Σχεδίαση και υλοποίηση ολοκληρωμένου παθητικού μίκτη, συνδεσμολογίας Diode Ring, με λειτουργία στην D ζώνη του φάσματος των ραδιοσυχνοτήτων σε τεχνολογία BiCMOS 0,13μm

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση, η σχεδίαση και η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου ευρυζωνικού down-converting διπλά εξισορροπημένου μίκτη, συνδεσμολογίας diode ring σε τεχνολογία SiGe BiCMOS 0.13μm με λειτουργία στην D ζώνη του φάσματος των ραδιοσυχνοτήτων. Οι εφαρμογές, στις οποίες στοχεύει η σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε αυτήν την ζώνη ραδιοσυχνοτήτων, σχετίζονται με τις ασύρματες τεχνολογίες 5G και 6G (95GHz έως 3THz). Αυτές ο εφαρμογές περιλαμβάνουν ραντάρ αυτοκινήτων, ασύρματη επικοινωνία υψηλών ταχυτήτων και απεικόνιση υψηλής ανάλυσης. Η διαδικασία της σχεδίασης έφτασε μέχρι το στάδιο του tape-out, οπότε το σχέδιο στάλθηκε προς κατασκευή στο εργοστάσιο της εταιρείας ημιαγωγών Infineon Technologies AG, στην οποία πραγματοποιήθηκε η παρούσα εργασία στα πλαίσια 12μηνης πρακτικής άσκησης. Στο κεφάλαιο 1 της εργασίας παρουσιάζονται οι λόγοι που έχουν οδηγήσει την βιομηχανία τηλεπικοινωνιών να στρέψει το ενδιαφέρον της προς τις χιλιοστομετρικές συχνότητες. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια εκτεταμένη θεωρητική ανάλυση για την θέση του μίκτη στην αλυσίδα του πομποδέκτη, τις βασικές αρχές λειτουργίας του, τις παραμέτρους επίδοσης του, την κατηγοριοποίηση του, την λειτουργία της επιλεχθείσας τοπολογίας και για τις αρχές λειτουργίας των μετασχηματιστών. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται μια ανασκόπηση της τεχνολογίας που χρησιμοποιείται. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η υλοποίηση του παθητικού μίκτη σε επίπεδο σχηματικού, ενώ στο κεφάλαιο 5 η υλοποίηση του σε επίπεδο layout με επαρκή λεπτομέρεια καθώς και οι τελικοί έλεγχοι εγκυρότητας μέχρι το στάδιο του tape-out. Στο κεφάλαιο 6 φαίνονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων του σχεδιασμένου μίκτη. Στο κεφάλαιο 7 επισημαίνονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρούσα σχεδίαση και διάφορες βελτιώσεις ως μελλοντική εργασία. Τέλος, στο παράρτημα Α παρουσιάζονται συνοπτικά η σχεδίαση σε επίπεδο σχηματικού και τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ενός μονοσταδιακού διαφορικού ενισχυτή με κεντρική συχνότητα λειτουργίας τα 145GHz, ο οποίος σχεδιάστηκε στο ξεκίνημα της παρούσας εργασίας.