Design of phase shifters in nanowire membrane technology and VCOs in CMOS technology at millimeter-waves for future full frontend integration (2022)
- Authors:
- Autor USP: GOMES, LEONARDO AMORESE GALLO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PSI
- Subjects: MICROELETRÔNICA; OSCILADORES; CIRCUITOS INTEGRADOS; TELECOMUNICAÇÕES
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Esta tese de doutorado está inserida no complexo contexto de telecomunicações em ondas milimétricas, abordando dois elementos importantíssimos de um transceptor nesta faixa de frequências: defasadores e osciladores controlados por tensão. Os defasadores projetados neste trabalho são baseados na plataforma tecnológica da membrana de nanofios metálicos (MnM, acrônimo em inglês), utilizando linhas de onda-lenta suspensas e cristal líquido. As linhas suspensas têm a principal vantagem de apresentarem perdas de transmissão reduzidas devido às baixas oferecidas pelo ar, mantendo a redução de comprimento devido ao efeito de onda lenta. A adição de cristal líquido às linhas suspensas faz intensificar o efeito de onda lenta e permite o controle da velocidade de fase da linha. Este acréscimo tem como efeito adicional baixar a tensão de pull-in da linha suspensa, que pode funcionar como um defasador MEMS. O chaveamento eletrostático da linha causa uma variação importante na velocidade de fase. O resultado são defasadores compactos e com alta figura de mérito. Os valores de figura de mérito em 60 GHz são de 43.8 °/dB para a defasagem gerada apenas por cristal líquido e de 108 °/dB para a combinação do cristal líquido com o chaveamento eletrostático MEMS. Estes resultados mostram o forte potencial desta topologia para aplicações em ondas milimétricas. Os osciladores controlados por tensão foram projetados numa tecnologia BiCMOS otimizada para aplicações em altas frequências, a BiCMOS 55-nm desenvolvida pela ST Microelectronics. Esta tecnologia disponibiliza dispositivos de alto desempenho, assim como um conjunto de camadas metálicas de baixas perdas em altas frequências. Os osciladores utilizam um circuito tanque inovador baseado em um ressoador de toco de quarto de comprimento de onda baseado em linhas coplanaresde onda-lenta (S-CPS) carregadas periodicamente com varactores MOS. Foi desenvolvida a geometria do circuito tanque objetivando maximizar o controle do varactor na velocidade de fase da linha, assim como um procedimento de projeto que permite se determinar o melhor ressoador dado um conjunto de parâmetros de projeto. Além disto, foram explorados outros elementos ligados ao ressoador S-CPS: o primeiro é um estudo da configuração da célula de compensação de perdas do circuito tanque; a segunda é a tomada de potência diretamente do tanque, sem a necessidade de amplificador buffer entre o tanque e a carga; terceiro e último, o emprego de chaves eletrônicas para se controlar um transformador sintonizável baseado em linhas S-CPS. Os osciladores projetados, centrados em 80 GHz, apresentam faixa de excursão de frequência superiores a 10 %, com figura de mérito melhor do que -170 dB, tendo sido projetado um oscilador com banda de oscilação de quase 20 GHz, cobrindo a banda-E completamente e continuamente. Estes resultados demonstram que o ressoador S-CPS é uma topologia muito poderosa, inovadora e flexível que permite o projeto de osciladores compactos e de alto desempenho para aplicações em ondas milimétricas.
- Imprenta:
- Data da defesa: 13.12.2022
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ABNT
GOMES, Leonardo Amorese Gallo. Design of phase shifters in nanowire membrane technology and VCOs in CMOS technology at millimeter-waves for future full frontend integration. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-24052023-112905/. Acesso em: 10 fev. 2026. -
APA
Gomes, L. A. G. (2022). Design of phase shifters in nanowire membrane technology and VCOs in CMOS technology at millimeter-waves for future full frontend integration (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-24052023-112905/ -
NLM
Gomes LAG. Design of phase shifters in nanowire membrane technology and VCOs in CMOS technology at millimeter-waves for future full frontend integration [Internet]. 2022 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-24052023-112905/ -
Vancouver
Gomes LAG. Design of phase shifters in nanowire membrane technology and VCOs in CMOS technology at millimeter-waves for future full frontend integration [Internet]. 2022 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-24052023-112905/
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