5.2 GHz variable-gain amplifier and power amplifier driver for WLAN IEEE 802.11a transmitter front-end

A 5.2 GHz variable-gain amplifier (VGA) and a power amplifier (PA) driver are designed for WLAN IEEE 802.11a monolithic RFIC. The VGA and the PA driver are implemented in a 50 GHz 0.35 μm SiGe BiCMOS technology and occupy 1.12×1.25 mm~2 die area. The VGA with effective temperature compensation is controlled by 5 bits and has a gain range of 34 dB. The PA driver with tuned loads utilizes a differential input, single-ended output topology, and the tuned loads resonate at 5.2 GHz. The maximum overall gain of the VGA and the PA driver is 29 dB with the output third-order intercept point (OIP3) of 11 dBm. The gain drift over the temperature varying from -30 to 85℃ converges within±3 dB. The total current consumption is 45 mA under a 2.85 V power supply.

A Low Power Baseband Chain for CMMB Application

This paper presents experimental results of an analog baseband circuit for China Multimedia Mobile Broadcasting (CMMB) direct conversion receiver in 0.35um SiGe BiCMOS process. It is the first baseband of CMMB RFIC reported so far. A 8(th)-order chebyshev low pass filter (LPF) with calibration system is used in the analog baseband circuit, the filter provides 0.5 dB passband ripple and -35 dB attenuation at 6MHz with the cutoff frequency at 4MHz, the calibration of filter is reported to achieve the bandwidth accuracy of 3%. The baseband variable gain amplifier (VGA) achieves more than 40 dB gain tuning with temperature compensation. In addition, A DC offset cancellation circuit is also introduced to remove the offset from layout and self-mixing, and the remaining offset voltage and current consumption are only 6mV and 412uA respectively. Implemented in a 0.35um SiGe technology with 1.1 mm(2) die size, this tuner baseband achieves OIP3 of 25.5 dBm and dissipate 16.4 mA under 2.8-V supply.

A low power high linearity baseband for a direct conversation CMMB tuner

An analog baseband circuit made in a 0.35-μm SiGe BiCMOS process is presented for China Multimedia Mobile Broadcasting (CMMB) direct conversion receivers. A high linearity 8th-order Chebyshev low pass filter (LPF) with accurate calibration system is used. Measurement results show that the filter provides 0.5-dB pass-band ripple, 4% bandwidth accuracy, and -35-dB attenuation at 6 MHz with a cutoff frequency of 4 MHz. The current steering type variable gain amplifier (VGA) achieves more than 40-dB gain range with excellent temperature compensation.This tuner baseband achieves an OIP3 of 25.5 dBm, dissipates 16.4 mA under a 2.8-V supply and occupies 1.1 mm~2 of die size.

Analysis of extended range variable gain hybrid Raman-EDFAs in systems using Nyquist-WDM 100/200G PM-QPSK/16QAM

We use the GN-model to assess Nyquist-WDM 100/200Gbit/s PM-QPSK/16QAM signal reach on low loss, large core area fibre using extended range, variable gain hybrid Raman-EDFAs. 5000/1500km transmission is possible over a wide range of amplifier spans. © OSA 2014.

A low-voltage programmable-gain CMOS amplifier with very-low temperature-drift

A new topology for a LVLP variable-gain CMOS amplifier is presented. Input- and load-stage are built around triode-transconductors so that voltage-gain is fully defined by a linear relationship involving only device-geometries and biases. Excellent gain-accuracy, temperature-insensitivity; and wide range of programmability, are thus achieved. Moreover, adaptative biasing improves the common-mode voltage stability upon gain-adjusting. As an example, a 0-40dB programmablegain audio-amplifier is designed. Its performance is supported by a range of simulations. For VDD=1.8V and 20dB-nominal gain, one has Av=19.97dB, f3db=770KHz and quiescent dissipation of 378μW. Over temperatures from -25°C to 125°C, the 0. ldB-bandwidth is 52KHz. Dynamic-range is optimized to 57.2dB and 42.6dB for gains of 20dB and 40dB, respectively. THD figures correspond to -60.6dB@Vout= 1Vpp and -79.7dB@Vout= 0.5 Vpp. A nearly constant bandwidth for different gains is also attained.

A High‐Gain Audiofrequency Amplifier

The design of a three‐stage high‐gain amplifier for laboratory use in audiofrequency investigations is described. Four‐electrode tubes are used as screen‐grid amplifiers and an amplification of the order of 200 per stage is obtained. The inaccuracy of McDonald's formula for calculation of stage‐gain has been pointed out. The gain‐frequency characteristics are given for power as well as voltage amplification. It is shown that extreme care is necessary in the design of shielding to obtain high‐voltage amplification of the order of 120 decibels as obtained in this three‐stage amplifier.

A power-scalable RF CMOS receiver for 2.4 GHz Wireless Sensor Network applications

A power scalable receiver architecture is presented for low data rate Wireless Sensor Network (WSN) applications in 130nm RF-CMOS technology. Power scalable receiver is motivated by the ability to leverage lower run-time performance requirement to save power. The proposed receiver is able to switch power settings based on available signal and interference levels while maintaining requisite BER. The Low-IF receiver consists of Variable Noise and Linearity LNA, IQ Mixers, VGA, Variable Order Complex Bandpass Filter and Variable Gain and Bandwidth Amplifier (VGBWA) capable of driving variable sampling rate ADC. Various blocks have independent power scaling controls depending on their noise, gain and interference rejection (IR) requirements. The receiver is designed for constant envelope QPSK-type modulation with 2.4GHz RF input, 3MHz IF and 2MHz bandwidth. The chip operates at 1V Vdd with current scalable from 4.5mA to 1.3mA and chip area of 0.65mm2.

A low-voltage wide-swing programmable-gain current amplifier

A CMOS low-voltage, wide-swing continuous-time current amplifier is presented. Exhibiting an open-loop architecture, the circuit is composed of transresistance and transconductance stages built upon triode-operating transistors. In addition to an extended dynamic range, the current gain can be programmed within good accuracy by a rapport involving only transistor geometries and tuning biases. Low temperature-drift on gain setting is then expected.In accordance with a 0.35 mum n-well CMOS fabrication process and a single 1.1 V-supply, a balanced current-amplifier is designed for a programmable gain-range of 6 - 34 dB and optimized with respect to dynamic range. Simulated results from PSPICE and Bsim3v3 models indicate, for a 100 muA(pp)-output current, a THD of 0.96 and 1.87% at 1 KHz and 100 KHz, respectively. Input noise is 120 pArootHz @ 10 Hz, with S/N = 63.2 dB @ 1%-THD. At maximum gain, total quiescent consumption is 334 muW. Measurements from a prototyped amplifier reveal a gain-interval of 4.8-33.1 dB and a maximum current swing of 120 muA(pp). The current-amplifier bandwidth is above 1 MHz.

Projecto de receptores integrados de banda larga

O presente trabalho tem como objectivo o estudo e projecto de receptores optimizados para sistemas de comunicações por fibra óptica de muito alto débito (10Gb/s e 40Gb/s), com a capacidade integrada de compensação adaptativa pós-detecção da distorção originada pela característica de dispersão cromática e de polarização do canal óptico. O capítulo 1 detalha o âmbito de aplicabilidade destes receptores em sistemas de comunicações ópticas com multiplexagem no comprimento de onda (WDM) actuais. O capítulo apresenta ainda os objectivos e principais contribuições desta tese. O capítulo 2 detalha o projecto de um amplificador pós-detecção adequado para sistemas de comunicação ópticos com taxa de transmissão de 10Gb/s. São discutidas as topologias mais adequadas para amplificadores pós detecção e apresentados os critérios que ditaram a escolha da topologia de transimpedância bem como as condições que permitem optimizar o seu desempenho em termos de largura de banda, ganho e ruído. Para além disso são abordados aspectos relacionados com a implementação física em tecnologia monolítica de microondas (MMIC), focando em particular o impacto destes no desempenho do circuito, como é o caso do efeito dos componentes extrínsecos ao circuito monolítico, em particular as ligações por fio condutor do monólito ao circuito externo. Este amplificador foi projectado e produzido em tecnologia pHEMT de Arsenieto de Gálio e implementado em tecnologia MMIC. O protótipo produzido foi caracterizado na fábrica, ainda na bolacha em que foi produzido (on-wafer) tendo sido obtidos dados de caracterização de 80 circuitos protótipo. Estes foram comparados com resultados de simulação e com desempenho do protótipo montado num veículo de teste. O capítulo 3 apresenta o projecto de dois compensadores eléctricos ajustáveis com a capacidade de mitigar os efeitos da dispersão cromática e da dispersão de polarização em sistemas ópticos com débito binário de 10Gb/s e 40Gb/s, com modulação em banda lateral dupla e banda lateral única. Duas topologias possíveis para este tipo de compensadores (a topologia Feed-Forward Equalizer e a topologia Decision Feedback Equaliser) são apresentadas e comparadas. A topologia Feed-Forward Equaliser que serviu de base para a implementação dos compensadores apresentados é analisada com mais detalhe sendo propostas alterações que permitem a sua implementação prática. O capítulo apresenta em detalhe a forma como estes compensadores foram implementados como circuitos distribuídos em tecnologia MMIC sendo propostas duas formas de implementar as células de ganho variável: com recurso à configuração cascode ou com recurso à configuração célula de Gilbert. São ainda apresentados resultados de simulação e experimentais (dos protótipos produzidos) que permitem tirar algumas conclusões sobre o desempenho das células de ganho com as duas configurações distintas. Por fim, o capítulo inclui ainda resultados de desempenho dos compensadores testados como compensadores de um sinal eléctrico afectado de distorção. No capítulo 4 é feita uma análise do impacto da modulação em banda lateral dupla (BLD) em comparação com a modulação em banda lateral única (BLU) num sistema óptico afectado de dispersão cromática e de polarização. Mostra-se que com modulação em BLU, como não há batimento entre portadoras das duas bandas laterais em consequência do processo quadrático de detecção e há preservação da informação da distorção cromática do canal (na fase do sinal), o uso deste tipo de modulação em sistemas de comunicação óptica permite maior tolerância à dispersão cromática e os compensadores eléctricos são muito mais eficientes. O capítulo apresenta ainda resultados de teste dos compensadores desenvolvidos em cenários experimentais de laboratório representativos de sistemas ópticos a 10Gb/s e 40Gb/s. Os resultados permitem comparar o desempenho destes cenários sem e com compensação eléctrica optimizada, para os casos de modulação em BLU e em BLD, e considerando ainda os efeitos da dispersão na velocidade de grupo e do atraso de grupo diferencial. Mostra-se que a modulação BLU em conjunto com compensação adaptativa eléctrica permite um desempenho muito superior á modulação em BLD largamente utilizada nos sistemas de comunicações actuais. Por fim o capítulo 5 sintetiza e apresenta as principais conclusões deste trabalho.