Tesis doctoral de Juan Pablo Alegre Pérez
Tras la revolución de internet que comenzó en la década de los ochenta, surgieron nuevos sistemas de comunicación que permitían interconectar diferentes procesadores entre sí. Entre esos nuevos sistemas encontramos sistemas wireless, tales como wlan o bluetooth, que han ido aumentando en popularidad durante los últimos años y que, en consecuencia, han recibido grandes inversiones en tiempo, esfuerzo y dinero por parte de centros académicos e industria. el diseño de uno de estos receptores wireless requiere del trabajo conjunto de diferentes especialistas atendiendo a los diferentes bloques que conforman el sistema: amplificador de bajo ruido (lna), circuito de control automático de ganancia (agc), filtros, conversor analógico-digital (adc), etc. Esta tesis se ha centrado en el análisis y diseño de los agcs. Y específicamente en aquellos agcs basados en un lazo de tipo feedforward. La motivación radica en que los receptores wireless presentan severas restricciones debidas a la necesidad de un tiempo de convergencia máximo reducido, además de un rango dinámico ancho. Es bajo estas condiciones donde los agcs de tipo feedforward, frente a los convencionales en feedback, exhiben sus mayores ventajas. de este modo, el objetivo principal de esta tesis es caracterizar y desarrollar soluciones agc basadas en lazos feedforward para entornos wireless que mejoren las prestaciones obtenidas por soluciones homólogas de tipo feedback presentes en la literatura. Entre los propósitos se encuentra diseñar agcs que operen a diferentes frecuencias específicas: en bandas de 300 khz a 20 mhz, alrededor de los 100 mhz o de los 250 mhz. Asimismo, se han buscado sistemas con un tiempo de establecimiento corto, no-linealidades por debajo del 1% y un error máximo de la ganancia de 1 db. el punto de partida ha sido un análisis teórico de las dos configuraciones posibles en un agc: feedback y feedforward. Este análisis ha sido acompañado de una verificación mediante modelos generados en matlab (software matemático que dispone de una plataforma de simulación multidominio). A continuación se han caracterizado, modelado e implementado las celdas básicas necesarias que conforman un agc: amplificador de ganancia variable/programable (vga/pga), detector de pico y los diferentes circuitos generadores de la tensión de control. en el campo de las vga/pga se aprovechó el trabajo realizado con anterioridad dentro del grupo en el diseño de celdas transconductoras de alto rendimiento, adaptándolas para su integración en algunos de los agcs. Al mismo tiempo, se hizo una nueva propuesta de vga lineal basado en una celda multiplicadora cuyos resultados estuvieron a la par del resto de celdas pga. además, se ha realizado un estudio profundo sobre los detectores de pico partiendo de las estructuras más básicas para terminar en otras más complejas. Nuestra atención se centró principalmente en aquellas técnicas que aumentaban la velocidad de seguimiento de la envolvente sin ocasionar una perdida de precisión. Así, se implementaron varias estructuras tanto en tecnología cmos de 0.35 micras como en sige bicmos de 0.25 micras que, además de cumplir este requisito, ofrecían un importante ahorro de área capacitiva. finalmente, se caracterizaron tres agcs con distinta funcionalidad. El primero se trata un agc con lazo feedforward digital que puede operar a frecuencias de hasta 100 mhz con un rango ganancial de 18 db en pasos de 3 db y un tiempo de respuesta máximo de 0.25 ¿s. El circuito se implementó en una tecnología estándar cmos de 0.35 micras. el segundo agc fue implementado en tecnología sige bicmos y desarrollado específicamente para un receptor 802.11a wlan. Este circuito hace uso de un lazo feedforward analógico que aprovecha la respuesta exponencial inherente de los transistores bipolares. Dicho agc es capaz de alcanzar la convergencia en un tiempo menor que el más rápido encontrado en la literatura para esta aplicación obteniendo resultados similares, si no mejores, para el resto de características. en el tercer y último agc se combinaron los lazos feedback/feedforward en un solo circuito y se estudiaron las ventajas y desventajas de combinar ambas técnicas. Además se analizó un detector de envolvente pseudo logarítmico para el lazo feedback y una sencilla arquitectura totalmente digital sin necesidad de detector de pico en el lazo feedforward. Este agc es capaz de operar a frecuencias de hasta 250 mhz con un rango ganancial continuo de 12 db y, al igual que el primero, fue implementando en tecnología cmos de 0.35 micras. en todos los temas tratados se plantea una discusión crítica de los resultados obtenidos, resultados que en su totalidad han sido verificados experimentalmente y demuestran la viabilidad y superioridad del lazo feedforward como alternativa al feedback en aplicaciones que requieran una rápida convergencia.
Datos académicos de la tesis doctoral «Arquitecturas de control automático de ganancia para receptores rf«
- Título de la tesis: Arquitecturas de control automático de ganancia para receptores rf
- Autor: Juan Pablo Alegre Pérez
- Universidad: Zaragoza
- Fecha de lectura de la tesis: 30/06/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Santiago Celma Pueyo
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Francisco vidal Fernández fernández
- Juan Manuel Carrillo calleja (vocal)
- Antonio Jesús Lopez martin (vocal)
- Manuel Lozano fantoba (vocal)