Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4241
Main Title: Low power CMOS RF-transceiver circuits for K-band wireless localization systems
Translated Title: Verlustarme CMOS RF-Transceiver Schaltkreise für drahtlose K-Band Lokalisierungssysteme
Author(s): Zhang, Tao
Advisor(s): Böck, Georg
Referee(s): Böck, Georg
Heinen, Stefan
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die rasche Entwicklung der drahtlosen Sensornetzwerke weckt das Interesse an kostengünstigen, drahtlosen Lokalisierungssystemen mit niedriger Leistungsaufnahme. Für die Umsetzung solcher Systeme sind in CMOS-Prozessen hergestellte K-Band Radar-Transceiver eine leistungseffiziente und kostengünstige Wahl. Die Umsetzung der K-Band-Schaltungen in Silizium ist mit vielen Herausforderungen, wie z.B. parasitären elektromagnetischen Effekten und ungenauen Modelle verbunden. Der Schaltungsentwurf für solche Systeme stellt dadurch eine echte Herausforderung dar, da Leistungsaufnahme und Chipfläche in den integrierten Transceivern gleichzeitig minimiert werden müssen. In dieser Dissertation werden Entwicklung, Simulation und Messung von leistungseffizienten K-Band Transceiver-Schaltungen in einem 130 nm CMOS-Prozess vorgestellt. Zunächst werden Systembetrachtungen durchgeführt, auf deren Basis ein Direct-Conversion-Transceiver für das Frontend des FMCW-Radars ausgewählt wird. Anschließend werden der CMOS-Prozess und die Modellierung der Bauelemente ausführlich besprochen. Mehrere kritische Probleme werden analysiert, z.B. Dämpfungsmechanismen in Silizium-Substraten, elektromagnetische Effekte von passiven Bauelementen und die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Transistormodelle. Darauf basierend werden passive und aktive Schaltungen wie Baluns, Schalter und Mischer mit unterschiedlichen Topologien vorgestellt, verglichen und diskutiert. Die optimierten Designs mit dem primären Ziel eines geringen Stromverbrauchs werden für die weitere Integration ausgewählt. Schließlich wurden die Schaltungen in zwei integrierte Empfänger-Frontends und einen 4-Kanal-Transceiver integriert. Diese integrieren Systeme wurden in Rahmen des BMBF-Projektes "LOWILO" entworfen, prozessiert und charakterisiert. Simulations- und Mess-Ergebnisse werden kritisch miteinander verglichen und bewertet.
The rapid development of wireless sensor networks brings the demand for low-power low-cost wireless localization systems. For the implementation of these localization systems, K-Band radar transceivers fabricated in CMOS process technologies are a power- and cost-efficient choice. The realization of K-Band circuits in silicon faces many challenges such as parasitic electro-magnetic effects and inaccurate models. The designs become even more difficult as the power consumption and chip area need to be minimized in the integrated transceiver. In this dissertation, the design, simulation and measurement of low-power K-Band transceiver circuits using a 130 nm CMOS process are presented. Firstly, the system considerations of the transceiver are analysed; a direct conversion transceiver is chosen for the frequency-modulated continuous-wave radar front-end. Then the CMOS process and the component modeling are discussed in detail. Several critical problems are analysed, such as loss mechanisms in silicon substrates, electromagnetic effects of passive components, and model accuracy of the transistors. The designs of baluns, switches and mixers of different topologies are presented, compared and discussed. The optimized designs with focus on low power consumption are then chosen for the further integration. Finally, the developed circuits were implemented in two integrated receiver front-ends and a 4-channel transceiver. These integrated systems were designed, fabricated and characterized in the frame of the BMBF-project "LOWILO". Finally, simulations and measurements are carefully verified and compared with each other.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-58582
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4538
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4241
Exam Date: 12-May-2014
Issue Date: 3-Dec-2014
Date Available: 3-Dec-2014
DDC Class: 600 Technik, Technologie
Subject(s): 24 GHz
Drahtlose Lokalisierung
Monolithische Mikrowellenschaltung
Multi-Kanal Transceiver
Sekundärradar
24 GHz
Monolithic microwave integrated circuit
Multi channel transceiver
Secondary radar
Wireless localization
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Institut für Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologien » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
zhang_tao.pdf10,31 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.