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Progetto e simulazione di un Mixer per W-LAN 5-6 GHz

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Academic year: 2021

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Prefazione

Lo sviluppo dei moderni sistemi d’ informazione e di telecomunicazione è stato particolarmente vivace ed ha portato in pochissimi anni ad enormi cambiamenti nella vita dell’ uomo e nell’ economia mondiale. La necessità di rendere la comunicazione fra i cittadini rapida ed efficiente e consentire l’ accesso a reti e servizi senza la necessità di cablaggi è stata, più recentemente, il volano principale per lo sviluppo delle applicazioni WLAN (Wireless Local Area Network). La rapida diffusione di questi servizi è sicuramente da accreditare ai costi contenuti e alla semplicità di utlizzo; nel contempo, gli organismi internazionali, emanando degli standard di riferimento sempre più evoluti, hanno tracciato le caratteristiche fisiche, elettriche e procedurali alle quali i dispositivi devono ubbidire, concedendo ai diversi produttori la possibilità di immettere nel mercato dispositivi compatibili fra loro e garantendo un elevato livello qualitativo delle applicazioni wireless.

In questo contesto, trova sempre più spazio la domotica, cioè le applicazioni della microelettronica in ambiente domestico e negli uffici, con la finalità di un sostanziale miglioramento della qualità della vita ed un aumento dei comfort. Un sistema domotico si prefigge di risolvere i bisogni dell’ utente proponendo delle soluzioni tecniche che sfruttano al meglio le sinergie ottenibili tra i diversi sistemi, mediante l’ integrazione e l’ automazione dei dispositivi elettrici ed elettronici, degli elettrodomestici, dei sistemi di comunicazione, di controllo e sorveglianza presenti nelle abitazioni. Questo sistema si completa, di solito, attraverso uno o più sistemi di comunicazione con il mondo esterno per permetterne il controllo e la visualizzazione dello stato anche da remoto.

La ricerca di questo lavoro di tesi si prefigge il re-design di un Mixer a reiezione della frequenza immagine per applicazioni WLAN in grado di realizzare una conversione dalla Radiofrequenza ( f ) a frequenza intermedia (RF f ). Questo blocco IF

circuitale è parte di un contesto più ampio: il “Progetto Cofin2002”, un programma di ricerca biennale, cofinanziato dal Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca, di cui il Prof. B. Neri del Dipartimento dell’Informazione dell’Università di

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ii Pisa è coordinatore nazionale. Il programma di ricerca ha visto la collaborazione di più università (Parma, Modena, Perugia ed Ancona).

L’obiettivo complessivo è la realizzazione di una interfaccia multistandard a RF integrabile su un singolo chip per applicazioni nel campo della domotica.

Il progetto è articolato in due fasi distinte:

9 Progetto ed integrazione delle singole celle che costituiscono l’intero sistema. 9 Misure e re-design delle celle per la successiva integrazione in macrocelle. In questo lavoro di tesi ci siamo occupati dello sviluppo della seconda fase; malgrado il progetto preveda un’operatività multistandard su tutta la gamma di frequenze coperta dai due standard principali (IEEE 802.11a e HiperLAN2), ci si è limitati a considerare lo sviluppo e l’ operatività di una soluzione nella prima parte della banda (5.15-5.35 GHz) dedicata ad applicazioni indoor.

Il Mixer è stato ri-progettato con il design kit v. 3.51 della tecnologia BiCMOS 0.35µm (con la parte bipolare in eterostruttura al SiGe) fornita da AMS (Austriamicrosystems) e specificamente studiata per applicazioni a RF. Lo sviluppo del progetto è avvenuto impiegando il simulatore circuitale integrato nell’ambiente ADS

2003A.

Nel primo capitolo si introdurranno le reti WLAN, le caratteristiche e le configurazioni tipiche, gli standard utilizzati ed una breve descrizione del progetto di ricerca sviluppato in questo lavoro di tesi.

Nel secondo capitolo verrà descritta la struttura circuitale e funzionale di un Mixer, le metriche tipiche che lo caratterizzano ed il problema della frequenza immagine.

Nel terzo capitolo si presenterà l’ambiente di simulazione Advanced Design Sistem (ADS) 2003A: saranno illustrate alcune analisi tipiche particolareggiando le metriche necessarie per le simulazioni sul Mixer.

Nel quarto capitolo si analizzeranno i radioricevitori a RF (Radiofrequenza) in termini di architetture e topologie circuitali e verranno passate in rassegna alcune soluzioni circuitali presenti in letteratura di Mixer per transceveirs a RF.

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iii Nel quinto capitolo verrà affrontato il re-design del Downconverter, della sezione LO per la generazione dei segnali di pilotaggio e della sezione IF per la reiezione dell’immagine, secondo quanto previsto dall’architettura di Hartley.

Nel sesto capitolo verranno mostrati i risultati delle simulazioni circuitali e le metriche più rilevanti.

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