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Abstrakt in Englisch

Reconfigurable transceivers combine multi-standard and multi-band features in a single system and therefore reducing the chip size and costs. This work deals with the analysis, the design and the experimental results of an analog RF frontend of a transmitter and receiver supporting the communication standard IEEE 802.11a/g as well as local positioning with FMCW radar. An optional RF MIMO module enhances the system and thereby increases the reliability of the system. The requirements of the different applications and the direct conversion architecture define a new system concept. The developed system setup includes a linear RF frontend for the frequency bands around 2.4GHz and between 4.6GHz and 6GHz with a complex baseband and a frequency synthesizer enabling orthogonal and frequency modulated carriers. Two different versions of RF frontends are designed. They differ in the implementation of the frequency conversion and in different receiver architectures. Both are realized in a 180nm BiCMOS technology. One of the receivers shows a low noise figure of 4.7dB and an IM2 under -60dB. The advantages of the second receiver are demonstrated in a high available input power in the compression point of 21.5dBm and a voltage conversion gain of 35dB. Both transmitters show an output-referred compression point above -11dBm. The measurement results confirm the functionality of the design and comply with IEEE 802.11a/g. A detailed study of a linear power amplifier confirms that the introduced theory increases the input referred compression point by a sophisticated dimensioning of a bias network by 2dB and the power added efficiency by 7%. Concerning the RF MIMO enhancement, a detailed study towards a RF amplitude control stage is carried out and realized in a 28nm CMOS technology.The RF amplitude control stage consists of a controlled VGA. The VGA itself reveals a low phase variation of 3.5° versus control range. The control loop enhances the VGA by an automatic input power matching of SDD11,dB = −12dB and a linear gain versus control range.

Abstrakt in Deutsch

Rekonfigurierbare Transceiver vereinen mehrere Standards und Frequenzbänder in einem System und verringern damit die Chipfläche und die Kosten. Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse, dem Entwurf und der Erprobung eines HF-Frontends eines Senders und Empfängers, das sowohl Kommunikation mit IEEE 802.11a/g als auch Lokalisierung mit FMCW-Radar unterstützt. Um die Zuverlässigkeit des Systems weiter zu erhöhen, kann das System optional um ein HF-MIMO-Modul erweitert werden. Das Systemkonzept ist durch die Anforderungen der Anwendungsfälle und der Architektur der Direktumsetzung gegeben. Dieses entspricht einem linearen HF-Frontend für die Frequenzbereiche um 2.4GHz und zwischen 4.6GHz und 6GHz mit komplexem Basisband sowie eine Frequenzsynthese zur Erzeugung orthogonaler und frequenzmodulierter Träger. Das HF-Frontend wurde in zwei Varianten, die sich in der Implementierung der Frequenzumsetzung und der Empfängerarchitektur unterscheiden, entworfen und in einer 180nm BiCMOS Technologie realisiert. Der eine Empfänger zeichnet sich durch ein geringes Rauschmaß von 4.7dB und ein IM2 unter -60dB aus. Die Vorteile des zweiten Empfängers liegen in einer hohen verfügbaren Eingangsleistung im Kompressionspunkt von 21.5dBm sowie in einem Spannungsmischgewinn von 35dB. Beide Sender haben einen ausgangsseitigen Kompressionspunkt über -11dBm. Die Messergebnisse belegen die Funktionalität der beiden Entwürfe und bestätigen die Konformität mit IEEE 802.11a/g. Eine Detailstudie eines linearen Leistungsverstärker belegt, dass die dort vorgestellte Theorie den eingangsseiten Kompressionspunkt mittels einer durchdachten Auslegung des Biasnetzwerks um 2dB und die Power-Added-Efficiency um 7% erhöht. Für das HF-MIMO-Erweiterungsmodul wurde eine Detailstudie eines HF-Amplitudenstellglieds in einer 28nm CMOS Technologie durchgeführt. Das HF-Amplitudenstellglied basiert auf einem geregelten VGA. Der Vorteil des VGAs zeigt sich in der geringen Phasendrehung über den Stellbereich von 3.5°. Die Regelung erweitert den VGA um eine Eingangsleistungsanpassung von SDD11,dB = -12dB und eine lineare Verstärkung über den Stellbereich.