Sintetizador de freqüências de 2,4 GHz em CMOS, 0,35 µm para aplicações em ZigBee.

Sintetizadores de Freqüências são circuitos que geram sinais em freqüências pré-determinadas, sendo estes sinais usados tanto na recepção como na transmissão de Rádio Freqüência. Os circuitos Sintetizadores possuem diversos blocos, dentre os quais podemos citar, osciladores controlados por tensão (VCO Voltage-Controlled Oscillator), divisores programáveis (Prescaler), comparadores de fase (DFF Detectores de Fase e Freqüência), bombas de carga (CP Charge Pump) e Filtros Passa Baixas (LPF Low Pass Filters). Em 2003 foi projetado por Angel M.G. Argüello [Ar04] um circuito Sintetizador de Freqüências com arquitetura tipo Integer-N. Este circuito, projetado para ter banda centrada em torno de 2,4 GHz e 16 canais de 4,78 MHz, foi implementado na tecnologia CMOS 0,35 µm da AMS (Austrian Micro Systems), que possui quatro níveis de metais e dois níveis de polisilício. Após testes do circuito as seguintes conclusões sobre seu funcionamento foram derivadas: o circuito funcionou qualitativamente como projetado, sintetizando 16 tons de freqüência; o ruído de fase medido ficou acima do valor desejado; a potência consumida esteve dentro dos valores previstos, porém elevada. No decorrer de 2004 foram feitas alterações no layout do circuito de Argüello com o objetivo de melhorar o ruído de fase. Estas alterações serviram como estudo preliminar para este trabalho. Dando continuidade ao desenvolvimento de Sintetizadores, em 2005 foram estudadas novas estruturas e layouts mais eficientes no tocante a ruído de fase, dando-se especial atenção às alimentações dos circuitos digitais e analógicos e ao isolamento entre os mesmos. Um novo circuito Sintetizador foi desenvolvido para aplicações em sistemas ZigBee, que operam na banda de freqüência entre 2,400 GHz a 2,485 GHz, com 16 canais de largura igual 2 à 5 MHz. Resultados de simulação sobre o circuito projetado apontaram o funcionamento adequado, com consumo de potência inferior a 32 mW para tensão de alimentação de 3,3 V.

Frequency Synthesizers are circuits that generate pre-determined frequencies, used in both radio frequency reception and transmission. The Synthesizer circuits are composed by several blocks, such as Voltage-Controlled Oscillator (VCO), Prescaler, PFD (Phase/Frequency Detector), Charge Pump (CP), and Low Pass Filters (LPF). In 2003, an Integer-N architecture Frequency Synthesizer circuit was developed by Angel M.G. Argüello [Ar04]. This circuit, designed to have a band centered around 2.4 GHz and 16 channels with a 4.78 MHz, were implemented with the 0.35 µm CMOS technology from AMS (Austrian Micro Systems), using four metal levels and two polisilicon levels. After the circuit tests, the following conclusions about its operation were derived: the designed circuit operated as expected, generating 16 tons of frequency; the phase noise stayed above of the desired value; the power consumption were within the expected values although high. During the year of 2004, several modifications in the Argüello circuit layout have been done in order to improve the phase noise. These modifications were a preliminary study to this work. Advancing in the development of Synthesizers, in 2005 new structures and more efficient layouts, in terms of noise, were studied, with special attention given to the digital and analog power supplies and their isolation. A new Synthesizer was developed for applications with the ZigBee, which operates with frequencies from 2.400 GHz to 2.485 GHz and 16 channels of 5 MHz. The simulation results pointed out the correct operation of the circuit, with power consumption lower than 32 mW for power supply of 3.3 V.