Dissertação

{pt_PT=Digital controlled oscillator for wireless Bluetooth low energy sensor networks} {} EVALUATED

{pt= Nos dias de hoje os sistemas de comunicação de radio frequência são uma das maiores áreas de crescimento. O constante desenvolvimento nesta área mantém renovado o interesse em descobrir novas arquiteturas.Independentemente da variedade de aplicações existe um objetivo em comum para todos os dispositivos móveis operados por bateria, a necessidade de operarem com um baixo consumo energético. Esta tese propõe a elaboração de um oscilador controlado digitalmente, a funcionar na banda 2.4 GHz ISM com uma significante melhoria no consumo de energia, otimização da banda de frequências e da resolução e otimização do ruido de fase. O circuito realizado utiliza a tecnologia CMOS 130 nm da United Microelectronics Corporation (UMC). O trabalho apresentado vai ser incluído num sintetizador de frequências, que por sua vez será incorporado num transciver. O protocolo Bluetooth Low Energy (BLE) é utilizado, devido ao baixo consumo de energia e baixas taxas de bits de dados. Um DCO é um oscilador cuja frequência é controlada por uma palavra digital. Neste projeto, é realizada uma revisão dos mais relevantes diferentes tipos de modelos de oscilador. O par diferencial de acoplamento cruzado é usado para gerar uma condutância negativa e cumprir os parâmetros para obter oscilação. Desenvolvimentos recentes permitiram reduzir significantemente o consumo de energia utilizando arquiteturas que trabalham em classe C. Para o controlo digital, são usados três bancos de condensadores com diferentes características. A resolução mínima do DCO é de cerca 20 kHz e cobre a banda de 2.4 GHz ISM entre 2.4 – 2.485 GHz., en=Wireless communication systems are one of the largest growth areas in Radio-Frequency and its progress keeps renewing interests in new architectures and applications. The numerous applications available go from short to long range communications systems, very low to high data bit rates so each one has different requirements of power consumption. All these different requirements have one thing in common for battery operated mobile devices, the need for low power operation. This thesis proposes a digitally controlled oscillator (DCO) for 2.4 GHz ISM band with significant improvement in power consumption, optimized frequency tuning range, very fine-tuning resolution and optimized phase noise performance. The circuit is designed using CMOS 130 nm from United Microelectronics Corporation (UMC) technology. The work presented is to be included in a frequency synthesizer which will be incorporated in a radio transceiver using Bluetooth Low energy (BLE) protocol, whose applications target low data bit-rates under very low power consumption. A DCO is an oscillator whose frequency is controlled by a digital word. A review of the most important oscillator models and frequency tuning methods is done. As it will be specified in the following chapters, the chosen criteria for oscillation start-up is the one-port admittance method. The cross-coupled differential pair is used to generate a negative conductance and meet oscillation parameters. Recent developments have enabled reducing power consumption using Class-C architectures. For digital tuning control three banks of capacitors/varactors are used with different characteristics. The DCO covers the 2.4 GHz ISM band between 2.4 – 2.485 GHz. }
{pt=DCO, sintetizador de frequências, radio frequência, Bluetooth Low-Energy, en=DCO, frequency synthesizer, radio-frequency, Bluetooth Low-Energy}

Junho 4, 2018, 15:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

João Manuel Torres Caldinhas Simões Vaz

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar