Dissertação de Mestrado

Este trabalho propôs desenvolver um amplificador de baixo ruído (LNA), compatível com o padrão de comunicação banda ultralarga (UltraWideband), em tecnologia Metal Óxido Silício Complementar (CMOS) TSMC 180 nm. O circuito conta com três estágios, o primeiro um amplificador porta comum, seguido por um amplificador cascode, e finalmente, por um seguidor de fonte (buffer), para auxiliar nas medidas físicas do bloco. O circuito foi desenvolvido com a finalidade de compor um sistema para detecção de câncer de mama, porém encontra diversas outras aplicações, podendo ser utilizado em sistemas para Internet das Coisas (IoT), e de assistência médica. Os resultados obtidos pelas diferentes simulações, apresentaram excelentes valores para nossa aplicação e evidencia um circuito robusto. A simulação pós-leiaute, apresenta um ganho máximo de 16.9 dB, um baixo consumo de potência (7,3 mW), uma banda de 3 dB cobrindo uma faixa que vai de 5 GHz até 8,1 GHz, e com excelentes valores na faixa UWB, uma área de 0.17 mm² sem Pads, ponto de compressão de 1dB de -18,7 dBm (entrada), figura de ruído máximo de 7,3 dB. Adicionalmente suporta variações de temperatura (-40°C à 80°C) e tensão de alimentação (1,78 V à 1,98 V) sem alteração no ganho. O circuito fabricado apresentou um comportamento fora do esperado, contudo, serviu de fonte de informação, para elucidar possíveis erros cometidos durante todo processo estabelecido. Reprojetaram-se alguns componentes no circuito e simulou-se a nova versão e o problema foi resolvido. Por fim, decidiu-se projetar o LNA UWB na tecnologia de 65 nm, alcançando pelas simulações pós-leiaute 19 dB de ganho, com 5 mW de potência em 0,12 mm² de área.

This work proposed the development of a low-noise amplifier (LNA) compatible with the UltraWideband (UWB) communication standard, using TSMC 180 nm Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) technology. The circuit features three stages: the first a common-gate amplifier, followed by a cascode amplifier, and finally a source follower (buffer), to aid in physical measurements of the block. The circuit was developed to be part of a system for breast cancer detection, but it has various other applications, such as Internet of Things (IoT) systems and medical assistance. The results obtained from different simulations showed excellent values for our application and evidence a robust circuit.. The post-layout simulation presents a maximum gain of 16.9 dB, low power consumption (7.3 mW), a 3 dB bandwidth covering a range from 5 GHz to 8.1 GHz, with excellent values in the UWB band, an area of 0.17 mm² without Pads, a 1 dB compression point of -18.7 dBm (input), and a maximum noise figure of 7.3 dB. Additionally, it supports temperature variations (-40°C to 80°C) and supply voltage variations (1.78 V to 1.98 V) without altering the gain. The fabricated circuit exhibited unexpected behavior, however, it served as a source of information to elucidate possible errors made during the entire established process. Some components in the circuit were redesigned and the new version was simulated, solving the problem. Finally, it was decided to design the UWB LNA in 65 nm technology, achieving 19 dB of gain in postlayout simulations, with 5 mW of power in an area of 0.12 mm².