'

Энергетическая эффективность генераторов хаотических колебаний микроволнового диапазона, реализованных на КМОП структурах

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Никишов Артём Юрьевич 1,2 Энергетическая эффективность генераторов хаотических колебаний микроволнового диапазона, реализованных на КМОП структурах 1Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет) chaos@mail.mipt.ru 2Институт Радиотехники и Электроники им. В.А. Котельникова РАН nikishov@cplire.ru


Слайд 1

2 Микрополосковый генератор хаотических колебаний и его спектр мощности Микрополосковый кольцевой генератор хаотических колебаний*) *) Panas A.I., Kyarginsky B.E., Efremova E.V. "Ultra-wideband microwave chaotic oscillator", Proc. 12th Mediterranean microwave symposium MICROCOLL-2007, 14-16 May 2007, Budapest, Hungary, pp. 145–148 Модель микрополоскового генератор хаотических колебаний и его спектр мощности


Слайд 2

3 Основные достоинства: Отсутствуют микрополосковые линии Ответвитель выполнен на сосредоточенных элементах 1 – Генератор 2 – Пять рублей Спектральная плотность мощности (эксперимент) ССЫЛКИ: "Сверхширокополосный СВЧ генератор хаоса кольцевой структуры на усилительных микросборках", Успехи современной радиоэлектроники, 2008, №1, с. 54–62. Panas A., Efremova E., Kyarginsky B., Nikishov A. «UWB microwave chaotic oscillators based on microchip», Proceeding of the 15th IEEE ICECS 2008,Pages: 942-945. Схема кольцевой автоколебательной системы, реализованной на КМОП-структурах (I) Прототип: кольцевой генератор на сосредоточенных элементах


Слайд 3

4 1,2,3 – СВЧ СШП КМОП усилители (усиление 12-2 dB в диапазоне 0 – 10 GHz) 5 – частотно-избирательная схема, состоящая из одного RC- и двух LC-звеньев 4 – буферный усилитель Кольцевой генератор хаотических колебаний, выполненный на элементах КМОП технологии Блок-схема генератора


Слайд 4

5 Ёмкость конденсатора, пФ Амплитуда колебаний,В Например: Cap<3 пФ – только периодические колебания Cap>5 пФ – возможны хаотические колебания Бифуркационный параметр, Cap Схема кольцевой автоколебательной системы, реализованной на КМОП-структурах (III): Выбор параметров системы 1. Выбор начальных параметров системы: 2. Оптимизация параметров с помощью бифуркационных диаграмм: Начальные параметры системы выбираются так, чтобы продублировать характеристики усилителей и ответвителя кольцевого генератора хаотических колебаний


Слайд 5

6 Моделирование ФЧХ в кольце обратной связи При 1.4 В – возможен одночастотный автоколебательный режим (f1=4 ГГц) При 1.55 В – возможен двухчастотный автоколебательный режим (f1=4 ГГц и f2=1 ГГц) Типичная бифуркационная диаграмма f2 Условия Найквиста – Михайлова возбуждения колебаний: К>=1 – баланс амплитуд (где К – усиление в кольце обратной связи); Ф=360 *n – баланс фаз (Ф – набег фазы в кольце обратной связи, n целое число) АЧХ в кольце обратной связи Напряжение питания 1.4 В 1.55 В 1.65 В 1.8 В f1


Слайд 6

7 Спектральные характеристики, автоколебательной системы (моделирование) Спектральная плотность мощности (СПМ) колебаний при различном напряжении питания 1.4 В (fм1=4 ГГц) 1.55 В (fм1=4 ГГц, fм2=1 ГГц ) 1.65 В 1.8 В (хаотические колебания) fм1 fм2 fм1


Слайд 7

8 Маршрут проектирования СВЧ устройств на кристалле


Слайд 8

9 Особенности проектирования устройств в интегральном исполнении Погрешность номиналов пассивных элементов при производстве достигает 15 % Отличие в скорости диффузии в транзисторе от заданной при проектировании достигает 15 % Разброс в напряжении питания источника может достигать 10 % Появление отличных от исходных параметров автоколебательной системы Возможное отсутствие хаотических колебаний в генераторе при его конечном производстве


Слайд 9

10 Анализ режимов работы генератора при допустимых отклонениях в номиналах элементов R – элемент: Источник тока: Выходная мощность (дБм): R=100 Ом: I=2.7 мA -5 -4.5 R=140 Ом: I=3.3 мА -3 -3 Принципиальная схема усилителя Бифуркационная диаграмма Бифуркационная диаграмма Спектр мощности, R=140 Ом Спектр мощности, R=100 Ом Спектр мощности, I=2.7 мА Спектр мощности, I=3.3 мА


Слайд 10

11 Анализ режимов работы генератора при различных допустимых скоростях диффузии в транзисторах Бифуркационная диаграмма Принципиальная схема усилителя Выходная мощность (дБм): 1) Лучший случай: -2 дБм 2) Типичный случай: -3 дБм 3) Худший случай: -4 дБм Спектр мощности, худший случай Спектр мощности, лучший случай Спектр мощности, типичный случай (Напряжение питания составляет 1.8 Вольт)


Слайд 11

12 Анализ режимов работы генератора при допустимых отклонениях в номиналах элементов С0 – элемент: С1 – элемент: Частотно-избирательная схема Бифуркационная диаграмма Бифуркационная диаграмма Спектр мощности, С=6 пФ Спектр мощности, С=3 пФ Спектр мощности, С=0.8 пФ Спектр мощности, С=5 пФ


Слайд 12

13 Анализ режимов работы генератора при различном напряжении питания Типичный случай Бифуркационные диаграммы Лучший случай Худший случай


Слайд 13

14 Экспериментальная реализация системы на КМОП-технологии 180 нм Топология системы Фото интегральной схемы (размер 0.7x0.8 мм2) Фото в корпусе QFN Спектральная плотность мощности выходного сигнала Fo Fe


Слайд 14

15 Одночастотный автоколебательный режим: fэ1 fм1 fм2 fэ2 fэ1 fм1 Сравнение спектральных характеристик модели автоколебательной системы и её экспериментальной реализации (для 180 нм) модель: fм1=4 ГГц, Vsup=1.4 Вольт эксперимент: fэ1=3.2 ГГц, Vsup=1.5 Вольт Двухчастотный автоколебательный режим: модель: fм1=4 ГГц, fм2=1 ГГц, Vsup=1.55 Вольт эксперимент: fэ1=3.2 ГГц, fэ2=0.6 ГГц, Vsup=1.7 Вольт


Слайд 15

16 fэ1 Сравнение спектральных характеристик модели автоколебательной системы и её экспериментальной реализации (для 180 нм) Двухчастотный автоколебательный режим: модель: Vsup=1.65 Вольт эксперимент: Vsup=2.3 Вольт Хаотический автоколебательный режим: модель: Vsup=1.8 Вольт эксперимент: Vsup=2.5 Вольт


Слайд 16

17 Сравнение основных характеристик модели автоколебательной системы и её экспериментальной реализации (180нм)


Слайд 17

18 Изменение энергетических характеристик генератора при уменьшении технологической нормы КМОП-структур Спектры мощности хаотических колебаний генераторов, реализованных на КМОП-структурах с нормами: 180 нм (линия – 1, диапазон частот 3-5 ГГц), 130 нм (линия – 2, диапазон частот 5-7 ГГц), 90 нм (линия – 3, диапазон частот 7-9 ГГц) Если l1 и l2 технологические нормы КМОП-структур, а КПДl1 и КПДl2 – КПД двух генераторов, реализованных по данным технологическим нормам, то:


Слайд 18

19 Изменение энергетических характеристик генератора при уменьшении технологической нормы КМОП-структур Спектры мощности хаотических колебаний генераторов, реализованных на КМОП-структурах с нормами: 90 нм (линия – 1, диапазон частот 3-5 ГГц), 180нм (линия – 2, диапазон частот 5-7 ГГц)


Слайд 19

20 Увеличение энергетической эффективности генератора при увеличении внутреннего сопротивления в кольце обратной связи Блок-схема устройства Для технологии 180 нм: Pn=1=(Ib+Ig)*Vg=92мВт Pn=5=(Ib+Ig/n)*Vg=40мВт


Слайд 20

21 Экспериментальная реализация системы на КМОП-технологии 130 нм


Слайд 21

22 Эксперимент по передаче хаотического сигнала с использованием заказных микросхем приёмник CMOS 130 нм TSMC передатчик CMOS 180 нм Silterra Источник: хаотические радиоимпульсы, 100 нс длит., 100 нс защ. интервал., мощность -10 дБм. Расстояние: 0.15 м.


Слайд 22

23 Характеристика работы модулятора ICL010 (TSMC130nm) Длительность 10 нс, скважность 10 нс Длительность 20 нс, скважность 20 нс Длительность 40 нс, скважность 40 нс Длительность 80 нс, скважность 80 нс Длительность 200 нс, скважность 200 нс


×

HTML:





Ссылка: