Nghiên Ứu Thiết Kế Khối Táh Sóng Biên Am (Ed) Sử Dụng Ông Nghệ Cmos.pdf

B GIÁO DO
TI HC BÁCH KHOA HÀ NI
-------------------------------------------------------

NGUY

NGHIÊN CU THIT K KHI TÁCH SĨNG BIÊN AM (ED)
S DNG CƠNG NGH CMOS

LUC S KHOA HC
K THUT TRUYN THÔNG

i

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131964301000000


B GIÁO DO

Hà Ni - N2014

TI HC BÁCH KHOA HÀ NI
----------------------------------

NGUY

NGHIÊN CU THIT K KHI TÁCH SÓNG BIÊN AM (ED)
S DNG CƠNG NGH CMOS
Chun Nghành

: K thut truyn thơng

NG DN KHOA HC
TS. PHMTHANH LOAN

Hà Ni - 
ii




 tài nghiên cu ca riêng tôi. Các s liu, kt qu
trong luc. Tôi xin chu trách nhim v ni dung ca lu
c vio i hc - i hc bách khoa Hà Ni.


Nguy

iii


Lu

Hin nay, vi m n t trên th gii và ngày càng chi    
nhiên, vi các thit b n t thu phát hay các thit b truy ng khơng dây thì
vi m là mt phn khơng th thic. Do vy, có th khnh rng,
các vi mch s và vi m luôn tn ti m mt cân
bng v th phn. Hu ht trong các thit b n t, các vi mch  gi vai trị
chính là thu tín hiu, lc nhiu và khui tín hiu...
Tơi tp trung nghiên cu kh ED. Quá trình thit k và xây
dng kin trúc cho IC t ra mt s v yêu cu v u ra ca IC... Hin

nay, các thit b cm tay phát trin mn thong, laptop s dng ngun
ng ch yu là pin, do vy hi
bng tiêu th ca thit b. Vì vy, trong các nghiên cu và thit k vi mch
gc tc chú trt trong nhng
mc tiêu chính trong thit k khi IC  ca tôi.
Trong báo cáo lu này, tơi báo cáo v q trình thit k mt IC tách sóng
 s dng transistor hong  ch  bão hịa và ch  c yu. Lun
a tơi bao g
 t chung.
u tiên này s trình bày tng quan v tách sóng . Nhng
 lý thuyt chung nht v các linh kin t  n tr, cun
cm, transistor, lý thuyt v cơng ngh c bit là ng ca tín hiu tn
s cao tc tính ca các linh ki n
cui cùng s c v phn m dng trong quá trình phân
tích thit k.
 .

iv


 trình bày nhng phân tích các yu t k thut bên trong IC tách
sóng n, phân tích mn c, tính tốn các tham s 
bn ca mch tách sóng.
 t k khi tách biên.
ng này s trình bày chi tic thit k khi tách sóng, s dng phn
mm mơ ph thit k khi tách biên và kt qu c sau khi thit k.
Trong quá trình thc hi c rt nhiu s  t các
thy cô trong vin t - Vin trong vic bit phi k
n s tn tâm, nhit tình ca TS. Phm Nguyn Thanh Loan giáo viên trc tip chu
trách nhing dn tơi nghiên c hồn thành lu tt nghip này.

Tc gi li ci TS. Phm Nguyn Thanh Loan,
các thy cô trong vin t - Vin thông cùng toàn th các cá nhân, tp th 
nh kp thng ý kin hoàn
thành nhim v nghiên cu mà lut ra.

v


MC LC
L .......................................................................................................... iii
Lu ...................................................................................................................... iv
 ............................................................................................. 1
 ............................................................................. 1
 ......................................................................................................... 1
 ....................................................................................... 1
 .................................... 2
1.2 ng dng công ngh CMOS trong thit k cao tn ............................................... 5
n tr ............................................................................................................. 7
1.2.2 T n ............................................................................................................. 9
1.2.3 Cun cm ........................................................................................................ 10
1.2.4 Transistor MOSFET ....................................................................................... 11
1.3 Phn mm mô phng ............................................................................................ 17
1.3.1Mt s khái nin trên Cadence IC ...................................................... 19
1.3.2 Thit k mch nguyên lý ................................................................................ 21
1.3.3 Biu din Cell vi Virtuaso Symbol Editing .................................................. 21
1.3.4 Mô phng hong ca mch nguyên lý ..................................................... 21
1.3.5 Thit k  b trí các lp ca IC ............................................................... 21
1.3.6 Ki layout theo quy tc ca nhà sn xut ..................................... 21
1.3.7 So sánh mch nguyên lý v layout ...................................................... 22
 ..................................................................... 23

vi


2.1 Phân tích b tách biên ........................................................................................... 23
2.2 Nguyên lý giu ch sóng AM trc tip .......................................................... 24
 mch nguyên lý .......................................................................................... 29
 ...................................................... 32
 ................................................................... 34
, nguyên lý hong ca mch .................................................................. 34
3.2 Yêu cu thit k .................................................................................................... 35
3.3 Thit lu .................................................................................................. 36
nh ch  mt chiu ................................................................................... 37
nh s finger ca hai transistor .................................................................... 40
3.6 Phi hp tr kháng ................................................................................................ 42
3.7 Kt qu .................................................................................................................. 48
3.8 Kt lun ................................................................................................................. 52

vii


Danh sách hình v
 m n bng ch .................................... 2
c tuyn ca m. .......................................... 3
Hình 1.3: Mơ hình tn tr  tn s cao [1] ........................................ 8
Hình 1.4: S ph thuc cn tr vào tn s [1] ......................................................... 8
Hình 1.5: Mơ hình ta t n [1] ............................................................ 10
c tính dung kháng theo tn s [1] .............................................................. 10
Hình 1.7: Mơ hình ta cun cm [1]........................................................ 11
Hình 1.8: S ph thuc c cm kh vào tn s [1] .................................................. 11

Hình 1.9: Cu to transistor NMOS [1] ......................................................................... 12
 th c tuyn hong ca transistor NMOS [2] ................................. 13
Hình 1.11: Mơ hình NMOS khi VGS >0 .......................................................................... 14
Hình 1.12: Mơ hình tín hiu nh ca transistor m S chung [2]. ............... 16
Hình 1.13: Quy trình thit k IC .................................................................................... 18
Hình 2.1: Kin thc b thu trc tip [6]......................................................................... 24
Hình 2.2: B tách biên-giu ch sn............................................... 24
Hình 2.3c tuyn ca diode làm bng Silic và Germanium ...................................... 25
Hình 2.4: Tín hiu giu ch OOK ........................................................................... 25
Hình 2.5  mch thay th diode .............................................................................. 26
6 Mơ hình tín hiu nh ca M1, M2. ................................................................. 27
7 ............................................ 28
Hình 2.8 mch tách biên [5]. .............................................................................. 30
Hình 2.9: Mơ hình mng hai ca ca mch tách biên.................................................... 30
Hình 2.10: Mơ tình tín hiu xoay chiu mch ED. ........................................................ 32
Hình 3.1: S mch tách biên [5] ............................................................................... 38
viii


Hình 3.2 th kho sát Gmax theo Vbias và Vdc ......................................................... 38
Hình 3.3 th nhiu theo Vbias và Vdc ........................................................................ 39
Hình 3.4 minh ha transistor có cùng W/L  finger ............. 40
Hình 3.5 th kho quan h gia G max vi n1 và n2 ................................................... 41
Hình 3.6 th kho sát quan h gia NFmin vi n 1 và n2 ............................................. 41
Hình 3.7  th smith kho sát Z in theo n1 ................................................................... 43
Hình 3.8 th smith kho sát Zin theo n11. ................................................................. 43
Hình 3.9 th kho sát S11 theo C1. ........................................................................... 44
Hình 3.10 th smith kho sát Z out theo n 2 ................................................................ 45
Hình 3.11 th Smith kho sát S22 theo C2 . ............................................................... 46
Hình 3.12 mch khi mc thêm cun cm L22 . .................................................... 46

Hình 3.13 th kho sát S11 theo L22 ......................................................................... 47
Hình 3.14 th S22 theo L 22 ...................................................................................... 47
Hình 3.15 th biu din s chn lc tn s .............................................................. 50
Hình 3.16 th dng tín hiu ra.................................................................................. 51

ix


Danh sách bng biu
Bng 3.1: Bng các yêu cu thit k .............................................................................. 35
Bng 3.2 : Các thit lu .................................................................................... 36
Bng 3.4: Các tham s sau vào sau khi t ............................................................... 48
Bng 3.5: Giá tr n c.51
Bng 3.6: Bng so sánh các tham s.52

x


Danh sách các t vit tt
OOK

On Off Keying



Complementary Metal-Oxide-



Semiconductor

IC

ED

Envelope Detector



HF

High Frequency



IC

Integrated Circuit



LF

Low Frequency



Metal oxide semiconductor field-



effect Transistor



CMOS

MOSFET
MWF
NMOS
PMOS



Microwave Frequency

ba)

Negative Metal Oxide



Semiconductor
Posistive Metal Oxide

i P

Semiconductor

RF

Radio Frequency



UHF

Ultra High Frequency



xi





1.1.1 

  V s
               s   
 s
Vss s


1.1.2  [1]

a. 


VvTS  VvTS  t  .cost t  VZt cost t

(1.1)

vTS i


VrTS  KTS VvTS
 KTS 

(1.2)

VrTS t 

VvTS  t  .

VvTS(t), VrTS
n:

VrTS  t   V 'o  v 's

(1.3)

VrTS  t   V ''o  v ''s

1





KTS 

v ''s
v 's

(1.4)

Vss 
KTS 
b. 

ZvTS 

VvTS
I vTS

(1.5)

tr kháng vào ca b tách sóng Z vTS
.
c. 


K

T22ZS  T33ZS  ...
IZS

.100%

(1.6)

IZS I 2ZS I 3ZS



1.1.3 

 m n bng ch [1].
2





S V
iD   D
0

VD  0

(1.7)

VD  0

iD  S.VD  S Vdb  VC 

(1.8)



Vdb  VT 1  m cos s t  cost t  Vdb cost t
 iD  S Vdb cost t  Vc 

(1.9)

Khi costt   D

0  S Vdb .cost t  Vc 

(1.10)

Hình 1.2c tuyn ca m [1].


cos  VC
Vdb

(1.11)

3


n iD 

iD  I o  I1costt  I 2costt  ...  I ncostt

(1.12)



1

Io 

I1 


2

i

D

d t t

o



i

D



In 



cost td t t

o

2





i

D

nttd t t

o



I1 

Io 

S .U db


S .U db



  sin  cos 

(1.13)

sin    cos  

(1.14)


 o 

Vc  R.I o 

R.S



Vdb sin    cos 

(1.15)

Thay (14)) :

cos 

R.S



 sin   cos 

 tg   

(1.16)


S .R



4


  Dt,
 st s, t s.

CMOS, vit tt ca cm t Complemantary metal oxide semiconductor, là mt
công ngh thit k vi mc phát minh bi Frank Wanlass 1963 ti hãng
Fairchild Semiconductor. Công ngh này s dng các transistor hiu  ng
(MOSFET) bao gm c NMOS và PMOS. Thu     a công ngh
CMOS là transistor MOSFET ch ng trong quá trình ho
 ng tiu th ca mch CMOS rt th ng thi cơng ngh CMOS có kích
c rt nh nên cho phép tích hp  m       m này mà
CMOS dn thay th công ngh ng cc (s dng transistor BJT). Công ngh CMOS
  ch to vi x  u khi  ch lơgíc s khác.
Cơng ngh c dùng rt nhiu trong các m m bin
hình nh, chuy i kiu d liu, và các vi mch thu phát có m  tích hp cao
c thơng tin.

Trong tên gi ca vi mch này, thut ng ting Anh "complementary" ("bù"),
ám ch vic thit k các hàm lơgíc trong các vi mch CMOS s dng c hai loi
transistor PMOS và NMOS và ti mi thm ch có mt loi transistor nm  trng

n ca các linh kic ch to bng công ngh CMOS là có
 min nhiu cao và tiêu th  ng  tr   t thp. Các vi mch
CMOS ch tiêu th  ng m   k khi các transistor bên trong nó
chuyi gia các tr (OFF). Kt qu là các thit b CMOS
ít tiêu th ng và to ra ít nhii các loi mch
transistor-transistor logic (TTL) hay mch logic NMOS (khác vi CMOS, NMOS ch
dùng toàn b transistor hiu  ng kiu n và không dùng transistor hiu ng
ng kip các hàm lơgíc vi m cao trên chip.
5


Cm t "metal-oxide-semiconductor" bt ngun t mt qui trình ch to các vi
mch tích ho ra các transistor hiu ng mà
mi transistor có mn cc cng bng kim lot lên trên mt ln
bng oxide ph trên vt liu bán dn. Ngày nay, thay vì dùng kim loi ta to ra
n cc cng bng mt vt li  
công b s s dng tr li cng kim loi trong công ngh CMOS nhm tn dng tính
cht tiên tin ca vt liu có hng s n mơi cao trong vic ch to các vi mch có
c 45 nanomet hay nh i, tên gi CMOS vn tip tc
c s dng trong các qui trình ch to hii[2].
Mt vi mch tích hp nh cha mng lc
gi là vi mch tích hp CHMOS. Thut ng CHMOS vit tt ca "Complementary
High-density metal-oxide-semiconductor" trong ting Anh. ch kt hp gia
các cm bin MEMS vi b x lý tín hiu s c sn xut trên mt vi mch tích hp
c gi là CMOSens.
Mch logic CMOS dùng mt t hp hai loi transistor hiu ng kim loioxide-bán dn (MOSFET) kiu p và ki thc hin các cng logic và các mch s

khác mà chúng ta thy trong máy vi tính, thit b vin thơng và x lý tín hiu. Mc du
m  có th c thc hin bng linh kin ri (chng hn, nhng
mch ri mà bn hc trong mơn mn t ng sn phm CMOS
 n hình là vi mch tích hp bao gm hàng tri u)
transistor ca c hai kic ch to trên mt ming silicon hình ch nht có din
tích trong khon 4 cm vng. Nhng mic gi
là chip, mc du trong cơng nghii nó là die, có l bc
to ra t vic ct nh (dicing) min n ca s sn
xut dng c bán dn
Trong cng logic CMOS, mt s MOSFET kic sp thành dng mch
kéo xung nm giu ra ca cng vng cung cp ngun áp thng
6


c ký hiu là Vss). Thay vì dùng t n tr  ng logic NMOS,
cng logic CMOS li dùng ti là mt s MOSFET kiu p sp thành dng mch kéo lên
nm giu ra ca cng vng cung cp nguc ký hiu
là Vdd). Mch kéo lên, gm các transistor kiu p, mang tính b túc ("bù") cho mch
kéo xung, gm các transistor kiu n, sao cho khi các transistor kiu n tt thì các
transistor kiu p s dc li.
Mch logic CMOS tiêu tán cơng su ch logic NMOS bi vì CMOS
ch tiêu tán công sut trong thi gian chuyi trng thái (công sung). Mt ASIC
c ch to vi công ngh i tru ra trong thi gian
120 pico giây, và s chuyi này xy ra trong mi thi gian 10 nano giây. Trong khi
ch logic NMOS tiêu tán công sut bt k u ra  mc thp (công sut
n chy t n tr ti và mch
gm các transistor kiu n.
MOSFET ki c xem là dng b túc cho MOSFET kiu n bi vì chúng
chuyn sang dn áp cc cng ca chúng thn áp cc ngun và bi vì
chúng có th kéo cy, nu c hai transistor kiu p và kiu

n có cc cng ni chung v tr thành mu vào chung thì MOSFET kiu p
s dn khi MOSFET kiu n tc li.
Trong vi mch mà chúng tôi thit k s s dng cơng ngh CMOS 130nm, vi
linh kin chính là transistor MOSFET, ngoài ra s dng thêm mt s n tr, cun
cm và t n theo công ngh CMOS và hong  tn s y s trình bày
c v cu tc tính ca các linh kic bit có xét ti ng ca tín
hiu tn s cao ti hong ca các linh kin (mch thit k s nhn tín hiu vào  tn
s 5 GHz).
1.2.1 
Hin nay trong các vi mu s dn tr màng mc
cc nh ca chúng [2].
7



                


Hình 1.3: Mơ hình tn tr  tn s cao [2].
Hình 1.3 mơ t n tr khi có tín hiu tn s 
y  tn s n tr s xut hin các t n và cun cm ký sinh, lúc
này nó khơng cịn là thun tr, và giá tr n tr ph thuc vào tn s.


Hình 1.4: S ph thuc cn tr vào tn s [2].
 t

âm.

8

U tapt0 

4.K .T .R  f 2  f1 

(17)

K:
T:
R:
f2 f1 : .
T



 f 
 D R
U tapi  C.U K .   a
.lg  2 
 L  rK
 f1 

(18)

C:
Uk :
Rk:
D:
L:

f1 f2: 
a:- 0,9.
1.2.2 

Trong các vi
mch c  và s, t c s dng rt ph bin cho nhiu m
u chnh mch lc tn s, phi hp tr kháng, kh méo dng tín hi

                


9