Projeto de osciladores controlados por tensão para Bluetooth Low Energy 5.0 utilizando técnicas de redução de potência em tecnologia CMOS (2023)
- Authors:
- Autor USP: SOLA, FELLIPE - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PSI
- Assunto: OSCILADORES
- Language: Português
- Abstract: A utilização de dispositivos sem fio vem crescendo ao longo dos anos, especialmente devido ao aumento da Internet das Coisas (Internet of Things - IoT). Outra tendência é o desenvolvimento de circuitos que consomem baixa potência, uma vez que esses dispositivos são alimentados por baterias e precisam funcionar por muitas horas, ou até mesmo dias, antes de serem recarregados. Um dos blocos mais desafiadores, quando se trata de redução de potência, é o oscilador controlado por tensão (VCO), pois geralmente opera em altas frequências e sua performance tem forte relação com o consumo de potência. Dessa forma, o objetivo deste trabalho será discutir conceitos básicos para o desenvolvimento de circuitos osciladores, fazer uma comparação entre o oscilador em anel e o oscilador com carga LC, identificar a melhor topologia para aplicação em sistemas de Bluetooth Low Energy (BLE) 5.0 e, porém, apresentar o desenvolvimento de diferentes topologias de VCOs baseados em amplificadores com carga LC, utilizando técnicas de redução da tensão de alimentação e polarização do substrato com o objetivo de reduzir a potência. Os circuitos apresentados neste trabalho foram projetados e fabricados nos processos CMOS 180 nm da Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) ou 130 nm da International Business Corporation (IBM). O primeiro VCO desenvolvido opera em 2,4 GHz e utiliza a redução da tensão de alimentação junto com a polarização do substrato. Esse circuito apresentou alguns resultados satisfatórios nas simulações pós-layout, onde foi possível obter um consumo de potência de 2,8 mW, área de 0,298 mm2 e ruído de fase de -112,98 dBc/Hz. No entanto, a frequência de oscilação ficou muito abaixo do esperado. Além disso, o circuito fabricado não funcionou, impossibilitando realizar sua caracterização experimental. OO segundo VCO desenvolvido também opera em 2,4 GHz e utiliza a redução da tensão de alimentação, a técnica de reuso de corrente e uma polarização adaptativa do substrato para redução do consumo de potência. Esse circuito apresentou resultados satisfatórios em simulações pós-layout, exceto para corners ss (slow-slow), e também durante sua caracterização experimental. Com área de 0,192 mm2, os valores medidos experimentalmente são: consumo de potência de 476,25 uW, ganho de 204 MHz/V e ruído de fase de -98,61 dBc/Hz _a 1 MHz da portadora. Por _m, o terceiro VCO desenvolvido neste trabalho opera em 5 GHz e também utiliza a redução da tensão de alimentação, a técnica de reuso de corrente e apresenta uma nova técnica de controle da transcondutância (gm) através do substrato para alcançar um baixo consumo de potência e tornar o circuito mais estável com variação de processo e temperatura. A área do circuito é de 0,207 mm2, e os valores medidos experimentalmente são: consumo de potência de 2,2 mW, ganho de 280 MHz/V e ruído de fase de 92,45 dBc/Hz _a 1 MHz da portadora.
- Imprenta:
- Data da defesa: 30.11.2023
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ABNT
SOLA, Fellipe. Projeto de osciladores controlados por tensão para Bluetooth Low Energy 5.0 utilizando técnicas de redução de potência em tecnologia CMOS. 2023. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2023. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-11042024-083942/pt-br.php. Acesso em: 10 fev. 2026. -
APA
Sola, F. (2023). Projeto de osciladores controlados por tensão para Bluetooth Low Energy 5.0 utilizando técnicas de redução de potência em tecnologia CMOS (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-11042024-083942/pt-br.php -
NLM
Sola F. Projeto de osciladores controlados por tensão para Bluetooth Low Energy 5.0 utilizando técnicas de redução de potência em tecnologia CMOS [Internet]. 2023 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-11042024-083942/pt-br.php -
Vancouver
Sola F. Projeto de osciladores controlados por tensão para Bluetooth Low Energy 5.0 utilizando técnicas de redução de potência em tecnologia CMOS [Internet]. 2023 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-11042024-083942/pt-br.php
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