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Design of 2.4 GHZ CMOS Frontend for Bluetooth

Design of 2.4 GHZ CMOS Frontend for Bluetooth
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Florian Krug
  • Abgabedatum: März 2001
  • Umfang: 75 Seiten
  • Dateigröße: 767,9 KB
  • Note: 1,0
  • Institution / Hochschule: Technische Universität München Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-4194-4
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-4194-4 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-4194-4 CD
  • Sprache: Englisch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Krug, Florian März 2001: Design of 2.4 GHZ CMOS Frontend for Bluetooth, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Integrierte Schaltung, Hochfrequenztechnik, Schaltungstechnik, Bluetooth, CMOS

Diplomarbeit von Florian Krug

Abstract:

The Bluetooth wireless technology is the worlds new short-range RF transmission standard for small form factor, low-cost, short-range radio links between portable or desktop devices. The technology promises to eliminate the confusion of cables, connectors and protocols confounding communications between today high tech products.

In the first step a 2.45 GHz Low Noise Amplifier (LNA), intended for use in a Bluetooth receiver, has been designed in a standard 0.18 um CMOS process. The amplifier provides a simulated switchable forward voltage gain of +16 / -7.7 dB with a simulated noise Figure (NF) of only 3 dB while drawing 2.8 mA from a 1.8 V supply. The die area of the LNA (pads included) is 0.79 mm2.

In the second step a 2.45 GHz Power Amplifier (PA), also intended for the Bluetooth standard, has been designed in the same 0.18 um CMOS process as for the LNA. The class-A PA achieves a simulated forward gain (S21) of 23 dB and a simulated output 1 dB compression point (P1dB ) of 5.5 dBm, with a power-added efficiency (PAE) of 23 % while drawing 15.8 mA from a 1.8 V supply. The die area of the PA (pads included) is 2.1 mm2.

Table of Contents:

1. Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Organization 2
2. The Bluetooth standard 3
2.1 Bluetooth as branding-name 3
2.2 Bluetooth RF requirements 4
2.3 System design 4
2.3.1 Receiver architectures 4
2.3.2 Transmitter architectures 6
3. RF CMOS technology 9
3.1 The foundry 9
3.1.1 Technology overview 9
3.1.2 Process Characteristic 9
3.2 Design Flow 10
3.2.1 Cadence 10
3.2.2 SpectreRF 10
4. Integrated spiral inductors 11
4.1 View and physical dimension of spiral 11
4.2 Model for on-chip spiral inductors 12
5. Low Noise Amplifier 13
5.1 Architecture choices 13
5.1.1 Recent studies 13
5.1.2 LNA Architectures 13
5.1.3 Architecture properties 14
5.1.4 Architecture choice 14
5.2 A little piece of theory 15
5.2.1 Standard MOS noise model 15
5.2.2 Noise Figure 16
5.2.3 Input impedance 16
5.2.4 Voltage Gain 18
5.2.5 Stability 19
5.2.6 Noise Figure 20
5.3 Design approach for the LNA 21
5.3.1 Circuit topology 21
5.3.2 RF circuit design strategy 21
5.3.3 DC operating point design strategy 23
5.3.4 Input matching 24
5.3.5 Voltage gain 25
5.3.6 Noise Figure 26
5.3.7 Stability 27
5.3.8 LNA core schematics with component values 28
5.4 Design approach for the attenuation path of the LNA 29
5.4.1 Circuit Topology 29
5.4.2 Switching network 29
5.4.3 Input matching 31
5.4.4 Attenuation 32
5.4.5 Switchable LNA schematics with component values 33
5.5 Summary of simulation 33
5.6 Layout 34
5.7 Measurement approach 36
5.7.1 Simulation results 36
5.7.2 Summary of simulation 39
6. Power Amplifier 41
6.1 Architecture choices 41
6.1.1 Recent studies 41
6.1.2 PA classification 42
6.1.3 Architecture choice 42
6.2 A little piece of theory 44
6.2.1 Efficiency definitions 44
6.2.2 Class-A power amplifier 44
6.2.3 Loadline theory 46
6.3 Design approach for the PA 46
6.3.1 Design approach for the output stage 46
6.3.2 Design approach for the interstage matching 49
6.3.3 Design approach for the input 49
6.3.4 Stability 50
6.3.5 PA schematics with component values 50
6.4 Measurement approach 52
6.4.1 Simulation results 52
6.4.2 Summary of simulation results 55
6.5 Layout 55
Bibliography 57
Abbreviation and symbols 61
Conceptual formulation 63
Curriculum vitae 65

Arbeit zitieren:
Krug, Florian März 2001: Design of 2.4 GHZ CMOS Frontend for Bluetooth, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Integrierte Schaltung, Hochfrequenztechnik, Schaltungstechnik, Bluetooth, CMOS

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