Thiết kế bộ khuếch đại công suất cao tần hiệu suất cao trên công nghệ CMOS 65nm cho các ứng dụng IoT tốc độ cao

Tiêu chuẩn Wi-Fi 6 là tiêu chuẩn Wi-Fi thế hệ mới được phát triển để hỗ trợ cho các ứng dụng IoT tốc độ cao như thực tế ảo, hệ thống điều khiển công nghiệp và camera quan sát chất lượng cao. Bài viết trình bày việc đề xuất một thiết kế khuếch đại công suất tuyến tính có hiệu suất cao dựa trên công nghệ TSMC 65nm tại tần số 2,4 GHz cho các ứng dụng IoT sử dụng chuẩn Wi-Fi 6.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ khuếch đại công suất cao tần hiệu suất cao trên công nghệ CMOS 65nm cho các ứng dụng IoT tốc độ cao Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Thi∏t k∏ bÎ khu∏ch §i công sußt cao t¶n hiªu sußt cao trên công nghª CMOS 65nm cho các ˘ng dˆng IoT tËc Î cao Tr¶n ˘c M§nh† , Bùi Duy Hi∏u† , Tr¶n Th‡ Thúy Qu˝nh† , Lê V´n Thanh VÙ‡ , Tr¶n Xuân Tú† † SISLAB, Tr˜Ìng §i hÂc Công nghª, §i hÂc QuËc Gia Hà NÎi 144 Xuân Thıy, C¶u Gißy, Hà NÎi ‡ Tr˜Ìng §i hÂc Khoa hÂc, §i hÂc Hu∏ (vulvt@hueuni.edu.vn) 77 Nguyπn Huª, Thành phË Hu∏ E-mail liên hª: hieubd@vnu.edu.vn Tóm t≠t—Tiêu chu©n Wi-Fi 6 là tiêu chu©n Wi-Fi th∏ hª mÓi sußt (PA - Power Amplifier) có Î tuy∏n tính cao ∫ truy∑n ˜Òc phát tri∫n ∫ hÈ trÒ cho các ˘ng dˆng IoT tËc Î cao nh˜ tín hiªu toàn vµn [2]. Tuy nhiên, PA tuy∏n tính th˜Ìng có hiªu th¸c t∏ £o, hª thËng i∑u khi∫n công nghiªp và camera quan sußt thßp hÏn các lo§i khác nên tiêu thˆ nhi∑u iªn n´ng hÏn. sát chßt l˜Òng cao. ∫ §t ˜Òc tËc Î cao, Wi-Fi 6 s˚ dˆng Thi∏t k∏ các PA tuy∏n tính vÓi hiªu qu£ cao là rßt quan trÂng kˇ thu™t i∑u ch∏ QAM nhi∑u i∫m và a truy c™p phân chia theo t¶n sË tr¸c giao (OFDMA). Viªc s˚ dˆng tín hiªu có biên Ëi vÓi các thi∏t b‡ di Îng và IoT (Internet of Thing) s˚ dˆng Î thay Íi và a t¶n sË òi h‰i bÎ khu∏ch §i công sußt ph£i chu©n Wi-Fi 6. tuy∏n tính nh˜ng d®n ∏n hiªu sußt thßp. Trong nghiên c˘u này, G¶n ây, các nhà thi∏t k∏ có xu h˜Óng phát tri∫n các chúng tôi ∑ xußt mÎt thi∏t k∏ khu∏ch §i công sußt tuy∏n tính có bÎ khu∏ch §i d¸a trên công nghª CMOS (Complementary hiªu sußt cao d¸a trên công nghª TSMC (Taiwan Semiconductor Metal–Oxide–Semiconductor) ∫ dπ dàng tích hÒp vào chip, Manufacturing Company) 65nm t§i t¶n sË 2,4 GHz cho các ˘ng t¯ ó ˜a Wi-Fi 6 vào các thi∏t b‡ IoT và di Îng. Công nghª dˆng IoT s˚ dˆng chu©n Wi-Fi 6. Thi∏t k∏ ˜Òc ∑ xußt s˚ dˆng transistor Deep-NWell ã ˜Òc tùy chønh cùng vÓi m§ch phËi này có chi phí thßp và m™t Î tích hÒp cao, rßt hiªu qu£ khi hÒp tr kháng ˜Òc tËi ˜u hóa ∫ §t ˜Òc hiªu sußt s˚ dˆng tích hÒp khËi thu phát cao t¶n vÓi các khËi x˚ l˛ tín hiªu b´ng n´ng l˜Òng lÓn và diªn tích ph¶n c˘ng nh‰. K∏t qu£ mô ph‰ng c s (PHY - Physical) và khËi liên k∏t d˙ liªu (MAC) thành cho thßy bÎ khu∏ch §i công sußt này ho§t Îng  ch∏ Î tuy∏n mÎt hª thËng trên chip (SoC - System on Chip) [3]. Tuy nhiên, tính (ch∏ Î A) vÓi công sußt lËi ra 21,8 dBm, hiªu sußt 45%. nh˜Òc i∫m cıa công nghª CMOS là dπ mßt mát n´ng l˜Òng T¯ khóa—Wi-Fi 6, RFIC, khu∏ch §i công sußt tuy∏n tính. và iªn áp nguÁn nuôi thßp khi∏n viªc thi∏t k∏ bÎ khu∏ch §i tuy∏n tính vÓi hiªu sußt cao trên công nghª này v®n còn nhi∑u I. GIŒI THIõU thách th˘c. Wi-Fi 6 là tiêu chu©n Wi-Fi th∏ hª ti∏p theo hay còn ˜Òc Theo các nghiên c˘u g¶n ây, bÎ khu∏ch §i CMOS ang bi∏t ∏n là tiêu chu©n IEEE 802.11ax trong bÎ giao th˘c ˜Òc thi∏t k∏ theo các h˜Óng tích hÒp b´ng t¶n kép (2,4 GHz WLAN. Tiêu chu©n này qui ‡nh th¸c hiªn a truy c™p phân và 5 GHz), nâng cao Î tuy∏n tính và t´ng hiªu sußt s˚ dˆng chia theo t¶n sË tr¸c giao OFDMA (Orthogonal Frequency n´ng l˜Òng. Các bÎ khu∏ch §i công sußt [4] và [5] ˜Òc thi∏t Devision Multiple Access) cho các kênh ˜Ìng lên và kênh k∏ ∫ ho§t Îng  b´ng t¶n kép. Các công trình này ∑ xußt ˜Ìng xuËng giúp cho viªc truy∑n d˙ liªu hiªu qu£ và linh cßu trúc phËi hÒp tr kháng vÓi lËi ra có th∫ cßu hình l§i theo ho§t hÏn các th∏ hª tr˜Óc. OFDMA cho kênh ˜Ìng lên là mong muËn, nh¨m mˆc ích áp ˘ng hai b´ng t¶n trên mÎt mÎt tính n´ng mÓi rßt quan trÂng cıa Wi-Fi 6 vì nó cho phép ˜Ìng truy∑n sóng duy nhßt và chi∏m diªn tích th¸c thi ph¶n các thi∏t b‡ trong m§ng truy∑n d˙ liªu vÓi tËc Î cao hÏn. ∞c c˘ng nh‰ hÏn so vÓi viªc s˚ dˆng hai bÎ khu∏ch §i Ïn t¶n. biªt, OFDMA phân chia các kênh t¶n sË và thÌi gian thành ∫ th¸c hiªn ˜Òc i∑u ó, nh˙ng thi∏t k∏ này s˚ dˆng nhi∑u các khËi tài nguyên hiªu qu£ hÏn, có th∫ ˜Òc s˚ dˆng ∫ linh kiªn thˆ Îng ∫ cßu hình m§ch bi∏n Íi tr kháng lËi ra, truy∑n d˙ liªu cùng lúc bi nhi∑u thi∏t b‡ hÏn. Do ó, các bÎ vì v™y hiªu sußt n´ng l˜Òng không cao. Thi∏t k∏ trong công ‡nh tuy∏n Wi-Fi 6 có th∫ phˆc vˆ Áng thÌi nhi∑u thi∏t b‡ trình [6] và [7] là các bÎ khu∏ch §i kh£ trình vÓi nhi∑u ch∏ IoT vÓi tËc Î d˙ liªu khác nhau, phù hÒp vÓi không gian có Î ∫ c£i thiªn hiªu sußt cıa bÎ khu∏ch §i tuy∏n tính. Tuy i∑u kiªn ph˘c t§p và nhi∑u thi∏t b‡ k∏t nËi vào m§ng không nhiên, nh˙ng thi∏t k∏ này khá ph˘c t§p và suy hao chèn cıa dây nh˜ t§i gia ình ho∞c v´n phòng. [1]. linh kiªn lÓn; vì v™y, hiªu sußt t˘c thÌi  ch∏ Î tËt nhßt chø i∑u ch∏ OFDM cung cßp hiªu sußt cao cho các thi∏t b‡ §t kho£ng 25%. trong m§ng Wi-Fi 6. Nó s˚ dˆng i∑u ch∏ 1024QAM và sóng Tr˜Óc ây, nhi∑u nghiên c˘u ã thi∏t k∏ bÎ khu∏ch §i có mang con tr¸c giao ∫ truy∑n tín hiªu; do ó, t lª công sußt Î tuy∏n tính cao, hiªu sußt tËt trong khi v®n có diªn tích th¸c ønh trên công sußt trung bình (PAPR - Peak to Average Power thi ph¶n c˘ng nh‰. Thi∏t k∏ [8] ã s˚ dˆng bÎ chuy∫n Íi tr Ratio) rßt cao. Kênh truy∑n OFDM yêu c¶u bÎ khu∏ch §i công kháng hiªu ...