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Tesi etd-09032013-221750


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
BERNARDINI, MATTIA
URN
etd-09032013-221750
Title
Progetto di LNA a 60 GHz con antenna integrata per applicazioni wireless short range
Struttura
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
INGEGNERIA ELETTRONICA
Commissione
relatore Prof. Neri, Bruno
relatore Prof. Saponara, Sergio
Parole chiave
  • antenna
  • LNA
  • mmWave
  • short-range
  • wireless
Data inizio appello
27/09/2013;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo lo studio di fattibilità di un front-end di ricezione operante nel campo delle onde millimetriche, alla frequenza di 60 GHz. Oggetto di studio sono l'antenna e LNA, entrambi integrati in silicio con la tecnologia UMC CMOS 65nm. Il progetto dell'antenna è stato effettuato basandosi sul simulatore elettromagnetico HFSS. Sono state studiate due tipologie di strutture radianti, l'antenna a dipolo e la Planar inverted F antenna (PIFA). L'antenna a dipolo presenta un guadagno massimo di circa - 2 dBi, un'efficienza di radiazione del 34 % e un angolo di apertura di 96° nel piano contenente la direzione di massima propagazione. Lo studio del LNA è stato effettuato tramite CADENCE, evidenziando due possibili soluzioni topologiche. La prima soluzione è ad un solo stadio single-ended, presenta una cifra di rumore di 4.8 dB ed un guadagno di trasduttore di 10 dB. Il secondo LNA presenta due stadi, il primo dei quali single-ended ottimizzato per il rumore, il secondo differenziale ed dimensionato per massimizzare il guadagno. La cifra di rumore complessiva è di 5.2 dB, il guadagno di 21 dB. Il consumo di potenza del LNA a due stadi è inferiore ai 10 mW. Nel complesso i risultati ottenuti sono molto incoraggianti in quanto del tutto comparabili a quanto riscontrabile in letteratura, nonostante sia stata utilizzata una tecnologia CMOS bulk tradizionale anziché una CMOS SOI, più indicata per la progettazione a radio frequenza. Lo studio effettuato ha dimostrato come gli svantaggi derivanti dall'uso di un substrato non ad alta resistività possono essere ridotti con opportuni accorgimenti in fase di progettazione. Inoltre è stato dimostrato come una tecnologia di tipo CMOS bulk possa essere utilizzata per sistemi a radio frequenza nel campo delle onde millimetriche nei casi in cui l'applicazione non richieda prestazioni eccelse in termini di distanza di copertura ed efficienza di radiazione, ma piuttosto il cui target sia un basso consumo di potenza e la ridotta occupazione di area.
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