SIMULAZIONE DEL SISTEMA COMPLESSIVO

Valutiamo ora il comportamento del sistema composto, includendo il mixer a monte della catena di amplificazione. Lo schema riassuntivo viene riportato alla pagina successiva. In primo luogo si valuta il comportamento all’accensione.

Il livello e la frequenza dei segnali applicati sono quelli tipici delle simulazioni giá effettuate (ovvero segnale in banda base a 70 mV, portante a 285 mV e 2.5GHz,

alimentazione differenziale di 1.8 V). Viene riportato quindi il risultato dell’ analisi Montecarlo con 50 prove di simulazione in transitorio; la tensione di alimentazione viene fornita con una rampa il cui tempo di salita è impostato a 500 ns. Le curve di seguito rappresentano la sovrapposizione degli andamenti temporali della tensione in uscita al PA:

Figura 5.83: Andamento della tensione in uscita al PA nella situazione di accensione con alimentazione a rampa di 500 ns .

Figura 5.84: Schema del sistema complessivo con tabella riassuntiva dei dimensionamenti effettuati. Nome Tipo W (µm) L (µm) M1,M2,M3,M4 nlvt 1.2 1 M5,M6 nlvt 0.4 0.2 M7 phvt 0.82 0.2 M8,M10 nhvt 0.12 0.25 M9,M11 phvt 0.17 0.1 M12 nhvt 0.9 0.25 M13 phvt 0.85 0.1 M14 nlvt 6.5 0.1 M15 plvt 15.8 0.1

Il sistema evolve rapidamente a regime, tuttavia la cosa significativa è la presenza di picchi transitori nell’inviluppo del segnale il cui livello risulta variabile sulle diverse prove. È importante monitorarne il livello in quanto si ricorda che i transistori del PA lavorano inevitabilmente vicino al breackdown: il rispetto del limite di tensione sulla

gd

V = 1.9 V va garantito, naturalmente, non soltanto a regime ma anche all’accensione; alzare ulteriormente l’ampiezza del segnale con cui viene comandato il PA serve solo ad aumentare il rischio di oltrepassare la soglia massima; in questo senso il simulatore verifica istante per istante il rispetto dei vincoli sulle escursioni massime consentite nel corso di ogni simulazione, segnalando con dei messaggi di “warning” gli eventuali superamenti dei limiti imposti dalla tecnologia.

Nel nostro caso simulazione in transitorio è stata reiterata 100 volte, senza la presenza di alcun errore nel report di simulazione reso disponibile da SPECTRE. Il corretto funzionamento del sistema viene così assicurato al 100%, in quanto si tiene conto anche delle possibili variazioni nel suo comportamento rispetto a quanto previsto, per i soliti errori di matching e di processo. Non rimane altro che effettuare una verifica sullo spettro del segnale di uscita, effettuata al solito attraverso una simulazione PSS:

0 1G 2G 3G 4G 5G 6G 7G 8G -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 7.502 GHz 4.998 GHz 2.499 GHz 50 db V o u t (d b V ) frequenza (Hz)

Figura 5.85: Spettro di tensione in uscita al PA valutato attraverso la simulazione PSS del sistema globale con V_bbm= 70 mV e V_olm=285 mV.

Valutiamo, ora, attraverso una analisi Monte Carlo, il rapporto tra la potenza all’armonica fondamentale e sulle spurie. Si effettua prima di tutto il confronto entro la banda utile; come si vede dalla figura 5.86 si ha circa 0 dBm sull’armonica a 2.499 GHz, mentre invece le altre componenti sono mediamente attenuate più di 40 dB; anche in questo caso, come ci si aspettava, la spuria a livello più alto è legata al feedthrough dell’oscillatore locale. Nella figura successiva, invece, la componente utile viene messa a confronto con le distorsioni di seconda e terza armonica; si evince una separazione media rispettivamente di 25 dB e 22 dB. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 d B m iterazione 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 d B m iterazione 2.499 GHz 5 GHz 7.5 GHz

Figure 5.86,87: Confronto della potenza utile con le spurie in banda (a sinistra) e fuori banda per il circuito complessivo riportato in figura 5.84. La simulazione Monte Carlo è stata effettuata con V_bb= 70 mV e V_olm=285 mV.

CONCLUSIONI

In questo lavoro di tesi si sono illustrate le ceratteristiche principali di Zigbee e contestualmente si è proceduto ad una rigorosa indagine analitica riguardo le scelte operate a livello fisico per quanto riguarda il formato di modulazione adottato nonchè la codifica dei dati.

La prima parte dell’attività svolta ha rivelato un protocollo di comunicazione per reti wireless molto semplice ed esplicitamente indirizzato al basso consumo di potenza in tutti i punti della sua formulazione.

Nella parte di progettazione si è invece sviluppato in ambiente Cadence la sezione RF di un trasmettitore “Zigbee compliant” in tecnologia st090; i risultati delle simulazioni effettuate mostrano una dissipazione media del sistema globale di 2.65 mW a fronte di 1.1 mW di potenza utile. La miglior realizzazione esibisce, solo nella parte terminale della catena di trasmissione, un consumo pari a 14.4 mW, senza includere il mixer, mentre l’intero trasmettitore consuma 18 mW, dati riferiti sempre ad una potenza utile che si aggira su 1 mW.

L’evidente miglioramento ottenuto è da considerarsi come il risultato di una progettazione elettronica ottimizzata per il basso consumo: adozione di architetture “low power”, scelta, su base simulativa, dei componenti più adatti allo scopo tra quelli disponibili nella libreria tecnologica, adozione di un amplificatore di potenza ad alto rendimento.

I risultati conseguiti sono resi ancor più significativi considerando la totale assenza di induttori integrati su chip, nonché l’utilizzo di una tecnologia ancora poco sfruttata per applicazioni analogiche; essi lasciano intravedere interessanti prospettive per il completo sviluppo, in un prossimo futuro, di un transceiver Zigbee a bassissimo consumo, il che costituisce una premessa per l’espansione del wireless anche in settori e per applicazioni non ancora sfruttati a pieno dall’elettronica di consumo.

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