طراحي يك فرستنده IR-UWB با چگالي طيفي توان تطبيق‌پذير در محدوده Gpps 0.02-1.4

Design of an IR-UWB Transmitter with Adaptive Power Spectral Density in 0.02 – 1.4 Gpps

بسياري از فرستنده‌هاي راديويي UWB براي نرخ تكرار پالس خاصي طراحي شده‌اند. به اين معني كه چگالي طيفي توان در اين فرستنده‌ها، به‌طور كامل با ماسك توان FCC منطبق نبوده و به‌ازاي برخي از نرخ‌هاي تكرار پالس، از محدوده تواني آن تجاوز مي‌كند. اين مسئله در كاربردهاي بي‌سيم برد كوتاه كه به نرخ تكرار پالس متغير نياز دارند اهميت به سزايي دارد. در اين مقاله، يك فرستنده IR-UWB با چگالي طيفي توان تطبيق‌پذير مبتني بر مدولاسيون OOK در تكنولوژي 180 نانومتر CMOS شركت TSMC طراحي شده است. تطبيق‌پذيري چگالي طيفي توان پالس UWB فرستنده با نرخ تكرار پالس، با استفاده از تكنيك پيش‌شارژ تك‌سيكل محدود محقق شده و از آشكارساز فاز/فركانس به‌منظور گسترش محدوده آن استفاده شده است. پالس UWB نيز توسط فيلتر شكل‌دهنده توليد شده است. نتايج شبيه‌سازي پساجانمايي نشان مي‌دهند كه قله چگالي طيفي توان، به‌ازاي نرخ تكرار پالس در بازه Gpps 0.02-1.4، در محدوده توان تشعشعي همسانگرد معادل، يعني dBm/MHz -41.3 بوده و داراي تغييراتي برابر با dBm/MHz 3.38 است. با در نظر گرفتن تمامي مدارات به‌كار رفته، توان مصرفي كلي فرستنده در نرخ‌هاي تكرار پالس 10، 100، 500 و Mpps 1400 به‌ترتيب برابر با 0.293، 0.6235، 0.792 و mW 2.022 است. مساحت ناحيه فعال تراشه بدون در نظر گرفتن بالشتك‌هاي STG و اتصال mm2 0.38 است.

Most of the ultra wideband (UWB) transmitters are designed for a specific pulse repeating rate (PRR). This means that the power spectral density (PSD) in these transmitters is not completely adaptable to the FCC power mask and for some PRRs, it exceeds the mask power limits. This is an important issue in short-range applications requiring a variable PRRs. In this paper, an on-off keying (OOK) impulse radio ultra wideband (IR-UWB) transmitter with adaptive PSD is proposed in 180 nm TSMC CMOS technology. The adaptivity of the PSD with PRR has been obtained using a limited monocycle precharge (LMPC) technique and phase/frequency detector (PFD) has been used in order to expand its range. The UWB pulse has been generated based on shaping filter. The results of post layout simulation show that the PSD peak value is kept closely below the equivalent isotropically radiated power (EIRP) limit, i.e., -41.3 dBm/MHz in 0.02-1.4 Gpps with only the variation of 3.38 dBm/MHz. The overall power consumption of transmitter including all of the circuits at PRRs of 10, 100, 500, and 1400 Mpps is only 0.293, 0.6235, 0.792, and 2.022 mW, respectively. The active circuit area excluding bonding pads and STG pads is only 0.38 mm2.