistencia a la corrienteresistencia a la corriente

Ruido Ruido ShotShot. . Asociado al mecanismo físico de salto de Asociado al mecanismo físico de salto de una barrera potencialuna barrera potencial

Ambos tienen dependencia con el BWAmbos tienen dependencia con el BW

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

Figura de ruido frente a IFigura de ruido frente a IEE EE y Ry REE

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

1.0E-9 2.0E-9 3.0E-9 4.0E-9 5.0E-9 6.0E-9 7.0E-9 8.0E-9 9.0E-90.0 1.0E-8

-15

-10

-5

0

5

10

-20

15

LE

Con

vGai

nIP

3inp

utIP

3out

put

1.0E-9 2.0E-9 3.0E-9 4.0E-9 5.0E-9 6.0E-9 7.0E-9 8.0E-9 9.0E-90.0 1.0E-8

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

12.0

16.0

LE

NF

dsb

NF

ssb

RERE

Reducción de la NF mediante degeneración inductivaReducción de la NF mediante degeneración inductiva

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

Comparación de especificacionesComparación de especificaciones

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

mW16.6516.652121Potencia consumidaPotencia consumida

dB15.215.21919Figura de ruido Figura de ruido

dBm--1515--21.2621.26IIP3 IIP3

dB12.512.511.8711.87GananciaGanancia de converside conversióónn

UnidadesUnidadesObtenidasObtenidasRequeridasRequeridasParParáámetrometro

Especificaciones upEspecificaciones up--converterconverter

2 3 4 5 6 7 8 91 10

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-17

-6

AreaDif=1.000

AreaDif=3.000

AreaDif=5.000

AreaDif=7.000

AreaDif=9.000AreaDif=11.000AreaDif=13.000

AreaVar

IP3

inp

ut

Optimización de las áreas de los transistoresOptimización de las áreas de los transistores

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

µµmm2288npn121npn121QQ55--66

µµmm2244npn121npn121QQ1,2,3,41,2,3,4

UnidadUnidadÁÁreareatipotipo

DimensiDimensióónnTransistores BipolaresTransistores Bipolares

ÁÁreas transistores Qreas transistores Q11--66 del updel up--converterconverter

2 3 4 5 6 7 8 91 10

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-17

-6

AreaDif=1.000

AreaDif=3.000

AreaDif=5.000

AreaDif=7.000AreaDif=9.000AreaDif=11.000AreaDif=13.000

AreaVar

IP3i

nput

Diseño del mezclador de Diseño del mezclador de DownDown--conversionconversion

La estructura es la mismaLa estructura es la misma

Diferencia en la distribución de frecuenciasDiferencia en la distribución de frecuencias

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

IEE

R2 OL_REFR3R1

R4R=25 Ω

R5R=25Ω

RF_REFQ6

RC=3kΩk

RC=3kΩ

IEE

Q5

R=50Ω R=50ΩR=25ΩQ1 Q2 Q3 Q4

RF

OL

LE=5nH

Comparación de especificacionesComparación de especificaciones

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

mWmW16.516.53232Potencia consumidaPotencia consumida

dBdB15.615.61919Figura de ruido Figura de ruido

dBmdBm--4.24.2--1010IIP3 IIP3

dBdB15.7115.7114.8714.87GananciaGanancia de converside conversióónn

UnidadesUnidadesObtenidasObtenidasRequeridasRequeridasParParáámetrometro

Especificaciones Especificaciones downdown--converterconverter

Simulación de esquinasSimulación de esquinas

16.114.115.116.213.915.2NF SSB (dB)

-13.8-18.4-16.5-12.3-17.5-15.3IIP3 (dBm)

11.516.214.29.514.912.5Ganancia(dB)

HbHbHsHsTmTmHbHbHsHsTmTmVBICVBICGummelGummel--PoonPoon

ParParáámetrosmetros

Diseño de los MezcladoresDiseño de los Mezcladores

16.514.515.516.614.515.55NF SSB (dB)

-3.2-5.1-4.4-4.1-5.2-4.2IIP3 (dBm)

11.813.561312.21415.71Ganancia(dB)

HbHbHsHsTmTmHbHbHsHsTmTmVBICVBICGummelGummel--PoonPoon

ParParáámetrosmetros

UpUp--converterconverter

DownDown--converterconverter

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones Digitales

Manejo de ADS

Estudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñadoSimulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE I

BLOQUE IIBLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

Introducimos el modulador y demodulador diseñados en el Introducimos el modulador y demodulador diseñados en el sistema de comunicación, para obtener la curva de la BER y sistema de comunicación, para obtener la curva de la BER y los diagramas de ojo los diagramas de ojo

1.1. Configuración del modelo de sistema de comunicacionesConfiguración del modelo de sistema de comunicaciones

2.2. Modelado del ruido del sistemaModelado del ruido del sistema

3.3. Configuración de las simulaciones de la BERConfiguración de las simulaciones de la BER

4.4. Evaluación de los resultadosEvaluación de los resultados

Simulaciones del Sistema DiseñadoSimulaciones del Sistema Diseñado

BB

Simulaciones del Sistema DiseñadoSimulaciones del Sistema Diseñado

QDatos

CRCI

AABB

CC

AACC

Configuración del sistema de Configuración del sistema de comuncicacióncomuncicación

Datos Multiplexor ModuladorCuadratura Canal ∑ BER

Ruido I

Ruido Q

ModuladorCuadratura

Eb/No

Test

Retardo

Referencia

t1

t2t3

t4

Contiene InformaciónI y Q

( ) tjetV of 2 π× portadoraulaciónmod

Simulaciones del Sistema DiseñadoSimulaciones del Sistema Diseñado

Modelado del ruido en el sistemaModelado del ruido en el sistema

Ruido Ruido GausianoGausiano

Señal más ruido Señal más ruido GausianoGausiano

Simulaciones del Sistema DiseñadoSimulaciones del Sistema Diseñado

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.500.00 1.60

-1

0

1

2

3

-2

4

time, usec

Se

nal

Rui

do,

V

Densidades espectrales de ruidoDensidades espectrales de ruido

Simulaciones del Sistema DiseñadoSimulaciones del Sistema Diseñado

( ) 30log10__29

35

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅= ∫ dxxSpecDensNoisePowerdBmPowerTotalNoise dBmdBmPowerTotalNoise 74.82__ −=

Evaluación de los resultadosEvaluación de los resultados

BERBER

Diagrama de ojoDiagrama de ojo

Simulaciones del Sistema DiseñadoSimulaciones del Sistema Diseñado

0 5 10 15 20 25 30-5 35

-0.5

0.0

0.5

-1.0

1.0

time, nsec

Dia

gra

ma_

de_

Ojo

0 5 10 15 20 25 30-5 35

-0.5

0.0

0.5

-1.0

1.0

time, nsec

Dia

gram

a_de

_O

jo1

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones Digitales

Manejo de ADS

Estudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñado

ConclusionesConclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE I

BLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

ConclusionesConclusiones

Comparación con otros mezcladoresComparación con otros mezcladores

VV5555TensiTensióón de alimentacin de alimentacióónn

mWmW212116.6516.65Potencia consumidaPotencia consumida

dBdB191915.0515.05Figura de ruido SSBFigura de ruido SSB

dBmdBm--21.2621.26--1515IIP3 IIP3

dBdB11.8711.8712.512.5GananciaGanancia de de conversiconversióónn

UnidadesUnidadesModelo ADSModelo ADSEste ProyectoEste ProyectoSiGeSiGe 0.350.35µµmmParParáámetrometro

UpUp--converterconverter

V3.03.03.33.355TensiTensióón de alimentacin de alimentacióónn

mW15.615.65.675.6716.6516.65Potencia consumidaPotencia consumida

dB----15.615.6Figura de ruido SSBFigura de ruido SSB

dBm--66--10.610.6--4.854.85IIP3 IIP3

dB10.410.4131315.7115.71GananciaGanancia de de conversiconversióónn

UnidadesUnidades[39][39]0.350.35µµm CMOSm CMOS[38][38]

0.350.35µµm CMOSm CMOSEste ProyectoEste ProyectoSiGeSiGe 0.350.35µµmmPar

Paráámetrometro

DownDown--converterconverter

ConclusionesConclusiones

Comparación de la BERComparación de la BER

5 6 7 8 9 10 114 12

1E-2

1E-1

1E-3

3E-1

Es/No

BE

R

Sistema DiseñadoSistema Diseñado

Sistema OriginalSistema Original

ConclusionesConclusiones

La tecnología La tecnología SiGeSiGe 0.35 0.35 µµm m es válida para el diseño de es válida para el diseño de moduladores y demoduladoresmoduladores y demoduladores

Los objetivos planteados inicialmente se han logrado de Los objetivos planteados inicialmente se han logrado de forma satisfactoriaforma satisfactoria

Este trabajo tiene continuidad en aspectos como:Este trabajo tiene continuidad en aspectos como:

La realización del LayoutLa realización del Layout

Integración de Integración de balunsbaluns (con elementos pasivos como activos)(con elementos pasivos como activos)

Estudio de otras alternativas de mezcladorEstudio de otras alternativas de mezclador

ÍndiceÍndice

Introducción

Objetivos

Modulaciones Digitales

Manejo de ADS

Estudio del Sistema QPSK

Mezclador de frecuencias

Diseño de los mezcladores

Simulaciones del sistema diseñado

Conclusiones

PresupuestoPresupuesto

BLOQUE I

BLOQUE II

BLOQUE IIIBLOQUE III

PresupuestoPresupuesto

51593.87 51593.87 €€PRESUPUESTO TOTALPRESUPUESTO TOTAL

2456.852456.85IGIC(5%)IGIC(5%)

49137.0249137.02SubtotalSubtotal

372.50372.50Otros costesOtros costes

48587.5048587.50Costes de recursos humanosCostes de recursos humanos

142.19142.19Costes de equipos informCostes de equipos informááticosticos

34.8334.83Costes de herramientas softwareCostes de herramientas software

TotalTotal(euros)(euros)CostesCostes

Estudio y Diseño de Moduladores y Estudio y Diseño de Moduladores y DemoduladoresDemoduladores Integrados para Integrados para

Comunicaciones Inalámbricas en la Comunicaciones Inalámbricas en la Tecnología Tecnología SiGeSiGe 0.350.35µµm de AMSm de AMS

Titulación: Sistemas de TelecomunicaciónTitulación: Sistemas de TelecomunicaciónTutores: Francisco Javier del Pino SuárezTutores: Francisco Javier del Pino Suárez

Amaya Goñi Amaya Goñi IturriIturri

Autor: Cristóbal Guedes SuárezFecha: Noviembre 2004