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CPGEI (Doutorado): Marcelo de Souza-15/12/16

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 15/12/2016
das 09h00 até 13h00
Onde Sede Central: Sala C-301
Nome do Contato Prof. André Augusto Mariano
Participantes Prof. André Augusto Mariano, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Thierry Taris, Dr. Orientador - UB-França
Prof. Volnei A. Pedroni, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Glauber Gomes de Oliveira Brante, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Robson Nunes de Lima, Dr. - UFBA
Prof. Fernando Rangel de Sousa, Dr. - UFSC
Prof. André Augusto Mariano, Dr. - UTFPR
Prof. Thierry Taris, Dr. - UB/França
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Amplificador de baixo ruído CMOS digitalmente controlado para rádio adaptativo

Resumo: Os sistemas de comunicação móveis permitem a exploração da informação em ambientes complexos através dos dispositivos portáteis que possuem como principal restrição a duração de suas baterias. Como o desenvolvimento da tecnologia de baterias não ocorre na velocidade esperada pelo mercado, muitos esforços se voltam à redução do consumo de energia dos circuitos eletrônicos destes sistemas. Além disso, os sistemas de radiofrequência são em geral projetados para funcionarem de forma fixa, especificados para o cenário de pior caso do link de comunicação. No entanto, este cenário pode ocorrer em uma pequena porção de tempo, resultando assim no restante do tempo em desperdício de energia. A investigação de sistemas e circuitos de radiofrequência adaptativos, que se ajustem ao nível de sinal de entrada a fim de reduzir o consumo de energia é assim de grande interesse e importância. Dentro de cadeia de recepção de radiofrequência, os Amplificadores de Baixo Ruído (LNA) se destacam como elementos críticos, tanto para o desempenho da cadeia como para o consumo de potência. No passado algumas técnicas para o projeto de LNA reconfiguráveis foram propostas e aplicadas. Contudo, a maioria delas só se aplica ao controle do ganho, deixando de explorar o ajuste da linearidade e da figura de ruído com fins de economia de energia. Além disso, estes circuitos ocupam grande área de silício, resultando em alto custo, ou então não se adaptam as novas tecnologias CMOS de baixo custo. O objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade e as vantagens do uso de um LNA digitalmente configurável em uma cadeia de recepção de radiofrequência do ponto de vista de custo e consumo de potência. Testes preliminares obtidos para configurações simplificadas LNA proposto mostram resultados promissores, que permitirão a validação da metodologia proposta através da realização do circuito proposto em tecnologia CMOS.
Palavras-chave: CMOS, LNA, Banda Larga, Reconfigurável, Ganho Variável, Sem Indutor, Pequena Area, Baixo Consumo de Potência, Baixo Custo, Rádio Adaptativo

Digitally controlled CMOS low noise amplifier for adaptive radio

Abstract: Mobile communication systems allow exploring information in complex environments by means of portable devices, whose main restriction is battery life. Once battery development does not follow market expectations, several efforts have been made in order to reduce energy consumption of those systems. Furthermore, radio-frequency systems are generally designed to operate as fixed circuits, specified for RF link worst-case scenario. However, this scenario may occur in a small amount of time, leading to energy waste in the remaining periods. The research of adaptive radio-frequency circuits and systems, which can configure themselves in response to input signal level in order to reduce power consumption, is of interest and importance. In a RF receiver chain, Low Noise Amplifier (LNA) stand as critical elements, both on the chain performance or power consumption. In the past some techniques for reconfigurable LNA design were proposed and applied. Nevertheless, the majority of them are applied to gain control, ignoring the possibility of linearity and noise figure adjustment, in order to save power. In addition, those circuits consume great area, resulting in high production costs, or they do not scale well with CMOS. The goal of this work is demonstrate the feasibility and advantages in using a digitally controlled LNA in a receiver chain in order to save area and power. Preliminary simulations, based on a simplified version of the proposed LNA, show results that will allow the validation of the proposed methodology by means of a custom integrated circuit prototype built on CMOS technology.
Keywords: CMOS, LNA, Wide-band, Reconfigurable, Variable Gain, Inductorless, Low-area, Low-power, Low-cost, Adaptive Radio

Lista de publicações:

M. De Souza, A. Mariano, and T. Taris “Reconfigurable Inductorless Wideband CMOS LNA for Wireless Communications”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I – Regular Papers DOI: 10.1109/TCSI.2016.2618361(aceito em 04/10/2016, em publicação)

M. De Souza, A. A. Mariano, and T. Taris, “Inductorless low power wideband LNA in 130 nm CMOS,” in Conference Proceedings - 13th IEEE International NEW Circuits and Systems Conference, NEWCAS 2015, 2015, pp. 1–4.

L. Lolis, M. De Souza, L. B. Zambon, and A. Mariano, “Impact of a fully reconfigurable LNA on an RF front-end: A system level analysis,” 2014 21st IEEE Int. Conf. Electron. Circuits Syst. ICECS 2014, pp. 662–665, 2015.

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