Безiндуктивний широкополосний енергоефективний активний балун для частот до 60 ГГц

Tetiana Oleksiivna Baluta; Alexander Meyer; Vadim Issakov; Yurii Volodymyrovych Vuntesmeri

doi:10.20535/2523-4455.mea.291603

Т. 29 · № 1 · 2024 кві 16, 2024 Мікросистеми та фізична електроніка

Безiндуктивний широкополосний енергоефективний активний балун для частот до 60 ГГц

Tetiana Oleksiivna Baluta Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна

Alexander Meyer Технічний університет Брауншвейга Німеччина

Vadim Issakov Технічний університет Брауншвейга Німеччина

Yurii Volodymyrovych Vuntesmeri Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна

Сторінки291603.1-291603.8 Опублікованокві 16, 2024

PDF

ТОМ 29 · № 1 · 2024 Переглянути випуск

Анотація

У статті представлено безіндуктивний широкосмуговий енергоефективний активний балун з використанням 22нм технології на основі диференціальної пари. Даний пристрій може працювати в діапазоні частот від 2 ГГц до 60 ГГц з напругою живлення 0,8 В і споживати до 3 мА струму. Особливістю цього активного балуна є те, що він не має індуктивних компонентів, що зменшує його розмір і втрати сигналу. Що стосується характеристик вихідного сигналу, то його амплітуда коливається від 450 мВ до 200 мВ в робочому діапазоні частот. Коефіцієнт посилення сигналу в діапазоні від 1 ГГц до 60 ГГц змінюється від -10 дБ до 4 дБ, розмір схеми на мікросхемі 48 мкм на 34 мкм. Крім того, прилад має високу швидкодію і малу похибку дисбалансу фаз, яка становить менше 2 о . При розробці використовувалися сучасні методи дизайну та верифікації схеми перед виготовленням. Завдяки відсутності індуктивних елементів, активний балун, маючи невеликі розміри та знижене енергоспоживання, Відповідає необхідним умовам, щоб наступні блоки пристрою могли обробляти згенерований сигнал. Під час побудови топології пристрою була проведена перевірка на наявність паразитних явищ, таких як паразитні ємності та опори, а також проведена перевірка на виснаження провідників під дією струму. Виконане топологічне креслення дозволило провести моделювання, яке наближає результати схеми до поведінки мікросхеми після виготовлення. Загалом цей неіндуктивний широкосмуговий енергоефективний активний балун використовується як вхідний блок частотного поділу. Огляд актуальних конструкцій широкосмугового балуна, придатних для модуляції сигналів без нижчих частот зрізу, проведено дял порівняльної характеристики параметрів розробленого балуна. Недоліком схеми можна назвати дисбаланс амплітуд, тому після активного балуна необхідно використовувати підсилювач, хоча найчастіше підсилювачі ставлять на вході будь-яких схем. Запропонована схема демонструє найкращий розмірно-фазовий баланс у поєднанні з малою потужністю. Він дозволяє отримувати стабільний сигнал на високій швидкості передачі даних і забезпечує енергозбереження за рахунок низького споживання струму.

Ключові слова

#аналогова інтегральна схема #подільник частоти #активний балун #диференційне перетворення #енергоефективність

Посилання

N. Marchand, "Transmission-Line Conversion Transformers," Electronics, vol. 17, pp. 142-145, 1944.
H.-K. Chiou та J.-Y. Lin, «Symmetric offset stack balun in standard 0.13-µm CMOS technology for three broadband and low-loss balanced passive mixer designs.,» IEEE Trans. Microw. Theory Techn. , vol. 59, pp. 1529–1538, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2011.2140123
G. Yang, K. Tang та Z. Wang, «3.6–8.1 GHz CMOS balun with 1.8◦ in-band phase difference by using capacitive balance compensation technique.,» Microw. Opt. Technol. Lett. , vol. 62, pp. 1548–1551, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics12020468
H.-K. Chiou, H.-H. Lin та C.-Y. Chang, «Lumped-element compensated high/low-pass balun design for MMIC double-balanced mixer.,» IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. , vol. 7, pp. 248–250, 1997. DOI: https://doi.org/10.1109/75.605493
A. Kumar, F.-Y. Meng, C. Wang, K. Adhikari, T. Qiang, Q. Wu та Y. Wu, «Design analysis of integrated passive device-based balun devices with high selectivity for mobile application.,» IEEE Access, vol. 7, pp. 23169–23176, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2898513
J. Cao, Z. Li, Q. Li та Z. Wang, «A wideband transformer balun with center open stub in CMOS process.,» IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. , vol. 24, pp. 614–616, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2014.2328897
U. Park, «A Wilkinson-type balun using a composite right/left-handed transmission line.,» J.Inf. Commun. Converg. Eng. , vol. 11, pp. 147–152, 2013. DOI: https://doi.org/10.6109/jicce.2013.11.3.147
V. Issakov, S. Trotta and H. Knapp, «Low-voltage flip-flop based frequency divider up to 92-GHz in 130-nm SiGe BiCMOS technology,» 2017 Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-wave Circuits Workshop (INMMiC), pp. 1-3, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/INMMIC.2017.7927321
P. Starke, V. Rieß, C. Carta, and F. Ellinger, «Active Single-Ended to Differential Converter (Balun) for DC up to 70 GHz in 130 nm SiGe,» IEEE BiCMOS and Compound semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), pp. 1-4, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/BCICTS45179.2019.8972713
Huang, Bo-Jiun Huang, Bo-Jr Lin, Kun-You Wang, Huei, «A 240 GHz active balun using 0.13 m CMOS process,» Microwave and Wireless Components Letters, no. 19, pp. 164-166, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2009.2013740
B. Razavi, Design of analog CMOS integrated circuit, McGraw Hill, 2001. ISBN: 0-07-238032-2
B. Razavi, RF Microelectronics (2nd Edition), Prentice Hall Press, 2011. ISBN: 0-13-887571-5
W. M. C. Sansen, Analog Design Essentials (The International Series in Engineering and Computer Science), Berlin: Springer-Verlag, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/b135984
K. Wu, K. Lai, R. Hu, and C. Chang, «DC-50GHz wideband phase- compensated 90nm-CMOS active balun design,» Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), vol. 3, pp. 1-3, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/APMC.2015.7413445
A. Jahanian and P. Heydari, «A CMOS Distributed Amplifier With Distributed Active Input Balun Using GBW and Linearity Enhancing Techniques,» IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 60, no. 5, p. 1331–1341, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/RFIC.2011.5940664
C. Huynh and C. Nguyen, «Ultra-Wideband Active Balun Topology and Its Implementation on SiGe BiCMOS Across DC 50 GHz,» IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 26, no. 9, p. 720–722, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2016.2597365
J.-Y. Li, W.-J. Lin, M.-P. Houng, and L.-S. Chen, “A Low Power Consumption and Wide-Band Input Matching CMOS Active Balun for UWB System Applications”, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, vol. 24, no. 11-12, pp. 1449–1457, Jan. 2010. DOI: https://doi.org/10.1163/156939310792149641
A. Niknejad, Electromagnetics for High-Speed Analog and Digital Communication Circuits, Cambridge University Press, 2007. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511805738.008

Попередня у випуску Формування спектрального складу вихідної напруги перетворювачів ядерного магнітного резонансу Наступна у випуску Використання методу k-найближчих сусідів для класифікації концентрації препаратів та ризику кардіотоксичності з використанням потенціалів позаклітинних полів та реконструйованих потенціалів дії серцевих клітин

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК

с. 343504.1-343504.6

10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація

с. 324599.1-324599.8

10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс

с. 303929.1-303929.6

10.20535/2523-4455.mea.303929

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Maryna Viktorivna Ivanova, Yurii Volodymyrovych Vuntesmeri, Liudmyla Mykolaivna Bukhtiiarova, Автоматизована детекція та класифікація мі-кроскопічних фотозображень діатомових во-доростей , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 5 (2019)

Схожі статті

Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз частотних характеристик інвертуючого перетворювача , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Andrii Volodymyrovych Osinsky, Andrii Volodymyrovych Diahiliev, Oleksandr Vasylovych Borysov, Nataliia Mykolaivna Liakhova, Marat Serhiiovych Onachenko, Nina Olehivna Sukhovii, Ihor Vitaliiovych Masol, Volodymyr Ivanovych Osinsky, Рекордна ефективність сонячних батарей на варізонних трінітрідах квантових енесторів-зоністорів , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Valerij Kostyantynovych Bohushevych, Lidiya Mykolayivna Zamarenova, Hlib Mykhaylovych Kotov, Mykhailo Ivanovych Skipa, Прецизійні ультразвукові вимірювачі рівня рідини в закритих резервуарах , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Maksim Oleksiiovych Korzhyk, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Імпедансні характеристики плоско-паралельного акустичного хвилеводу з комбінуванням межами при порушенні його двочастотних сигналом , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Максим Олексеевич Коржик, Sergii Viktorovich Kurdiuk, Olexiy Volodymyrovych Korzhyk, Імпедансні характеристики пласко-паралельного акустичного хвилеводу з акустично м`якими границями при збудженні його двохчастотним сигналом , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 4 (2018)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Maksym Serhiiovych Fil, Dnys Yurevych Lebeddev, Leonid Mykolaiovych Pavlov, Підвищення стійкості цифрового телебачення до перешкод , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 5 (2019)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз процесу перетворювача, що встановився зі змінним навантаженням , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)

1-10 з 62 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] N. Marchand, "Transmission-Line Conversion Transformers," Electronics, vol. 17, pp. 142-145, 1944.

[2] H.-K. Chiou та J.-Y. Lin, «Symmetric offset stack balun in standard 0.13-µm CMOS technology for three broadband and low-loss balanced passive mixer designs.,» IEEE Trans. Microw. Theory Techn. , vol. 59, pp. 1529–1538, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2011.2140123

[3] G. Yang, K. Tang та Z. Wang, «3.6–8.1 GHz CMOS balun with 1.8◦ in-band phase difference by using capacitive balance compensation technique.,» Microw. Opt. Technol. Lett. , vol. 62, pp. 1548–1551, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics12020468

[4] H.-K. Chiou, H.-H. Lin та C.-Y. Chang, «Lumped-element compensated high/low-pass balun design for MMIC double-balanced mixer.,» IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. , vol. 7, pp. 248–250, 1997. DOI: https://doi.org/10.1109/75.605493

[5] A. Kumar, F.-Y. Meng, C. Wang, K. Adhikari, T. Qiang, Q. Wu та Y. Wu, «Design analysis of integrated passive device-based balun devices with high selectivity for mobile application.,» IEEE Access, vol. 7, pp. 23169–23176, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2898513

[6] J. Cao, Z. Li, Q. Li та Z. Wang, «A wideband transformer balun with center open stub in CMOS process.,» IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. , vol. 24, pp. 614–616, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2014.2328897

[7] U. Park, «A Wilkinson-type balun using a composite right/left-handed transmission line.,» J.Inf. Commun. Converg. Eng. , vol. 11, pp. 147–152, 2013. DOI: https://doi.org/10.6109/jicce.2013.11.3.147

[8] V. Issakov, S. Trotta and H. Knapp, «Low-voltage flip-flop based frequency divider up to 92-GHz in 130-nm SiGe BiCMOS technology,» 2017 Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-wave Circuits Workshop (INMMiC), pp. 1-3, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/INMMIC.2017.7927321

[9] P. Starke, V. Rieß, C. Carta, and F. Ellinger, «Active Single-Ended to Differential Converter (Balun) for DC up to 70 GHz in 130 nm SiGe,» IEEE BiCMOS and Compound semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), pp. 1-4, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/BCICTS45179.2019.8972713

[10] Huang, Bo-Jiun Huang, Bo-Jr Lin, Kun-You Wang, Huei, «A 240 GHz active balun using 0.13 m CMOS process,» Microwave and Wireless Components Letters, no. 19, pp. 164-166, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2009.2013740

[11] B. Razavi, Design of analog CMOS integrated circuit, McGraw Hill, 2001. ISBN: 0-07-238032-2

[12] B. Razavi, RF Microelectronics (2nd Edition), Prentice Hall Press, 2011. ISBN: 0-13-887571-5

[13] W. M. C. Sansen, Analog Design Essentials (The International Series in Engineering and Computer Science), Berlin: Springer-Verlag, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/b135984

[14] K. Wu, K. Lai, R. Hu, and C. Chang, «DC-50GHz wideband phase- compensated 90nm-CMOS active balun design,» Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), vol. 3, pp. 1-3, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/APMC.2015.7413445

[15] A. Jahanian and P. Heydari, «A CMOS Distributed Amplifier With Distributed Active Input Balun Using GBW and Linearity Enhancing Techniques,» IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 60, no. 5, p. 1331–1341, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/RFIC.2011.5940664

[16] C. Huynh and C. Nguyen, «Ultra-Wideband Active Balun Topology and Its Implementation on SiGe BiCMOS Across DC 50 GHz,» IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 26, no. 9, p. 720–722, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2016.2597365

[17] J.-Y. Li, W.-J. Lin, M.-P. Houng, and L.-S. Chen, “A Low Power Consumption and Wide-Band Input Matching CMOS Active Balun for UWB System Applications”, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, vol. 24, no. 11-12, pp. 1449–1457, Jan. 2010. DOI: https://doi.org/10.1163/156939310792149641

[18] A. Niknejad, Electromagnetics for High-Speed Analog and Digital Communication Circuits, Cambridge University Press, 2007. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511805738.008