Integrierter Aufwachempfänger in einer BiCMOS-Halbleitertechnologie
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Im Rahmen dieser Arbeit wird der Entwurf und die Charakterisierung eines voll integrierten Aufwachempfängerschaltkreises in einer 130 nm-SiGe-BiCMOS-Technologie beschrieben. Der Entwurf des Empfängers erfolgte basierend auf dem in [21] beschriebenen Konzept eines schnell abtastenden Überlagerungsempfängers. Die systemtheoretischen Grundlagen wurden bereits ausführlich in [21] dargelegt, so dass der Kern dieser Arbeit auf der schaltungstechnischen Realisierung der Empfängerkomponenten liegt und entsprechend wichtige Entwurfskriterien abgeleitet werden. Die bis dato verwendete Empfängerarchitektur des analogen Front-Ends wurde um einen rauscharmen HF-Vorverstärker und ein schmalbandiges ZF-Filter zur Verbesserung der Empfindlichkeit erweitert. Außerdem erfolgte der Entwurf für das 2,4 GHz-ISM-Band. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Reduktion der Stromaufnahmen einzelner Schaltkreise im HF-Signalpfad, wobei dazu vor allem der Einsatz optimierter Schaltungskonzepte und SiGe-Bipolartransistoren untersucht worden ist, um deren Potential für eine leistungseffizientere Implementierung auszunutzen. Der entworfene Analogteil des Aufwachempfängers besteht aus den Komponenten: LNA, Mischer, Oszillator, Limitierverstärker, Zwischenfrequenzverstärker und -filter, Hüllkurvendemodulator und einem 1 Bit-Analog-Digital-Wandler, die gezielt für kurze Einschwingzeiten beim Pulsbetrieb des Empfängers entworfen sind. Zusätzlich wurde eine schaltbare Stromquelle und der Pulsgenerator zur Schaltsignalgenerierung auf dem Prototypen-Schaltkreis integriert.
Die entwickelte digitale Basisbandverarbeitungseinheit implementiert eine vierfache Überabtastung und ein neuartiges Regelverfahren zur zeitlichen Synchronisation der Empfangsdaten mit dem Takt des Senders. Ebenfalls Bestandteil sind zwei 31 Bit-Korrelatoren, die durch eine Vorwärtsfehlerkorrektur eine höhere Störsicherheit beim Datenempfang ermöglichen.
Der Aufwachempfänger erlaubt den Empfang von speziellen 31 Bit-Codesequenzen mit Datenraten von 64 bit/s bis 8192 bit/s , die dem HF-Trägersignal mit der Frequenz 2,4 GHz durch eine An-Aus-Amplitudenmodulation aufgeprägt sind. Die Leistungsaufnahme des IC skaliert mit der Datenrate und erreicht sehr geringe Werte zwischen 3,2 μW und 97 μW durch das optimierte analoge BiCMOS-Front-End. Es konnte eine hohe Empfängerempfindlichkeit von -81 dBm bei Aufwachfehlerraten < 10^−3 unabhängig von der Datenrate gemessen werden. Mit den erreichten Parametern und einer Sendeleistung von 10 dBm konnte eine Reichweite von 191 m bei Leistungsaufnahmen unterhalb von 10 μW gemessen werden.
Die entwickelte digitale Basisbandverarbeitungseinheit implementiert eine vierfache Überabtastung und ein neuartiges Regelverfahren zur zeitlichen Synchronisation der Empfangsdaten mit dem Takt des Senders. Ebenfalls Bestandteil sind zwei 31 Bit-Korrelatoren, die durch eine Vorwärtsfehlerkorrektur eine höhere Störsicherheit beim Datenempfang ermöglichen.
Der Aufwachempfänger erlaubt den Empfang von speziellen 31 Bit-Codesequenzen mit Datenraten von 64 bit/s bis 8192 bit/s , die dem HF-Trägersignal mit der Frequenz 2,4 GHz durch eine An-Aus-Amplitudenmodulation aufgeprägt sind. Die Leistungsaufnahme des IC skaliert mit der Datenrate und erreicht sehr geringe Werte zwischen 3,2 μW und 97 μW durch das optimierte analoge BiCMOS-Front-End. Es konnte eine hohe Empfängerempfindlichkeit von -81 dBm bei Aufwachfehlerraten < 10^−3 unabhängig von der Datenrate gemessen werden. Mit den erreichten Parametern und einer Sendeleistung von 10 dBm konnte eine Reichweite von 191 m bei Leistungsaufnahmen unterhalb von 10 μW gemessen werden.
| Erscheinungsdatum | 14.03.2017 |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
| Schlagworte | Aufwachempfänger • BICMOS • IOT |
| ISBN-10 | 3-95947-008-8 / 3959470088 |
| ISBN-13 | 978-3-95947-008-7 / 9783959470087 |
| Zustand | Neuware |
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