B GIÁO DO TI HC BÁCH KHOA HÀ NI ------------------------------------------------------- NGUY NGHIÊN CU THIT K KHI TÁCH SÓNG BIÊN AM (ED) S DNG CÔNG NGH CMOS LUC S KHOA HC K THUT TRUYN THÔNG i 17061131964301000000 B GIÁO DO Hà Ni - N2014 TI HC BÁCH KHOA HÀ NI ---------------------------------- NGUY NGHIÊN CU THIT K KHI TÁCH SÓNG BIÊN AM (ED) S DNG CÔNG NGH CMOS Chuyên Nghành : K thut truyn thông NG DN KHOA HC TS. PHMTHANH LOAN Hà Ni - ii tài nghiên cu ca riêng tôi. Các s liu, kt qu trong luc. Tôi xin chu trách nhim v ni dung ca lu c vio i hc - i hc bách khoa Hà Ni.
Nguy iii Lu Hin nay, vi m n t trên th gii và ngày càng chi nhiên, vi các thit b n t thu phát hay các thit b truy ng không dây thì vi m là mt phn không th thic. Do vy, có th khnh rng, các vi mch s và vi m luôn tn ti m mt cân bng v th phn. Hu ht trong các thit b n t, các vi mch gi vai trò chính là thu tín hiu, lc nhiu và khui tín hiu. Tôi tp trung nghiên cu kh ED.
Quá trình thit k và xây dng kin trúc cho IC t ra mt s v yêu cu v u ra ca IC. Hin nay, các thit b cm tay phát trin mn thong, laptop s dng ngun ng ch yu là pin, do vy hi bng tiêu th ca thit b. Vì vy, trong các nghiên cu và thit k vi mch gc tc chú trt trong nhng mc tiêu chính trong thit k khi IC ca tôi. Trong báo cáo lu này, tôi báo cáo v quá trình thit k mt IC tách sóng s dng transistor hong ch bão hòa và ch c yu.
Lun a tôi bao g t chung. u tiên này s trình bày tng quan v tách sóng . Nhng lý thuyt chung nht v các linh kin t n tr, cun cm, transistor, lý thuyt v công ngh c bit là ng ca tín hiu tn s cao tc tính ca các linh ki n cui cùng s c v phn m dng trong quá trình phân tích thit k. iv trình bày nhng phân tích các yu t k thut bên trong IC tách sóng n, phân tích mn c, tính toán các tham s bn ca mch tách sóng.
t k khi tách biên. ng này s trình bày chi tic thit k khi tách sóng, s dng phn mm mô ph thit k khi tách biên và kt qu c sau khi thit k. Trong quá trình thc hi c rt nhiu s t các thy cô trong vin t - Vin trong vic bit phi k n s tn tâm, nhit tình ca TS. Phm Nguyn Thanh Loan giáo viên trc tip chu trách nhing dn tôi nghiên c hoàn thành lu tt nghip này.
Phm Nguyn Thanh Loan, các thy cô trong vin t - Vin thông cùng toàn th các cá nhân, tp th nh kp thng ý kin hoàn thành nhim v nghiên cu mà lut ra.2 ng dng công ngh CMOS trong thit k cao tn .3 Phn mm mô phng .1Mt s khái nin trên Cadence IC .2 Thit k mch nguyên lý .3 Biu din Cell vi Virtuaso Symbol Editing .4 Mô phng hong ca mch nguyên lý .5 Thit k b trí các lp ca IC .6 Ki layout theo quy tc ca nhà sn xut .7 So sánh mch nguyên lý v layout .1 Phân tích b tách biên .2 Nguyên lý giu ch sóng AM trc tip. 34 , nguyên lý hong ca mch. 36 nh ch mt chiu. 37 nh s finger ca hai transistor .6 Phi hp tr kháng.
52 vii Danh sách hình v m n bng ch .3: Mô hình tn tr tn s cao [1] .4: S ph thuc cn tr vào tn s [1]. 10 c tính dung kháng theo tn s [1] .7: Mô hình ta cun cm [1].8: S ph thuc c cm kh vào tn s [1]. 12 th c tuyn hong ca transistor NMOS [2] .11: Mô hình NMOS khi VGS >0 .12: Mô hình tín hiu nh ca transistor m S chung [2].13: Quy trình thit k IC .1: Kin thc b thu trc tip [6].2: B tách biên-giu ch sn.3c tuyn ca diode làm bng Silic và Germanium .4: Tín hiu giu ch OOK .5 mch thay th diode. 26 6 Mô hình tín hiu nh ca M1, M2.8 mch tách biên [5].9: Mô hình mng hai ca ca mch tách biên.10: Mô tình tín hiu xoay chiu mch ED.1: S mch tách biên [5] .2 th kho sát Gmax theo Vbias và Vdc .3 th nhiu theo Vbias và Vdc .4 minh ha transistor có cùng W/L finger .5 th kho quan h gia G max vi n1 và n2 .6 th kho sát quan h gia NFmin vi n 1 và n2 .7 th smith kho sát Z in theo n1 .8 th smith kho sát Zin theo n11.9 th kho sát S11 theo C1.10 th smith kho sát Z out theo n 2 .11 th Smith kho sát S22 theo C2 .12 mch khi mc thêm cun cm L22 .13 th kho sát S11 theo L22 .15 th biu din s chn lc tn s .16 th dng tín hiu ra.
51 ix Danh sách bng biu Bng 3.1: Bng các yêu cu thit k .4: Các tham s sau vào sau khi t .6: Bng so sánh các tham s.52 x Danh sách các t vit tt OOK On Off Keying Complementary Metal-Oxide- CMOS Semiconductor IC ED Envelope Detector HF High Frequency IC Integrated Circuit LF Low Frequency Metal oxide semiconductor field- MOSFET effect Transistor MWF Microwave Frequency ba) Negative Metal Oxide NMOS Semiconductor Posistive Metal Oxide PMOS i P Semiconductor RF Radio Frequency UHF Ultra High Frequency xi 1.cost t VZt cost t (1.1) vTS i VrTS KTS VvTS (1.2) VrTS t KTS VvTS t . VvTS(t), VrTS n: VrTS t V 'o v 's (1.5) I vTS tr kháng vào ca b tách sóng Z vTS .6) IZS IZS I 2ZS I 3ZS 1.VD S Vdb VC (1.8) Vdb VT 1 m cos s t cost t Vdb cost t (1.9) iD S Vdb cost t Vc Khi costt D 0 S Vdb .11) Vdb 3 n iD iD I o I1costt I 2costt .12) 1 o Io iD dt t 2 o I1 iD cost td t t 2 o In iD nttd t t S .U db I1 sin cos (1.U db Io sin cos (1.I o Vdb sin cos (1.S cos sin cos (1. CMOS, vit tt ca cm t Complemantary metal oxide semiconductor, là mt công ngh thit k vi mc phát minh bi Frank Wanlass 1963 ti hãng Fairchild Semiconductor. Công ngh này s dng các transistor hiu ng (MOSFET) bao gm c NMOS và PMOS.
Thu a công ngh CMOS là transistor MOSFET ch ng trong quá trình ho ng tiu th ca mch CMOS rt th ng thi công ngh CMOS có kích c rt nh nên cho phép tích hp m m này mà CMOS dn thay th công ngh ng cc (s dng transistor BJT). Công ngh CMOS ch to vi x u khi ch lôgíc s khác. Công ngh c dùng rt nhiu trong các m m bin hình nh, chuy i kiu d liu, và các vi mch thu phát có m tích hp cao c thông tin. Trong tên gi ca vi mch này, thut ng ting Anh "complementary" ("bù"), ám ch vic thit k các hàm lôgíc trong các vi mch CMOS s dng c hai loi transistor PMOS và NMOS và ti mi thm ch có mt loi transistor nm trng n ca các linh kic ch to bng công ngh CMOS là có min nhiu cao và tiêu th ng tr t thp.
Các vi mch CMOS ch tiêu th ng m k khi các transistor bên trong nó chuyi gia các tr (OFF). Kt qu là các thit b CMOS ít tiêu th ng và to ra ít nhii các loi mch transistor-transistor logic (TTL) hay mch logic NMOS (khác vi CMOS, NMOS ch dùng toàn b transistor hiu ng kiu n và không dùng transistor hiu ng ng kip các hàm lôgíc vi m cao trên chip. 5 Cm t "metal-oxide-semiconductor" bt ngun t mt qui trình ch to các vi mch tích ho ra các transistor hiu ng mà mi transistor có mn cc cng bng kim lot lên trên mt ln bng oxide ph trên vt liu bán dn. Ngày nay, thay vì dùng kim loi ta to ra n cc cng bng mt vt li công b s s dng tr li cng kim loi trong công ngh CMOS nhm tn dng tính cht tiên tin ca vt liu có hng s n môi cao trong vic ch to các vi mch có c 45 nanomet hay nh i, tên gi CMOS vn tip tc c s dng trong các qui trình ch to hii[2].
Mt vi mch tích hp nh cha mng lc gi là vi mch tích hp CHMOS. Thut ng CHMOS vit tt ca "Complementary High-density metal-oxide-semiconductor" trong ting Anh. ch kt hp gia các cm bin MEMS vi b x lý tín hiu s c sn xut trên mt vi mch tích hp c gi là CMOSens. Mch logic CMOS dùng mt t hp hai loi transistor hiu ng kim loi- oxide-bán dn (MOSFET) kiu p và ki thc hin các cng logic và các mch s khác mà chúng ta thy trong máy vi tính, thit b vin thông và x lý tín hiu.
Mc du m có th c thc hin bng linh kin ri (chng hn, nhng mch ri mà bn hc trong môn mn t ng sn phm CMOS n hình là vi mch tích hp bao gm hàng tri u) transistor ca c hai kic ch to trên mt ming silicon hình ch nht có din tích trong khon 4 cm vuông. Nhng mic gi là chip, mc du trong công nghii nó là die, có l bc to ra t vic ct nh (dicing) min n ca s sn xut dng c bán dn Trong cng logic CMOS, mt s MOSFET kic sp thành dng mch kéo xung nm giu ra ca cng vng cung cp ngun áp thng 6 c ký hiu là Vss). Thay vì dùng t n tr ng logic NMOS, cng logic CMOS li dùng ti là mt s MOSFET kiu p sp thành dng mch kéo lên nm giu ra ca cng vng cung cp nguc ký hiu là Vdd).