DISEDISEÑÑO DE UN OSCILADOR O DE UN OSCILADOR CONTROLADO POR TENSICONTROLADO POR TENSIÓÓN (VCO)N (VCO)EN TECNOLOGEN TECNOLOGÍÍA A SiGeSiGe 0.35 0.35 µµmm PARA PARA
EL ESTEL ESTÁÁNDAR DVBNDAR DVB--HH
Titulación: Ingeniería ElectrónicaTitulación: Ingeniería Electrónica
Tutores: Francisco Javier del Pino SuárezTutores: Francisco Javier del Pino Suárez
SunilSunil LalchandLalchand KhemchandaniKhemchandani
Autor: Gerardo Betancort González
Fecha: Septiembre 2006
EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
IntroducciónIntroducciónDiseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
DVBDVB--H es una adaptación de DVBH es una adaptación de DVB--TT–– Con requisitos de dispositivos móviles (muy bajo consumo)Con requisitos de dispositivos móviles (muy bajo consumo)
–– Con posibilidades TCP/IPCon posibilidades TCP/IP
Gestión del consumo de bateríaGestión del consumo de batería
HandoverHandover eficazeficaz
Escalabilidad y flexibilidadEscalabilidad y flexibilidad
Cobertura mundialCobertura mundial
El estándar se recoge en ETSI EN 302 304 V1.1.1El estándar se recoge en ETSI EN 302 304 V1.1.1
IntroducciónIntroducción
¿Qué es la DVB-H?
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
3G es una tecnología costosa3G es una tecnología costosa
El El broadcastingbroadcasting es una técnica más barataes una técnica más barata
Los dispositivos Los dispositivos handheldhandheld tienen particulares tienen particulares requerimientos en términos de consumo de requerimientos en términos de consumo de potencia, tamaño de pantalla y movilidadpotencia, tamaño de pantalla y movilidad
IntroducciónIntroducción
¿Por qué la DVB-H?
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Rx RF
Tx RF
IntroducciónIntroducción
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
El receptor DVBEl receptor DVB--HH
CABEZAL RF ADC DEMODULADORDIGITAL
IntroducciónIntroducción
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Etapa RFMezclador
Sintetizador
Etapa IF
El cabezal DVBEl cabezal DVB--HH
IntroducciónIntroducción
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
El PPL idealEl PPL ideal
Detectorde fase
Kd F(s) Kv
Filtro pasobajo
VCO
Vd VcΦr
Φo
Φo
IntroducciónIntroducción
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
El SintetizadorEl Sintetizador
Detectorde fase
Kd F(s) Kv
Filtro pasobajo
VCO
Vd VcΦ r,fr fo=N·fr
Φo/N,fo/N
÷N
Φo=N·Φ r
IntroducciónIntroducción
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
470 4 ( 21) 8 , 21,...,69fc MHz MHz N MHz N= + + − ⋅ =
IntroducciónIntroducciónBanda de frecuencias DVBBanda de frecuencias DVB--HH
862470UHF
Frecuencia superior(MHz)
Frecuencia inferior(MHz)Banda
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
El VCOEl VCO
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladores
f
f
f ω1
ω2
ω3
ω
ω
ω
Vtune 1
Vtune 3
Vtune 2
0
cos 2· ·t
VCO tune oo c V dt f tKV V π⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟+⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
⋅= ∫
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresEl VCOEl VCO
( )( ) ( )( )cos oo c t t tV V ε ω θ+ +⋅=
IDEAL
ωO
REAL
ωO 5ωO3ωO
∆t (jitter)
ruido de fasearmónicos de orden impar
noise floor
ω
ω
t
t
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
A
B
+
-
f
⏐AB⏐ (dB)
f
α[AB]
180º
0 dB
⏐AB⏐ > 0 dB
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTeoría básicaTeoría básica
·
· 180º1 0
condición de Barkhausen
A BA B
dB⎧ ⎫⎪ ⎪⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭∠ =
==
· 1
condición de arranqueA B >
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
–– RCRCPresentan un área pequeña, pero consumen más potencia y producen mucho más ruido. Topologías típicas son: osciladores en anillo, osciladores basados en integradores y los osciladores de relajación.
–– LCLCSuelen presentar una área mucho más grande (debido a los elementos resonantes), pero el consumo y ruido asociado es bastante menor.Topologías típicas: los osciladores basados en tanques LC, los basados en micro-strips, los basados en resonadores dieléctricos, los osciladores a cristal y los osciladores SAW.
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresClasificaciónClasificación
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
L C
ωO
L CR
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresOscilador LCOscilador LC
1o LC
ω =
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
L CR
gm voio
L CR Rn= -1/gm
L CR
VDD
VDD
Rn
L CR Rn= -2/gm
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresOscilador LCOscilador LC
L CR
VDD
L CR
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
gm-max
vi
gm
L CR
VDD
L CR
CAG
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresOscilador LCOscilador LC–– Estabilización de amplitudEstabilización de amplitud
AutolimitaciónAutolimitación
CAGCAG
( )
( )
tanh
sech
o i
oi
i
i vigm vv
=⎧⎪
∂⎨ = =⎪ ∂⎩
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresParámetros característicosParámetros característicos
–– FrecuenciaFrecuencia
–– Margen de sintoníaMargen de sintonía
–– Constante de sintoníaConstante de sintonía
–– Nivel de armónicosNivel de armónicos
–– RendimientoRendimiento
–– PullingPulling
–– PushingPushing
2·1
o LCf
π=
1
ipotencia del armónico inivel de armónicopotencia del fundamental
PP
= =
L
DC
potencia en la cargarendimientopotencia DC
PP
= =0L
pullingfZ=∆∆
0
CCpushing
fV=∆∆
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
0
ffTR∆=
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
IDEAL
ωO
REAL
ωO
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresParámetros característicosParámetros característicos
–– Ruido de faseRuido de fase
( )·cos ooutV A tω= +Φ ( )·cos ooutV A t tω⎡ ⎤⎣ ⎦= +Φ
ωω
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Pportadora
L(∆ω)=Pc-PN(∆ω)
ωo ωωo+∆ω
∆ω
PN(∆ω)
1Hz
dB
L(∆f)
fcfo/2Q∆f
1/∆f
1/∆f3
L(∆f)
fc fo/2Q ∆f
1/∆f3
1/∆f2
(a)
(b)
Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresParámetros característicosParámetros característicos
–– Medida del ruido de faseMedida del ruido de fase
–– Modelo de Modelo de LeesonLeeson
( ) ( ) ( )2
177( ) 10 log 1 12· ·
c oout
f fL f dBm P dB F dB
f Q f∆ = − − + + + +
∆ ∆
⎧ ⎫⎛ ⎞⎛ ⎞⎨ ⎬⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠⎩ ⎭
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Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresParámetros característicosParámetros característicos
–– Problemas del ruido de faseProblemas del ruido de fase
ω1 ω2
ω1 ω2
SNR↓
señaldeseada
canaladyacente
Receptor
ω1 ω2
ω1 ω2
SNR↓↓↓
señaldeseada
canalPAL-G
Receptor
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EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Tecnología S35D4Tecnología S35D4
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Tecnología S35D4Tecnología S35D4ComponentesComponentes
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Tecnología S35D4Tecnología S35D4ComponentesComponentes–– El varactorEl varactor
Varactor de unión Varactor de unión pnpn: : jvarjvarVaractor MOS: Varactor MOS: cvarcvar
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
PortP1Num=1
CC1C=Cox
RR2R=Rs
LL1L=Ls
CC3C=Cp
CC2C=Csub
RR1R=Rsub
PortP2Num=2
Tecnología S35D4Tecnología S35D4ComponentesComponentes–– La bobinaLa bobina
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
-107 dBc/Hz para un offset de 100 KHzRuido de fase
De 470 MHz a 862 MHzRango de frecuencias a generar
Diseñar un VCO completamente integrado con la Diseñar un VCO completamente integrado con la tecnología S35D4 para el sintetizador del receptor tecnología S35D4 para el sintetizador del receptor DVBDVB--H con las características proporcionadas por el H con las características proporcionadas por el estándar.estándar.
ObjetivosObjetivos
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EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Estado del arteEstado del arteVCO de VCO de PatrickPatrick AntoineAntoine
–– Batería de varactores MOS.Batería de varactores MOS.
–– Control analógico y digital.Control analógico y digital.
–– Impedancia negativa con Impedancia negativa con MOSFET p y n.MOSFET p y n.
–– Poco sensible a Poco sensible a perturbaciones externas perturbaciones externas debido al regulador propio.debido al regulador propio.
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Estado del arteEstado del arteVCO de VCO de AndreasAndreas KämpeKämpe y y HåkanHåkan OlssonOlsson
–– Rango de sintonización de Rango de sintonización de
una octava.una octava.
–– Regulación digital de la Regulación digital de la
tensión de alimentación.tensión de alimentación.
–– Configuración Configuración antiparaleloantiparalelode los varactores.de los varactores.
Vtune+
Vtune-
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Estado del arteEstado del arteVCO de VCO de JingJing--HongHong ConanConan ZhanZhan
–– Condensador de degeneración de emisor.Condensador de degeneración de emisor.
–– Mejora el ruido de fase. Mejora el ruido de fase.
–– Resistencia negativa más eficiente.Resistencia negativa más eficiente.
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Estado del arteEstado del arteVCO de Dawn Wang y Xudong WangVCO de Dawn Wang y Xudong Wang
–– La configuración CMOS La configuración CMOS presenta mejor ruido de presenta mejor ruido de fase para fase para offsetoffset altos, y altos, y en general es más en general es más eficiente que la bipolar.eficiente que la bipolar.
–– Utiliza varactores MOS Utiliza varactores MOS y y pnpn..
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Estado del arteEstado del arteVCO de VCO de JenJen--LungLung LiuLiu
–– Inductancias externas, Inductancias externas,
gran factor de calidad.gran factor de calidad.
–– Configuración emisor Configuración emisor
común de los común de los buffersbuffers de de
salida.salida.
–– Configuración del divisor Configuración del divisor capacitivo.capacitivo.
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EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
1ª) Determinación de las especificaciones
2ª) Elección de la arquitectura
3ª) Diseño a nivel esquemático y simulaciones
4ª) Diseño a nivel layout y simulaciones post-layout
5ª) Fabricación
6ª) Medida del diseño
¿Cumplen las especificaciones?
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorFlujo de diseñoFlujo de diseño
¿Cumplen las especificaciones
generales?
No
No
Sí
Sí
ADS
CADENCE
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorElección de la arquitecturaElección de la arquitectura
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorCálculo de la densidad de corriente para mínimo ruidoCálculo de la densidad de corriente para mínimo ruido
VmasVmenos
Vmas
Vmenos
RR2R=Rload
RR1R=Rload
I_DCSRC2
TermTerm1
TF3TF2
1
2
3
3
1-
T1
1-
T2
1
TF3TF1
1
2 3
3
1 - T1 1 - T2
1
CC2
CC1
npn121Q2
V_DCSRC4
LL2
V_DCSRC1
V_DCSRC3
npn121Q3
LL1
TermTerm2
·Iref dl Area=
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorCálculo de la densidad de corriente para mínimo ruidoCálculo de la densidad de corriente para mínimo ruido
0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.0450.000 0.050
15
20
25
30
10
35
Iref
NF
min
m1
m1indep(m1)=plot_vs(NFmin, Iref)=22.884freq=3.500000GHz
0.025
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
VmasVmenos
Zin
I_DC SRC1 Idc=Iref
npn121Q2
npn121 Q1
I_AC Vx
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200-250 250
freq (1.000GHz to 3.500GHz)
Zin
m1
m1freq=Zin=-143.675 - j125.124
2.200GHzfreq
1.000 GHz1.100 GHz1.200 GHz1.300 GHz1.400 GHz1.500 GHz1.600 GHz1.700 GHz1.800 GHz1.900 GHz2.000 GHz2.100 GHz2.200 GHz2.300 GHz2.400 GHz2.500 GHz2.600 GHz2.700 GHz2.800 GHz2.900 GHz3.000 GHz3.100 GHz3.200 GHz3.300 GHz3.400 GHz3.500 GHz
Zin
-159.576 - j58.096 -158.688 - j63.831 -157.718 - j69.544 -156.666 - j75.234 -155.534 - j80.900 -154.322 - j86.539 -153.031 - j92.149 -151.661 - j97.730
-150.215 - j103.279 -148.692 - j108.794 -147.093 - j114.274 -145.421 - j119.718 -143.675 - j125.124 -141.857 - j130.490 -139.969 - j135.816 -138.010 - j141.099 -135.984 - j146.338 -133.890 - j151.532 -131.730 - j156.679 -129.506 - j161.779 -127.219 - j166.831 -124.870 - j171.832 -122.460 - j176.783 -119.992 - j181.681 -117.466 - j186.527 -114.885 - j191.319
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorAmplificador de resistencia negativaAmplificador de resistencia negativa
( )2 2
1x
inx
V rZi gm
π
β= = ≈ −
−C
T
IgmV
=
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.40.4 3.6
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0
240
freq, GHz
QJV
AR
QC
VA
R
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorElección del varactorElección del varactor
Vtune
f0varactor MOS
varactor PN
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jvar
cvar
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
VmenosVmas
LL2
CC1
I_DCSRC1Idc=Iref
npn121Q1
npn121Q2
InitCondInitCond1
InitCond C
C2
LL1
V_DCSRC4
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño del tanqueDiseño del tanque
22.93 – 6.8
Varactor (pF)
5470 – 862 MHz
Bobina (nH)Banda
12·o
fLCπ
=
66.4 66.6 66.8 67.0 67.2 67.4 67.6 67.8 68.0 68.2 68.4 68.6 68.866.2 69.0
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
-0.8
0.6
time, nsec
Vm
as-V
men
os
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Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Vb2Vb1
X
Y
CC2C=Ctanq
V_DCSRC5Vdc=Vbias
RR3R=Rbias
RR4R=Rbias
CC4C=Cbias
CC3C=Cbias
CC1C=Ctanq
I_DCSRC1Idc=Iref
V_DCSRC4
npn121Q2
npn121Q1
INDQL1
INDQL2
21.0 21.2 21.4 21.6 21.8 22.0 22.2 22.4 22.6 22.8 23.0 23.2 23.4 23.6 23.8 24.0 24.2 24.4 24.6 24.8 25.0 25.2 25.420.8 25.6
-600
-400
-200
0
200
400
600
-800
800
time, nsec
Vd
ivis
or,
mV
m1
m2m1time=Vdivisor=0.385Cinferior=8.000000E-12
22.25nsecm2time=Vdivisor=0.714Cinferior=2.000000E-12
24.25nsec
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorEl divisor capacitivoEl divisor capacitivo
Vcc
Vdivisor
CC1C=Csuperior
CC2C=Cinferior
11superior
Zj w C
=⋅ ⋅
12inferior
Zj w C
=⋅ ⋅
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño del tanqueDiseño del tanque
1.43 – 0.4251880 – 3448 MHz
7.1 – 2.1 11880 – 3448 MHz
3.5 – 121880 – 3448 MHz
8.5 – 2.60.81880 – 3448 MHz
22.93 – 6.8
Varactor (pF)
5470 – 862 MHz
Bobina (nH)Banda
Vb1 Vb2
XY
V_DCSRC5Vdc=Vbias
RR3R=Rbias
RR4R=Rbias
I_DCSRC1Idc=Iref
INDQL2
V_DCSRC4
CC4
CC3
jvarX2
jvarX1
npn121Q1
npn121Q2
INDQL1
10.955.543 varactores
7.303.692 varactores
3.641.841 varactor
Capacidad superior (pF)
Capacidad inferior (pF)Varactores
22.93 – 6.8
Varactor (pF)
5470 – 862 MHz
Bobina (nH)Banda
1.43 – 0.4251880 – 3448 MHz
22.93 – 6.8
Varactor (pF)
5470 – 862 MHz
Bobina (nH)Banda
1.43 – 0.4251880 – 3448 MHz
7.1 – 2.1 11880 – 3448 MHz
22.93 – 6.8
Varactor (pF)
5470 – 862 MHz
Bobina (nH)Banda
1.43 – 0.4251880 – 3448 MHz
7.1 – 2.1 11880 – 3448 MHz
3.5 – 121880 – 3448 MHz
22.93 – 6.8
Varactor (pF)
5470 – 862 MHz
Bobina (nH)Banda
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Vb1 Vb2
X Y
RR3R=Rbias
RR4R=Rbias
V_DCSRC5Vdc=Vbias
V_DCSRC4
jvarX2
jvarX1
V_DCSRC6Vdc=Vtune
CC11C=C2
VtStepSRC8
Rise=1 nsecDelay=120 nsecVhigh=3.3 VVlow=0 Vt
VtStepSRC7
Rise=1 nsecDelay=60 nsecVhigh=3.3 VVlow=0 Vt
npn121Q2
npn121Q1
I_DCSRC1Idc=Iref
SwitchVL4
V
SwitchVL3V
CC4
CC3
CC5
CC6
InitCondInitCond1Init
Cond
CC8C=C2
CC9C=C3
CC12C=C3
LL2
LL1
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño del tanqueDiseño del tanque
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Banda 940 – 1724 MHz
Varactor + C1 + C2 + C31067 – 9071071 – 934
Varactor + C1 + C21281 – 10301285 – 1066
Varactor + C11728 – 12331727 – 1281
Valor capacitivo (pF)Resultados en ADS (MHz)Cálculos teóricos
(MHz)
0.07 pFC1
1.63 pFC2
1.84 pF – 3.64 pF1 varactor
1.6 pFC4
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Vb1 Vb2
X Y
RR3R=Rbias
RR4R=Rbias
V_DCSRC5Vdc=Vbias
V_DCSRC4
jvarX2
jvarX1
V_DCSRC6Vdc=Vtune
CC11C=C2
VtStepSRC8
Rise=1 nsecDelay=120 nsecVhigh=3.3 VVlow=0 Vt
VtStepSRC7
Rise=1 nsecDelay=60 nsecVhigh=3.3 VVlow=0 Vt
npn121Q2
npn121Q1
I_DCSRC1Idc=Iref
SwitchVL4
V
SwitchVL3V
CC4
CC3
CC5
CC6
InitCondInitCond1Init
Cond
CC8C=C2
CC9C=C3
CC12C=C3
LL2
LL1
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 1700 180
2.0E8
4.0E8
6.0E8
8.0E8
1.0E9
1.2E9
1.4E9
1.6E9
0.0
1.8E9
time, nsecF
recu
en
cia m1
m2 m3
m4m5
m6
m1time=Frecuencia=9.155E8Vtune=3.300000
34.60nsec
m2time=Frecuencia=1.072E9Vtune=0.000000
45.33nsec
m3time=Frecuencia=1.039E9Vtune=3.300000
85.03nsec
m4time=Frecuencia=1.289E9Vtune=0.000000
95.09nsec
m5time=Frecuencia=1.233E9Vtune=3.300000
144.8nsec
m6time=Frecuencia=1.728E9Vtune=0.000000
170.8nsec
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1300 140
-4
-2
0
2
4
-6
6
time, nsec
X-Y
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorConmutador idealConmutador ideal
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
YX
Vb1 Vb2
vdn1
VtStepSRC9
Delay=35 nsecVhigh=0 VVlow=3.3 Vt
vdp1
VtStepSRC7
Delay=35 nsecVhigh=3.3 VVlow=0 Vt
vdp2
VtStepSRC8
Rise=0 nsecDelay=60 nsecVhigh=3.3 Vt
vdn2
VtStepSRC10
Delay=60 nsecVhigh=0 VVlow=3.3 Vt
I_DCSRC1Idc=Iref
V_DCSRC6Vdc=Vtune
LL1
LL2
CC3
CC4
CC5
CC6
InitCondInitCond1InitCond
CC13C=C3
CC12C=C3
CC11C=C2
CC8C=C2
jvarX1
jvarX2
npn121Q1
npn121Q2
V_DCSRC13
vdp2
vdn2
tx_gateX4
pmosgate
Out
nmosgate
In
vdp1
vdn1
tx_gateX3
pmosgate
Out
nmosgate
In
RR3R=Rbias
RR4R=Rbias
V_DCSRC5Vdc=Vbias
Vin Vout
nmos4MN1
PortInNum=1
PortOutNum=2
PortnmosgateNum=3
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorConmutador realConmutador real
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 850 90
-2
-1
0
1
2
-3
3
time, nsec
X-Y
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorComponentes ideales / componentes realesComponentes ideales / componentes reales
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 850 90
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
2000
time, nsec
Fre
cue
nci
a
m1
m2
m1time=Frecuencia=1626.993Vtune=0.000000
28.23nsecm2time=Frecuencia=1028.753Vtune=3.300000
82.18nsec
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 1155 120
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
600
2200
time, nsec
Fre
cuen
cia
m1
m2 m3
m4m5
m6m7
m8
m1time=Frecuencia=1744.605Vtune=0.000000
28.12nsec
m2time=Frecuencia=1300.963Vtune=3.300000
28.28nsec
m3time=Frecuencia=1341.938Vtune=0.000000
55.86nsec
m4time=Frecuencia=1106.889Vtune=3.300000
58.51nsec
m5time=Frecuencia=1168.201Vtune=0.000000
83.35nsec
m6time=Frecuencia=1003.439Vtune=3.300000
86.48nsec
m7time=Frecuencia=1055.277Vtune=0.000000
114.4nsec
m8time=Frecuencia=929.306Vtune=3.300000
117.9nsec
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 1150 120
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
-1.0
1.0
time, nsec
X-
Y
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorOptimización del circuito tanqueOptimización del circuito tanque
-102 / -1031059 – 930Sub-banda 4
-102 / -1031173 – 1005Sub-banda 3
-102 / -1091348 – 1108Sub-banda 2
-109 / -1111730 – 1288Sub-banda 1
Margen de fase (dBc/Hz) a 100 KHz de offsetFrecuencias (MHz)Sub-bandas
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorOptimización del circuito tanqueOptimización del circuito tanque–– AlternativasAlternativas
Situar dos conmutadores.
Introducir varactores JVAR en vez de condensadores típicos.
En vez de conmutar valores capacitivos, conmutar niveles de tensión.
Variar el ancho del transistor de conmutación para lograr un mejor resultado del ruido de fase.
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
X Y
cmimC28
cmimC29
cmimC41
cmimC40
cmimC20
cmimC21
vcc
V_DCSRC17Vdc=3.3 V
gnd
V_DCSRC18Vdc=0 V
V_DCSRC13
V_DCSRC6Vdc=Vtune
npn121Q4
npn121Q1
I_DCSRC1Idc=Iref
V_DCSRC5Vdc=Vbias rpolyh
R7
rpolyhR8
CC35
cmimC24
cmimC25
CC34
npn121Q3
npn121Q2
rpolyhR6
rpolyhR5
cmimC22
cmimC23
cmimC30
cmimC31
InitCondInitCond1
InitCond
gnd
tx_gate_nmosX6
OutIn
nmosgate
cmimC36
cmimC37
gnd
tx_gate_nmosX5
OutIn
nmosgate
cmimC18
cmimC19
gnd
tx_gate_nmosX4
OutIn
nmosgate
gnd
tx_gate_nmosX3
OutIn
nmosgate
cmimC26
cmimC27
INDQL1
INDQL2
jvarX1
jvarX2
cmimC16
cmimC17
-108.1928
-1071024Sub-banda 5 (conmutador s4)
-1091019
-107.81154Sub-banda 4 (conmutador s3)
-108.91079
-107.41246Sub-banda 3 (conmutador s2)
-109.21173
-107.41403Sub-banda 2(conmutador s1)
-1101325
-1091728Sub-banda 1(varactor)
Ruido de fase (dBc/Hz) a 100 KHz de offsetFrecuencias (MHz)Sub-bandas
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDegeneración de emisor 1Degeneración de emisor 1
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
2.66 pFCapacidad máxima del varactor
4.1 nHValor de la bobina
20 pFCapacidad de degeneración en cada rama
6.4 mACorriente por la rama diferencial
A = 44Área de los transistores del par diferencial
2.66 pFCapacidad máxima del varactor
4.1 nHValor de la bobina
20 pFCapacidad de degeneración en cada rama
6.4 mACorriente por la rama diferencial
A = 44Área de los transistores del par diferencial
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
2.66 pFCapacidad máxima del varactor
4.1 nHValor de la bobina
7 pFCapacidad de degeneración equivalente
5.5 mACorriente por la rama diferencial
A = 48Área de los transistores del par diferencial
X Y
I_DCSRC19Idc=Iref
I_DCSRC1Idc=Iref
CC35C=Cdegenerado
CC34C=Cdegenerado
V_DCSRC13Vdc=3.3 V
V_DCSRC6Vdc=Vtune
Bobina_3_2X8
2
1
jvarX1
jvarX2
vcc
tx_gate_nmosX3
OutIn
nmosgate
vcc
tx_gate_nmosX4
OutIn
nmosgate
vcc
tx_gate_nmosX5
OutIn
nmosgate
vcc
tx_gate_nmosX6
OutIn
nmosgate
npn121Q3
npn121Q1
npn121Q4
cmimC25
rpolyhR5
cmimC22
cmimC23
cmimC36
cmimC41
cmimC37
cmimC40
cmimC21
cmimC38
cmimC20
cmimC39
cmimC28
cmimC19
cmimC29
cmimC18
cmimC16
cmimC26
cmimC17
cmimC27
V_DCSRC5Vdc=Vbias
cmimC24
cmimC31
InitCondInitCond1Init
Cond
cmimC30
rpolyhR6
npn121Q2
Bobina_3_2X7
2
1
gnd
V_DCSRC18Vdc=0 V
vcc
V_DCSRC17Vdc=3.3 V
-109.21933
-1081033Sub-banda 5 (s4)
-109.5991
-1081118Sub-banda 4 (s3)
-110.171076
-108.431251Sub-banda 3 (s2)
-110.531168
-108.531417Sub-banda 2 (s1)
-112.561307
-108.41737Sub-banda 1
Ruido de fase (dBc/Hz) a 100 kHz de offsetFrecuencias (MHz)Sub-bandas
Desarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDegeneración de emisor 2Degeneración de emisor 2
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
vcc
XY
cpolyrfX9
cmimC24
npn121Q4
rpolyhR6
rpolyhR5
InitCondInitCond1
InitCond
cmimC30
cmimC22
cmimC23
V_DCSRC13
V_DCSRC6Vdc=Vtune
jvarX1
jvarX2
cmimC26
cmimC27
cmimC29
cmimC19
cmimC18
cmimC20
cmimC21
cmimC28
cmimC41
cmimC25
npn121Q18
npn121Q19
npn121Q21
npn121Q20
cmimC17
cmimC16
cmimC36
cmimC40
cmimC31
cmimC37
npn121Q2
npn121Q1
npn121Q3
Bobina_4_1X8
2
1
Bobina_4_1X7
2
1
gnd
tx_gate_nmosX6
OutIn
nmosgate
gnd
tx_gate_nmosX5
OutIn
nmosgate
gnd
tx_gate_nmosX4
OutIn
nmosgate
gnd
tx_gate_nmosX3
OutIn
nmosgate
I_DCSRC1Idc=Iref
I_DCSRC19Idc=Iref
gnd
V_DCSRC18Vdc=0 V
vcc
V_DCSRC17Vdc=3.3 V
-109.3933
-1081022Sub-banda 5 (s4)
-109.8531007
-108.3511125Sub-banda 4 (s3)
-110.21088
-108.4121249Sub-banda 3 (s2)
-110.6411192
-108.6621429Sub-banda 2 (s1)
-112.2341346
-107.571751Sub-banda 1
Ruido de fase (dBc/Hz) a 100 KHz de offset
Frecuencias(MHz)Sub-bandas
Diseño final del VCODiseño final del VCOOptimización del núcleo del osciladorOptimización del núcleo del oscilador
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Diseño final del VCODiseño final del VCOPolarización del par diferencialPolarización del par diferencial
vccVbias
npn121Q23
npn121Q25
npn121Q24
npn121Q22
1.65 V
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Diseño final del VCODiseño final del VCOFuentes de corrienteFuentes de corriente
/o ce AF QZo r r V Ie= ≈ =
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Diseño final del VCODiseño final del VCOFuentes de corrienteFuentes de corriente
· / 2oZo o rβ=Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Diseño final del VCODiseño final del VCOFuentes de corrienteFuentes de corriente
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
X Y
vcc
V_DCSRC13
cmimC27
cmimC29
cmimC26
cmimC28
cmimC18
cmimC20
cmimC21
cmimC40
cmimC41
cmimC23
cmimC31
cmimC30
nmos4MN3
nmos4MN1
nmos4MN2
cpolyrfX9
cmimC24
cmimC25
rpolyhR6
rpolyhR5
rpolyhR7
gnd
tx_gate_nmosX4
OutIn
nmosgate
gnd
tx_gate_nmosX3
OutIn
nmosgate
gnd
tx_gate_nmosX5
OutIn
nmosgate
gnd
tx_gate_nmosX6
OutIn
nmosgate
cmimC36
cmimC19
cmimC37
cmimC16
cmimC17
jvarX1
jvarX2
npn121Q3
npn121Q1
cmimC22
npn121Q4
npn121Q2
npn121Q18
npn121Q19
npn121Q21
npn121Q20
Bobina_4_1X8
2
1
Bobina_4_1X7
2
1
V_DCSRC6Vdc=Vtune
-108.24930
-107.31020Sub-banda 5 (s4)
-108.41003
-107.21124Sub-banda 4 (s3)
-108.31083
-106.91248Sub-banda 3 (s2)
-108.1311185
-106.91426Sub-banda 2 (s1)
-110.9851329
-107.091734Sub-banda 1
Ruido de fase (dBc/Hz) a 100 KHz de offset
Frecuencias(MHz)Sub-bandas
Fuentes de corrienteFuentes de corriente
Diseño final del VCODiseño final del VCO
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
v cc
Y1
Y
X1
X
cmimC17
cmimC20
cmimC23
npn121Q7
V_DCSRC6Vdc=Vtune
V_DCSRC13
rpoly 2R7
cpoly rfX9
cmimC25
cmimC24
rpoly hR6
rpoly hR5
cmimC22
cmimC31
cmimC30
cmimC37
cmimC41
cmimC40
cmimC21
cmimC18
cmimC19
cmimC29
cmimC28
jv arX1
jv arX2
cmimC27
cmimC26
npn121Q5
CC42C=50 pF
CC43C=50 pF
TermTerm2
Z=50 OhmNum=2
TermTerm1
Z=50 OhmNum=1
nmos4MN2
nmos4MN8
nmos4MN6
nmos4MN5
nmos4MN10
npn121Q19
npn121Q18
npn121Q21
npn121Q20
npn121Q4
npn121Q2
npn121Q1
npn121Q3
cmimC36
cmimC16
Bobina_4_1X11
2
1
Bobina_4_1X10
2
1
gndnmos4MN14
gndnmos4MN13
gndnmos4MN12
gndnmos4MN1
Diseño final del VCODiseño final del VCOEsquemático final en ADSEsquemático final en ADS
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
freq (940.0MHz to 1.724GHz)
S(2
,2)
Diseño final del VCODiseño final del VCOBuffersBuffers de salidade salida
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
v cc
Y1
Y
X1
X
cmimC17
cmimC20
cmimC23
npn121Q7
V_DCSRC6Vdc=Vtune
V_DCSRC13
rpoly 2R7
cpoly rfX9
cmimC25
cmimC24
rpoly hR6
rpoly hR5
cmimC22
cmimC31
cmimC30
cmimC37
cmimC41
cmimC40
cmimC21
cmimC18
cmimC19
cmimC29
cmimC28
jv arX1
jv arX2
cmimC27
cmimC26
npn121Q5
CC42C=50 pF
CC43C=50 pF
TermTerm2
Z=50 OhmNum=2
TermTerm1
Z=50 OhmNum=1
nmos4MN2
nmos4MN8
nmos4MN6
nmos4MN5
nmos4MN10
npn121Q19
npn121Q18
npn121Q21
npn121Q20
npn121Q4
npn121Q2
npn121Q1
npn121Q3
cmimC36
cmimC16
Bobina_4_1X11
2
1
Bobina_4_1X10
2
1
gndnmos4MN14
gndnmos4MN13
gndnmos4MN12
gndnmos4MN1
Diseño final del VCODiseño final del VCOEsquemático final en ADSEsquemático final en ADS
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorSimulación del esquemático en CADENCESimulación del esquemático en CADENCE
-111.7925Vtune = 3.3
-111.11017Vtune = 0Sub-banda 5 (s4)
-111.8997Vtune = 3.3
-110.91121Vtune = 0Sub-banda 4 (s3)
-111.81077Vtune = 3.3
-110.41245Vtune = 0Sub-banda 3 (s2)
-111.41178Vtune = 3.3
-109.71422Vtune = 0Sub-banda 2 (s1)
-113.01318Vtune = 3.3
-107.91735Vtune = 0Sub-banda 1
Ruido de fase (dBc/Hz) a 100 KHz de offsetFrecuencias (MHz)
Tensión de sintonización (V)Sub-bandas
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorSimulación del esquemático en CADENCESimulación del esquemático en CADENCE
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorProceso de diseñoProceso de diseño
–– Técnica del centroideTécnica del centroide--comúncomún
B B
A
A
Contorno Isobárico
Stress
XStress a través de la sección B-B
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel oscilador
A
AB
B
B
A
B
A
A
B
A
B
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Proceso de diseñoProceso de diseño
–– ArrayArray de dos dimensionesde dos dimensiones
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorPar diferencialPar diferencial
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorPolarización del par diferencialPolarización del par diferencial
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorCondensador de degeneraciónCondensador de degeneración
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorArrayArray de condensadoresde condensadores
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorVaractoresVaractores
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorFuentes de corrienteFuentes de corriente
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorBuffersBuffers de salidade salida
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorBobinasBobinas
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorDistribución de los Distribución de los padspads
300 f200
C FR
⎧⎪⎨⎪⎩
== Ω
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorLayoutLayout finalfinal
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Layout Layout del osciladordel osciladorSimulación Simulación postpost--layoutlayout
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
-108.8936.957Vtune = 3.3
-108.51013.61Vtune = 0Sub-banda 5 (s4)
-109.01011.87Vtune = 3.3
-108.51113.65Vtune = 0Sub-banda 4 (s3)
-109.01101.2Vtune = 3.3
-108.11240.87Vtune = 0Sub-banda 3 (s2)
-108.81219.17Vtune = 3.3
-107.81426.64Vtune = 0Sub-banda 2 (s1)
-107.81376.49Vtune = 3.3
-108.01724.37Vtune = 0Sub-banda 1
Ruido de fase (dBc/Hz) a 100 KHz de offsetFrecuencias (MHz)
Tensión de sintonización (V)Sub-bandas
Layout Layout del osciladordel osciladorCaracterística finalCaracterística final
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
825.59 µm x 1019.12 µm = 841375.280 µm2Área total
Max: 340 mVpp; min: 257.6 mVppAmplitud de señal de salida
-8.583 dBmPotencia de salida máxima
32 mWPotencia de consumo máxima
10.68 mAConsumo de corriente total
De 0 V a 3.3 VTensión de sintonización
3.3 VTensión de alimentación
Layout Layout del osciladordel osciladorOtras característicasOtras características
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
L = 4.1 nH2IUMABobina
C = 699.694 fF y 439.561 fF2 y 2cmimCapacidad de la banda 5
W = 28 µm, C = 1.06322 pF2cmimCapacidad de la banda 4
W = 28 µm, C = 1.06322 pF2cmimCapacidad de la banda 3
W = 30 µm, C = 1.11982 pF2cmimCapacidad de la banda 2
C = 1.89134 pF, A = 700 µm2jvarVaractores (banda 1)
C = 1 pF5cmimrfCondensador de degeneración
C = 740.65 fF y 74.643 fF2 y 2cmimDivisor capacitivo
R = 440 Ω, W = 10 µm, L = 85.8 µm1rpoly2Resistencia en la rama de referencia
R = 2002.04 µm, W =10 µm, L = 16.35 µm2rpolyhResistencias de polarización del par diferencial
W = 42 µm, L = 0.35 µm, Number gates = 74nmos4Transistores de los conmutadores
A = 0.84npn121Transistores del divisor de tensión
W = 120 µm, L = 3 µm, Number gates = 71nmos4Transistor de la rama de referencia de las fuentes de corriente
W = 135 µm, L = 20 µm, Number gates = 72nmos4Transistores de la fuente de corriente de los buffers
A = 52npn121Transistores de los buffers
W = 120 µm, L = 3.5 µm, Number gates = 72nmos4Transistores de la fuente de corriente del par diferencial
A = 964npn121Transistores del par diferencial
Parámetros internosUnidadesModeloComponente
Layout Layout del osciladordel osciladorComponentes del circuitoComponentes del circuito
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
900950
10001050110011501200125013001350140014501500155016001650170017501800
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,3Vtune (V)
Frec
uenc
ias
(MH
z)
Sub-banda 1Sub-banda 2Sub-banda 3Sub-banda 4Sub-banda 5
ConclusionesConclusionesCurva de tensiónCurva de tensión--frecuenciafrecuencia
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
ConclusionesConclusionesCurva del ruido de faseCurva del ruido de fase
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
ConclusionesConclusionesAmplitud de oscilaciónAmplitud de oscilación
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
ConclusionesConclusiones
Se lograron alcanzar los objetivos planteadosSe lograron alcanzar los objetivos planteados–– VCO completamente integrado VCO completamente integrado –– Tecnología de bajo coste (S35D4)Tecnología de bajo coste (S35D4)–– Rango de frecuencia (940 MHz Rango de frecuencia (940 MHz –– 1724 MHz)*1724 MHz)*–– Ruido de fase (Ruido de fase (≤≤ --107 dBc/Hz 107 dBc/Hz a 100 KHz de a 100 KHz de offsetoffset))
Se han planteado e introducido novedosas Se han planteado e introducido novedosas estructuras en la configuración de un oscilador estructuras en la configuración de un oscilador obteniéndose además buenos resultadosobteniéndose además buenos resultados
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
ConclusionesConclusiones
Hay motivos para ser optimistas de cara a la medida Hay motivos para ser optimistas de cara a la medida porque se tomaron considerables márgenes de porque se tomaron considerables márgenes de guarda guarda
Este trabajo pertenece a un proyecto de Este trabajo pertenece a un proyecto de investigación de mayor envergadura (RECITAL), en investigación de mayor envergadura (RECITAL), en el que se trata de diseñar el receptor completoel que se trata de diseñar el receptor completo
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
ConclusionesConclusionesLíneas futurasLíneas futuras
–– Medida del diseñoMedida del diseño
–– Diseño del divisor por dosDiseño del divisor por dos
–– Diseño del sintetizadorDiseño del sintetizador
–– Integración en el receptor de DVBIntegración en el receptor de DVB--HH
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
EstructuraEstructura deldel proyectoproyecto
Introducción Introducción Conceptos básicos de los osciladoresConceptos básicos de los osciladoresTecnología S35D4Tecnología S35D4ObjetivosObjetivos
Estado del arteEstado del arteDesarrollo del núcleo del osciladorDesarrollo del núcleo del osciladorDiseño final del VCODiseño final del VCOLayoutLayout del osciladordel oscilador
ConclusionesConclusionesPresupuestoPresupuesto
Bloque IBloque I
Bloque IIBloque II
Bloque IIIBloque III
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
Diseño de un oscilador controlado por tensión (VCO) en tecnología SiGe 0.35 µm para el estándar DVB-H
2028.37IGIC (5%)
32256Trabajo tarificado por tiempo empleado
747.07Amortización del material hardware
4954.18Amortización del material software
2610.3Redacción del proyecto
42595.92TOTAL FINAL
40567.55Total (sin IGIC)
Coste (€)Concepto
PresupuestoPresupuesto
Gerardo Betancort González Septiembre 2006
DISEDISEÑÑO DE UN OSCILADOR O DE UN OSCILADOR CONTROLADO POR TENSICONTROLADO POR TENSIÓÓN (VCO)N (VCO)EN TECNOLOGEN TECNOLOGÍÍA A SiGeSiGe 0.35 0.35 µµmm PARA PARA
EL ESTEL ESTÁÁNDAR DVBNDAR DVB--HH
Titulación: Ingeniería ElectrónicaTitulación: Ingeniería Electrónica
Tutores: Francisco Javier del Pino SuárezTutores: Francisco Javier del Pino Suárez
SunilSunil LalchandLalchand KhemchandaniKhemchandani
Autor: Gerardo Betancort González
Fecha: Septiembre 2006