THIẾT kế và mô PHỎNG bộ tạo XUNG UWB dựa TRÊN MẠCH DAO ĐỘNG VI SAI LC TANK

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM VIII-O-6 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ TẠO XUNG UWB DỰA TRÊN MẠCH DAO ĐỘNG VI SAI LC-TANK Nguyễn Chí Nhân1, Dương Hoài Nghĩa2, Đinh Văn Ánh3 Khoa Vật lý-Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐHQG-HCM Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Department of Electrical and Computer Engineering, University of Saskatchewan, Canada TÓM TẮT Bài báo trình bày chi tiết việc phân tích, thiết kế mô tạo xung UWB (Ultrawideband) dựa mạch dao động vi sai LC-tank Mạch dao động vi sai với cặp transistor NMOS ghép chéo nguồn dòng cực nguồn cặp transistor sử dụng để thu độ lợi tích cực tạo trở kháng âm để đưa đến LC-tank Bên cạnh đó, mạch dao động thích hợp cho ứng dụng UWB tần số cao công suất tiêu thu thấp Bộ tạo xung UWB kết hợp điều chế on-off keying (OOK) đơn giản mạch dao động vi sai LC-tank Bộ tạo xung UWB thiết kế mô dựa công nghệ CMOS 0,13 um Bộ tạo xung tạo xung UWB hoạt động phổ tần số từ – 10 GHz Kết mô cho thấy độ rộng xung 600 ps, biên độ đỉnh-đỉnh xung 112 mV từ điện áp cung cấp 1,4V diện tích chip 0,22 mm2 Công suất tiêu thụ trung bình tao xung xỉ 0,8 mW lượng xung 0,54 pJ/pulse 1,5 GHz (pulse repetition rate -PRR) Từ khoá: Ultra-wideband (UWB), tạo xung, dao động vi sai LC-tank TỔNG QUAN BỘ PHÁT XUNG UWB Có nhiều kỹ thuật mạch tạo xung UWB, việc thực mạch số thường dựa vào kỹ thuật mạch dao động vòng nhiều pha (multiphase ring oscillators) kết hợp với trễ đường khác [1-5] để tạo xung mong muốn, nhiên kỹ thuật mạch tương đối phức tạp Việc thực mạch tương tự dựa kỹ thuật mạch tạo xung mạch đạo hàm xung Gaussian [6–9] mạch nhân [10-12] Tuy nhiên, xung Gaussian đơn đạo hàm bậc hai xung Gaussian không thoả mãn hoàn toàn quy định FCC mật độ phổ công suất (PSD) chúng có thành phần DC cao thành phần tần số thấp phổ tần Thông thường, xung đòi hỏi phải có lọc để phù hợp với quy định FCC chúng làm gia tăng độ phức tạp thiết kế phát UWB đồng thời làm tăng công suất tiêu thụ Hiện nay, kỹ thuật mạch tạo xung UWB dựa mạch dao động LC [13-15] quan tâm nhiều nhóm tác giả kỹ thuật tạo tín hiệu tần số cao (GHz) với nhiễu pha biến động pha thấp Trong báo này, phát xung UWB thiết kế dựa kỹ thuật mạch dao động LC, cụ thể phát xung UWB trình bày hình sau Hình Sơ đồ khối phát xung UWB Bộ phát xung UWB thiết kế gồm hai khối chính: Khối điều chế tín hiệu sử dụng phương pháp điều chế khoá bật tắt (On-off keying-OOK): tín hiệu xung clock liệu điều chế thông qua cổng logic AND mạch phát cạnh xuống xung Khối tạo xung UWB sử dụng mạch tạo dao động LC, khối quan trọng phát xung UWB KỸ THUẬT MẠCH DAO ĐỘNG VI SAI GHÉP CHÉO Các kỹ thuật mạch dao động transistor dao động Colpitts hay Hartley có hạn chế làm ảnh hưởng đến hệ số phẩm chất mạch LC Ngoài ra, kỹ thuật cung cấp ngõ (single-ended output), hệ thống thu phát không dây thường sử dụng tín hiệu vi sai, thu sử ISBN: 978-604-82-1375-6 46 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM dụng trộn (double-balanced mixer) Vì vậy, kỹ thuật mạch vi sai ghép chéo (Cross-Coupled Differential) sử dụng việc thiết kế tạo xung UWB Hình trình bày mạch dao động vi sai ghép chéo Hình 2(a) trình bày mạch dùng cặp transistor NMOS với nguồn dòng cực nguồn nhằm cung cấp độ lợi vòng (loop gain) làm giảm tổn hao mạch LC Kỹ thuật thích hợp cho ứng dụng tần số cao Hình 2(b) trình bày mạch dùng cặp transistor PMOS với nguồn dòng cực nguồn Kỹ thuật thích hợp cho ứng dụng tần số thấp Hình 2(c) tương tự Hình 2(a) không dùng nguồn dòng (a) (b) (c) Hình Các mạch dao động vi sai ghép chéo (a) NMOS với nguồn dòng, (b) PMOS với nguồn dòng, (c) NMOS nguồn dòng Mạch dao động vi sai ghép chéo NMOS với nguồn dòng chọn cho thiết kế mạch tạo xung UWB, mạch vẽ lại thành mạch tương đương Hình (a) + v _ + v _ i Rin (b) Hình Mạch tương đương (a) Mạch LC tương đương (b) Điện trở tương đương nhìn từ mạch LC Trong đó: Rp điện trở tương đương điện cảm điện dung LC Rp1 điện trở song song tương đương với trở kháng ký sinh Lp1 Rp2 điện trở song song tương đương với trở kháng ký sinh Lp2 Rin điện trở tương đương nhìn từ mạch LC, ta có Rin= v/i điện áp v áp vào cực máng hai transistor M1 M2 Khi v = vds1 - vds2, Rin= (vds1 - vds2)/i , i= -gm.vds1 Khi M1 M2 kết hợp thành cặp (matched) Hình 3(b) chúng có vds ngược hướng (vds2 = - vds1), v = vds1 - (- vds1) = 2vds1 Suy Rin = -2vds1/gm.vds1 Rin = -2/gm, gm độ hỗ dẫn transistor Để đảm bảo mạch dao động, Rp phải thoả điều kiện Rp > Rin ISBN: 978-604-82-1375-6 47 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM PHÂN TÍCH KÝ SINH Đối với hệ thống UWB hoạt động dải tần số cao (3,1 - 10,6 GHz), vấn đề ký sinh transistor MOS cần phải xem xét đến Hình sau trình bày điện dung điện trở ký sinh transistor NMOS Cgd rds Cgs Hình Ký sinh transistor NMOS Trong gồm có điện dung ký sinh Cgd , Cgs điện trở ký sinh rds Hình trình bày mạch dao động có tính đến điện trở điện dung ký sinh rds Rp L L C C Cgs Cgd 2Cgd Rp rds Cgs Cgd rds rds M2 M1 Cgs Cgs Hình Mạch dao động vi sai ghép chéo có tính đến ký sinh Trong đó, điện dung ký sinh transistor NMOS song song với điện dung C mạch LC làm giảm tần số dao động Do đó, điện dung C mạch LC phải giảm để tính đến điện dung ký sinh Các điện trở ký sinh transistor NMOS tạo nhiễu nhiệt làm tăng nhiễu pha dao động Ngoài điện trở ký sinh làm tăng tổn hao tạo dao động, đòi hỏi giá trị độ hỗ dẫn gm transistor NMOS phải lớn so với độ hỗ dẫn transistor NMOS điều kiện lý tưởng THIẾT KẾ BỘ PHÁT XUNG UWB Trong phát xung UWB, mạch tạo xung (mạch LC) mạch chủ yếu Do phần ta tập trung vào việc tính toán thông số mạch LC Thông số yêu cầu cho thiết kế mạch sau: - Công nghệ thiết kế CMOS 0,13μm ISBN: 978-604-82-1375-6 48 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM - Tần số dao động ( 0 ) 8,0 GHz - Điện áp đỉnh-đỉnh tối thiểu (Vtank) 20mV Độ rộng xung từ 300 ps – 1,0 ns Mật độ phổ công xuất nhỏ -43,7 dBm/MHz Nhiễu pha tối thiểu Diện tích chip nhỏ Công suất tiêu thụ thấp Sơ đồ mạch LC trình bày Hình C1 L1 C2 R1 L2 R2 gb In Vout Out SW1 g M1 gb M2 gb SW2 Out In g M4 In Out Ibias M5 Vbias M3 g Hình Mạch dao động LC Trong điện cảm loại xoắn ốc (ch013g8LM_Ind_Spi) chọn thiết kế mạch dựa thư viện ch013g_OIF công nghệ thiết kế CMOS 0,13μm GlobalFoundries, có hệ số phẩm chất cao điện dung ký sinh thấp Hình Điện cảm loại xoắn ốc ISBN: 978-604-82-1375-6 49 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Sự biến thiên điện cảm, hệ số phẩm chất điện trở nội theo tần số trình bày hình Hình (a), Hình (b) Hình (c) Ta thấy hệ số phẩm chất điện cảm đạt cao tần số 8,0GHz giá trị điện cảm điện trở nội tăng lên tần số tăng (a) (b) (c) Hình Thông số điện cảm (a) Sự biến thiên điện cảm L theo tần số (b) Sự biến thiên hệ số phẩm chất QL theo tần số (c) Sự biến thiên điện trở nội Rs theo tần số Theo yêu cầu tần số dao động ( 0 ) 8,0 GHz Từ Hình xác định giá trị điện cảm L, hệ số phẩm chất QL điện trở nội Rs điện cảm sau: QL = 12,016 L = 1,2854nH Rs = 5,4  Tuy nhiên để đảm bảo cho xung UWB có độ rộng (thời gian tồn tại) nhỏ 1,0 ns cần phải tăng giá trị điện trở Rs mạch LC để dao động tắt dần nhanh cách mắc nối tiếp điện trở R1 R2 với điện cảm tương ứng L1 L2 Giá trị R1 R2 xác định trình thực mô (R1 = R2 = 10  ) Do giá trị điện trở nối tiếp với điện cảm mạch LC 15,4  (Rs + R1) Kích thước cặp transistor M1 M2 không làm ảnh hưởng đến nhiễu dao động Nhiễu dao động bị ảnh hưởng kích thước transistor nguồn dòng M3 Kích thước M3 bị giới hạn điện dung ký sinh M3 góp phần vào nút nguồn cặp transistor ghép chéo Nếu kích thước M3 lớn tạo điện dung ký sinh từ nút nguồn cặp transistor ghép chéo xuống đất Lúc này, dòng điện chạy qua M1 M2 không số cặp transistor ghép chéo làm việc vùng tuyến tính, điều làm giảm hệ số phẩm chất tải gây thêm tổn hao tank Do đó, việc lựa chọn kích thước transistor cho đảm bảo dao động tần số cao giảm thiểu điện dung ký sinh Chiều rộng transistor nguồn dòng M3 chọn 1,0 μm, với dòng bias cung cấp 0,16 mA Chiều rộng cặp transistor ghép chéo M1 M2 chọn 1,0 μm, chiều rộng transistor M4 M5 50 μm Bảng Các thông số mạch LC Thông số Giá trị Thông số Giá trị M1(W/L) 1,0/0,13 μm R1 10  M2(W/L) 1,0/0,13 μm R2 10  M3(W/L) 1,0/0,13 μm L1 1,2854 nH M4(W/L) 50/0,13 μm L2 1,2854 nH M5(W/L) 50/0,13 μm C1 3,75 pF Vdd 1,4 V C2 3,75 pF Vbias 700m V Ibias 0,16 mA ISBN: 978-604-82-1375-6 50 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM MÔ PHỎNG BỘ PHÁT XUNG UWB Bộ phát xung UWB thiết kế dựa hai khối sau: Khối thứ nhất khối điều chế tín hiệu sử dụng phương pháp điều chế khoá bật tắt (On-off keying-OOK), bao gồm: cổng logic AND đầu vào mạch phát cạnh xuống xung Khối thứ hai khối tạo xung UWB sử dụng mạch tạo dao động LC Sơ đồ mạch tạo xung UWB thiết kế Hình Hình Sơ đồ mạch tạo xung UWB Nguyên lý hoạt động tạo xung UWB Trong khối điều chế tín hiệu: tín hiệu xung clock (tín hiệu A) data (tín hiệu B) đưa vào qua cổng AND, lúc đầu cổng AND liệu tách thành bit dựa xung clock (tín hiệu C) Sau bit đưa vào mạch phát cạnh xuống xung theo hai nhánh: nhánh đưa trực tiếp đến cổng logic NOR, nhánh lại tạo trì hoãn tín hiệu vào (tín hiệu D) cách sử dụng cổng logic NOT, trước NOR tín hiệu trì hoãn với tín hiệu đưa đến trực tiếp Ở đầu mạch phát cạnh xuống (tín hiệu E) thu xung đơn (single pulse), tiếp tín hiệu E đảo thông qua cổng logic NOT (tín hiệu F) hai tín hiệu E F đưa vào mạch tạo dao động LC thông qua công tắc SW1 SW2 để tạo xung UWB (tín hiệu G) Như trình bày Hình 9, tần số xung UWB tạo mạch LC Cặp NMOS M1 M2 mắc chéo kéo xuống với dòng điện Ibias, thực NMOS M3 nằm vùng bảo hoà Cặp NMOS mắc chéo tạo điện trở âm -2/gm để bù trừ tổn hao LC, gm độ hỗ dẫn (transconductance) hai transistor M1 M2 Có hai tín hiệu xung hẹp (E F đảo E) tạo từ mạch phát cạnh xuống, điều khiển công tắc SW1 SW2 Khi SW1 OFF (tương ứng SW2 ON), mạch LC tạo dao động Kết mô Bộ phát xung UWB thiết kế mô dựa công nghệ CMOS 0,13μm Mạch thực với nguồn cung cấp 1,4V, dòng điện phát xung đo 0,57mA Thực việc truyền 25 bit liệu gồm: 0011110001110011111000100 với xung clock 1,5GHz, tốc độ truyền liệu 500Mbps (do điều chế tín hiệu tương ứng ba xung cho bit liệu) ISBN: 978-604-82-1375-6 51 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM A 00 1 1 0 1 0 1 1 0 γAl 2O 00 B C D E F Hình 10 Kết mô phát xung UWB C u( N O3 )2 Z n( N O3 )2 Trong A xung clock (1,5 GHz) B liệu vào C liệu vào điều chế D trì hoãn liệu điều chế thông qua cổng logic NOT E tín hiệu xung mạch phát cạnh xuống F xung UWB điều chế OOK Khối thứ nhất: khối dùng để điều chế liệu vào phương pháp OOK Đầu tiên liệu tín hiệu xung clock điều chế thông qua cổng logic AND, để tạo bit liệu Hình 11 Dữ liệu điều chế Sau bit liệu đưa vào mạch phát cạnh xuống xung, tín hiệu chia thành hai nhánh: nhánh đưa trực tiếp đến cổng logic NOR, nhánh lại tạo trì hoãn cách sử dụng cổng logic NOT trước đưa đến cổng logic NOR Ở đây, đặc tính trì hoãn truyền cổng logic NOT xem xét Cấu tạo cổng logic linh kiện điện tử, transistor ngắt dẫn cần phải có thời gian ngõ vào cổng logic thay đổi trạng thái chắn ngõ thay đổi được, thời gian nhỏ, gọi thời gian chuyển tiếp sai biệt thời gian thay đổi logic ngõ so với ngõ vào gọi thời gian trì hoãn truyền Kết mô tín hiệu xung tạo cổng logic NOR từ hai nhánh tín hiệu vào ISBN: 978-604-82-1375-6 52 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Hình 12 Tín hiệu xung (impulse) tạo Hình 13 Tín hiệu xung phóng to Khối thứ hai: có chức tạo xung UWB xung đưa đến ăng-ten truyền đến thu Mạch LC nhận tín hiệu xung tín hiệu đảo đưa vào thông qua hai công tắc chuyển SW1 SW2 Xung UWB xác định miền thời gian (time domain) miền tần số (frequency domain normalize PSD) trình bày Hình 14 Hình 15 Kết cho thấy, tín hiệu xung UWB có biên độ đỉnh-đỉnh (Vpp) 112 mV Đối với truyền thông UWB khoảng cách ngắn, biên độ xung đủ lớn để đưa đến ăng-ten truyền đến thu mà không cần sử dụng bất kỳ khuếch đại tín hiệu băng rộng Độ rộng xung UWB khoảng 600 ps với băng thông 4,0 GHz (6 – 10 GHz), tần số fc = 8,0 GHz mật độ phổ công xuất xung UWB nhỏ -43,7 dBm/MHz thoả mãn yêu cầu FCC phổ tần UWB, mức -41,3 dBm/MHz ISBN: 978-604-82-1375-6 53 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM 754.4mV 11.74ns 12.34ns 642.1mV Hình 14 Xung UWB miền thời gian FCC spectral mask GHz GHz 10GHz 3.1GHz 10.6GHz Hình 15 Mật độ phổ công suất xung UWB ISBN: 978-604-82-1375-6 54 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG XUNG Năng lượng xung xác định công thức sau: E = (Pavg)(PRT) (1) Trong Pavg công suất tiêu thụ trung bình phát xung PRT (Pulse Repetition Time): chu kỳ xung PRT = 1/PRR (2) PRR (Pulse Repetition Rate) Pulse Repeation Frequency (PRF): số lượng xung phát giây (tần số phát xung) Từ xung UWB tạo trên, xác định thông số sau: Chu kỳ xung (PRT) 0,67ns/pulse Công suất tiêu thụ trung bình phát xung (Pavg) 0,8 mW (với nguồn cung cấp 1,4 V, dòng điện 0,57 mA) Áp dụng công thức (1) tính lượng xung sau: E = 0,8 (mW) x 0,67 (ns/pulse) = 0,8 x 10-3 (W) x 0,67 x 10-9 (s/pulse) = 0,54 x 10-12 (W.s/pulse) = 0,54 x 10-12(J/pulse) = 0,54 (pJ/pulse) Ngoài ra, từ công thức (2), tần số phát xung xác định sau: PRR = 1/PRT =1/0,67 ns = 1/(0,67 x 10 -9 s) = 1,5 x 109 Hz = 1,5 GHz (3) PRR thông số quan trọng Dựa thông số này, tốc độ truyền liệu (data rate) phát xung xác định theo công thức sau: f p  n.f d hay f d  fp n (4) Trong fp tần số phát xung, ta có fp = 1,5 GHz từ (3), fd tốc độ truyền liệu, n số xung tạo cho bit liệu Trong phát này, bit liệu tạo tương ứng ba xung (n = 3), tốc độ truyền liệu xác định theo công thức (4) sau: fd  fp n = 500 Mbps Thực layout mô layout phát xung UWB Bộ phát xung UWB thiết kế layout dựa công nghệ chế tạo CMOS 0,13 μm Hình 16 trình bày kết layout phát xung UWB, với diện tích die đo đạt vào khoảng 0,22 mm2 Phần chiếm diện tích nhiều die chủ yếu điện cảm L Bên cạnh đó, phát xung UWB thực mô sau layout, kết trình bày hình 17 hình 18 Xung UWB có biên độ đỉnh-đỉnh (Vpp) 87 mV, thấp so với xung UWB mô từ schematic ảnh hưởng ký sinh mạch Tuy nhiên, truyền thông UWB khoảng cách ngắn biên độ đủ lớn để đưa đến ăng-ten truyền đến thu mà không cần sử dụng bất kỳ khuếch đại tín hiệu băng rộng Độ rộng xung UWB khoảng 700 ps thoả mãn yêu cầu độ rộng xung cho truyền thông UWB khoảng cách ngắn băng thông 4,0 GHz (5,5 – 9,5 GHz) ISBN: 978-604-82-1375-6 55 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Hình 16 Kết layout phát xung UWB Hình 17 Xung UWB miền thời gian Hình 18 Mật độ phổ công suất xung UWB ISBN: 978-604-82-1375-6 56 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Bảng trình bày kết mô sau layout phát xung UWB tóm tắt so sánh với kết mô schematic Bảng So sánh kết mô sau layout với mô schematic Thông số kỹ thuật (Specification) Công nghệ Technology (µm) Băng thông (GHz) Biên độ đỉnh xung Vpp (mV) Độ rộng xung Pulse Width (ns) Năng lượng xung Energy (pJ/pulse) Công suất tiêu thụ PowerDC(mW) Diện tích die Chip area (mm2) Kết mô Schematic (Schematic Simulation) 0,13μm - 10 Kết mô sau layout (Post-Layout Simulation) 0,13μm 5,5 - 9,5 112 87 0,6 0,7 0,54 0,54 0,8 0,8 - 0,22 KẾT LUẬN Bộ phát xung UWB thiết kế sử dụng phương pháp mạch tạo xung LC để tạo xung UWB Kết đạt xung UWB phù hợp với yêu cầu đặt phát xung UWB, nhằm ứng dụng việc truyền thông tin chip với Xung UWB tạo với biên độ đỉnh-đỉnh lên đến 112mV, độ rộng xung 600 ps, lượng xung thấp (0,54 pJ/pulse) mật độ phổ công xuất xung UWB nhỏ -43,7 dBm/MHz thoả mãn yêu cầu FCC phổ tần UWB Băng thông thu 4,0 GHz (6 – 10 GHz), tần số fc = 8,0 GHz với tốc độ truyền liệu 500 Mbps Bộ phát xung UWB thiết kế dựa công nghệ CMOS 0,13 μm, với diện tích mạch tích hợp die vào khoảng 0,2 mm2 DESIGN AND SIMULATION OF PULSE GENERATOR FOR UWB BASED ON LC-TANK DIFFERENTIAL OSCILLATORS TOPOLOGY Nguyen Chi Nhan1, Duong Hoai Nghia2, Dinh Van Anh3 Faculty of Physics-Engineering Physics, University of Science, VNU-HCMC Faculty of Electrical-Electronics Engineering, University of Technology, VNU-HCMC Department of Electrical and Computer Engineering, University of Saskatchewan, Canada ABSTRACT This paper presents a detailed analysis, design and simulation of pulse generator for UltraWideband (UWB) based on LC-tank differential oscillators topology The differential oscillators with a cross-coupled NMOS pair and a tail current source used to achieve more positive gain and generate negative resistance to the LC-tank Besides, this oscillators suitable for UWB high frequency and low power applications The UWB pulse generator is composed of a simple on-off keying (OOK) modulated and LC-tank differential oscillators The circuit of UWB pulse generator designed and simulated in 0.13 um CMOS technology The UWB pulse generator generates a pulse for the - 10 GHz UWB transmitter Simulation results show a pulse width of 600 ps, a peak to peak amplitude pulse of 112 mV from the 1.4V power supply and the die area of 0.2 mm2 The average power consumption is approximately 0.8 mW and an energy consumption of 0.54 pJ/pulse at 1.5GHz pulse repetition rate (PRR) is observed Key words: ultra-wide band (UWB), impulse generator, LC-tank differential oscillators TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Wentzloff and A P Chandrakasan, "A 47pJ/pulse 3.1-to-5GHz All-Digital UWB Transmitter in 90nm CMOS", ISSCC’07, pp 118-591, Feb 2007 [2] V Kulkarni, et al., “A 750Mb/s 12pJ/b 6-to-10GHz Digital UWB Transmitter”, CICC, pp 647-650, 2007 [3] J Ryckaert, et al., “A 0.65-to1.4nJ/Burst 3-10 GHz UWB All-digital TX in 90nm CMOS for IEEE 802.15.4a”, JSSC, vol 42, no 12, pp 2860-2869, Dec 2007 ISBN: 978-604-82-1375-6 57 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] T Norimatsu, et al., “A UWB-IR Transmitter with Digitally Controlled Pulse Generator”, JSSC, vol 42, no 6, pp 1300-1309, June 2007 V Kulkarni, et al., “A 750 Mb/s, 12 pJ/b, 6-to-10 GHz CMOS IR-UWB Transmitter With Embedded OnChip Antenna”, JSSC, vol 44, no 2, pp 394-403, Feb 2009 H Xie, X Wang, A Wang, B Zhao, Y Zhou, B Qin, H Chen and Z Wang (2008), “A Varying pulse width 5th-derivative Gaussian pulse generator for UWB transceivers in CMOS”, Proc IEEE Radio and Wireless Symposium, Orlando, Florida, USA, pp 171-174 QIN Bo, CHEN Hongyi, WANG Xin, WANG Albert and HAO Yinghui (2009), “An Ultra Low-Power FCC-Compliant 5th-Derivative Gaussian Pulse Generator for IR-UWB Transceiver”, Chinese Journal of Electronics, Vol 18, No 4, pp 605-609 Shin-Chih Chang (2005), “CMOS 5th Derivative Gaussian Impulse Generator for UWB Application,” Master of Science Electrical Engineering, The University Of Texas At Arlington, pp 1-96 Tuan-Anh Phan, Vladimir, Krizhanovskii, Seok-Kyun Han, and Sang-Gug Lee (2007), “4.7pJ/pulse 7th Derivative Gaussian Pulse Generator for Impulse Radio UWB”, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp 3043 - 3046 Y Zheng, et al., "A 0.18μm CMOS Dual-Band UWB Transceiver", ISSCC’07, pp 114-115, Feb 2007 D Wentzloff, A Chandrakasan, "Gaussian Pulse Generators for Subbanded Ultra-Wideband Transmitters," TMTT, vol 54, no 4, pp.1647-1655, Apr 2006 D Barras, et al., "A Multi-modulation Low-power FCC/EC-compliant IR-UWB RF Transmitter in 0.18μm CMOS," RFIC, pp 69-72, Jun 2009 A Phan, et al., “Energy-Efficient Low-Complexity CMOS Pulse Generator for Multiband UWB”, TCASI, vol 55, no 11, pp 3552-3563, Dec 2008 S Diao, Y Zheng, C.Heng “A CMOS Ultra Low-Power and Highly Efficient UWB-IR Transmitter for WPAN Applications”, IEEE Transactions on Circuits and Systems II, , vol 56, no 3, pp 200-204, March 2009 Tuan-Anh Phan, Jeongseon Lee, Vladimir Krizhanovskii, Seok-Kyun Han, and Sang-Gug Lee, “A 18pJ/Pulse OOK CMOS Transmitter for Multiband UWB Impulse Radio,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol 17, No 9, pp 688-690, Sep 2007 ISBN: 978-604-82-1375-6 58 [...]... 16 Kết quả layout bộ phát xung UWB Hình 17 Xung UWB trong miền thời gian Hình 18 Mật độ phổ công suất của xung UWB ISBN: 978-604-82-1375-6 56 Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Bảng 2 trình bày kết quả mô phỏng sau layout bộ phát xung UWB được tóm tắt và so sánh với kết quả mô phỏng schematic Bảng 2 So sánh kết quả mô phỏng sau layout với mô phỏng. .. của xung Vpp (mV) Độ rộng xung Pulse Width (ns) Năng lượng xung Energy (pJ/pulse) Công suất tiêu thụ PowerDC(mW) Diện tích die Chip area (mm2) Kết quả mô phỏng Schematic (Schematic Simulation) 0,13μm 6 - 10 Kết quả mô phỏng sau layout (Post-Layout Simulation) 0,13μm 5,5 - 9,5 112 87 0,6 0,7 0,54 0,54 0,8 0,8 - 0,22 KẾT LUẬN Bộ phát xung UWB đã được thiết kế sử dụng phương pháp mạch tạo xung LC để tạo. .. xung LC để tạo ra xung UWB Kết quả đạt được của xung UWB phù hợp với những yêu cầu đã đặt ra của bộ phát xung UWB, nhằm ứng dụng trong vi c truyền thông tin giữa các chip với nhau Xung UWB được tạo ra với biên độ đỉnh-đỉnh lên đến 112mV, độ rộng xung 600 ps, năng lượng xung thấp (0,54 pJ/pulse) và mật độ phổ công xuất của xung UWB nhỏ hơn -43,7 dBm/MHz thoả mãn yêu cầu của FCC về phổ tần UWB Băng thông... UWB Băng thông thu được là 4,0 GHz (6 – 10 GHz), tần số fc = 8,0 GHz với tốc độ truyền dữ liệu là 500 Mbps Bộ phát xung UWB được thiết kế dựa trên công nghệ CMOS 0,13 μm, với diện tích của mạch được tích hợp trên die vào khoảng 0,2 mm2 DESIGN AND SIMULATION OF PULSE GENERATOR FOR UWB BASED ON LC- TANK DIFFERENTIAL OSCILLATORS TOPOLOGY Nguyen Chi Nhan1, Duong Hoai Nghia2, Dinh Van Anh3 1 Faculty of Physics-Engineering... UltraWideband (UWB) based on LC- tank differential oscillators topology The differential oscillators with a cross-coupled NMOS pair and a tail current source used to achieve more positive gain and generate negative resistance to the LC- tank Besides, this oscillators suitable for UWB high frequency and low power applications The UWB pulse generator is composed of a simple on-off keying (OOK) modulated and LC- tank. .. ultra-wide band (UWB) , impulse generator, LC- tank differential oscillators TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Wentzloff and A P Chandrakasan, "A 47pJ/pulse 3.1-to-5GHz All-Digital UWB Transmitter in 90nm CMOS", ISSCC’07, pp 118-591, Feb 2007 [2] V Kulkarni, et al., “A 750Mb/s 12pJ/b 6-to-10GHz Digital UWB Transmitter”, CICC, pp 647-650, 2007 [3] J Ryckaert, et al., “A 0.65-to1.4nJ/Burst 3-10 GHz UWB All-digital... applications The UWB pulse generator is composed of a simple on-off keying (OOK) modulated and LC- tank differential oscillators The circuit of UWB pulse generator designed and simulated in 0.13 um CMOS technology The UWB pulse generator generates a pulse for the 6 - 10 GHz UWB transmitter Simulation results show a pulse width of 600 ps, a peak to peak amplitude pulse of 112 mV from the 1.4V power supply and... “A UWB- IR Transmitter with Digitally Controlled Pulse Generator”, JSSC, vol 42, no 6, pp 1300-1309, June 2007 V Kulkarni, et al., “A 750 Mb/s, 12 pJ/b, 6-to-10 GHz CMOS IR -UWB Transmitter With Embedded OnChip Antenna”, JSSC, vol 44, no 2, pp 394-403, Feb 2009 H Xie, X Wang, A Wang, B Zhao, Y Zhou, B Qin, H Chen and Z Wang (2008), “A Varying pulse width 5th-derivative Gaussian pulse generator for UWB. .. Impulse Radio UWB , IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp 3043 - 3046 Y Zheng, et al., "A 0.18μm CMOS Dual-Band UWB Transceiver", ISSCC’07, pp 114-115, Feb 2007 D Wentzloff, A Chandrakasan, "Gaussian Pulse Generators for Subbanded Ultra-Wideband Transmitters," TMTT, vol 54, no 4, pp.1647-1655, Apr 2006 D Barras, et al., "A Multi-modulation Low-power FCC/EC-compliant IR -UWB RF Transmitter... Multiband UWB , TCASI, vol 55, no 11, pp 3552-3563, Dec 2008 S Diao, Y Zheng, C.Heng “A CMOS Ultra Low-Power and Highly Efficient UWB- IR Transmitter for WPAN Applications”, IEEE Transactions on Circuits and Systems II, , vol 56, no 3, pp 200-204, March 2009 Tuan-Anh Phan, Jeongseon Lee, Vladimir Krizhanovskii, Seok-Kyun Han, and Sang-Gug Lee, “A 18pJ/Pulse OOK CMOS Transmitter for Multiband UWB Impulse