I. Nghiên cứu máy phát Zigbee
Luận văn tập trung vào nghiên cứu máy phát Zigbee, một công nghệ không dây phổ biến trong các ứng dụng IoT và mạng cảm biến. Zigbee hoạt động ở các băng tần 868 MHz, 915 MHz và 2.4 GHz, với tốc độ truyền dữ liệu 250 Kbps ở băng tần 2.4 GHz. Công nghệ này được ưa chuộng nhờ khả năng tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp cho các hệ thống yêu cầu tuổi thọ pin dài. Luận văn đề cập đến cấu trúc máy phát không dây theo chuẩn IEEE 802.15.4, tập trung vào thiết kế phần cao tần để tối ưu hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng.
1.1. Ứng dụng Zigbee trong điện tử
Ứng dụng Zigbee trong điện tử được nhấn mạnh qua các hệ thống chăm sóc sức khỏe và nhà thông minh. Công nghệ này cho phép kết nối các thiết bị với độ tin cậy cao và chi phí thấp. Luận văn cũng phân tích sự phát triển của Zigbee tại Việt Nam, nơi các thiết bị Zigbee chủ yếu được nhập khẩu, dẫn đến chi phí cao. Việc nghiên cứu và thiết kế phần cứng máy phát Zigbee trong nước có thể giảm chi phí và thúc đẩy ngành công nghiệp vi mạch.
II. Thiết kế phần cao tần
Phần thiết kế phần cao tần của máy phát Zigbee bao gồm các khối chính như mạch khuếch đại công suất, mạch driver, bộ trộn chuyển đổi tần lên và mạch bandgap reference. Các khối này được thiết kế để hoạt động ở băng tần ISM 2.4 GHz, sử dụng công nghệ CMOS 180nm. Luận văn tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng, đặc biệt là trong mạch khuếch đại công suất lớp AB, đạt hiệu suất trên 30%.
2.1. Mạch cao tần
Mạch cao tần được thiết kế với mục tiêu đạt công suất đầu ra 10dBm và hiệu suất cao. Mạch khuếch đại công suất được thiết kế theo lớp AB, mang lại độ tuyến tính và hiệu suất cao. Bộ trộn chuyển đổi tần lên được thiết kế thụ động để tăng độ tuyến tính và giảm tiêu thụ năng lượng. Mạch bandgap reference cung cấp điện áp chuẩn 1.2V để đảm bảo hoạt động ổn định của các khối.
III. Kỹ thuật thiết kế mạch
Luận văn sử dụng các kỹ thuật thiết kế mạch tiên tiến để tối ưu hóa hiệu suất và giảm kích thước mạch. Các phần mềm như Cadence, ADS và IE3D được sử dụng để mô phỏng và thiết kế mạch. Phương pháp Load-pull được áp dụng để phối hợp trở kháng đầu ra của mạch khuếch đại công suất, đảm bảo hiệu suất tối ưu. Luận văn cũng đề cập đến việc thiết kế mạch driver có thể thay đổi độ lợi, giúp linh hoạt trong điều khiển công suất đầu ra.
3.1. Phần cứng máy phát
Phần cứng máy phát được thiết kế với mục tiêu tích hợp các khối chức năng thành một IP duy nhất. Các khối như mạch khuếch đại công suất, mạch driver và bộ trộn chuyển đổi tần lên được tối ưu hóa để giảm kích thước và tiêu thụ năng lượng. Luận văn cũng trình bày kết quả mô phỏng và layout, chứng minh tính khả thi của thiết kế.
IV. Tín hiệu không dây
Luận văn phân tích các đặc điểm của tín hiệu không dây trong hệ thống Zigbee, bao gồm độ lợi chuyển đổi, hệ số cách ly và điểm nén 1dB. Các thông số này được đo lường và tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng tín hiệu đầu ra. Bộ trộn chuyển đổi tần lên được thiết kế để giảm thiểu tín hiệu rò rỉ giữa các ngõ vào và ngõ ra, đảm bảo độ chính xác của tín hiệu truyền.
4.1. Ứng dụng thực tế
Ứng dụng thực tế của thiết kế được thể hiện qua các hệ thống nhà thông minh và mạng cảm biến. Luận văn cũng đề xuất hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc tích hợp thêm các chức năng và tối ưu hóa hiệu suất để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.
