Magnetômetros "fluxgates" são largamente utilizados nas medidas de campos magnéticos fracos, principalmente nas observações geomagnéticas, prospeção mineral e pesquisa espacial, devido ao seu baixo consumo, baixo nível de ruído, robustez, ampla faixa dinâmica e boa sensibilidade. A utilização do magnetismo macio em ligas amorfas estimulou o trabalho de desenvolvimento de sensores magnéticos para aplicações em regiões tropicais e sub tropicais como no Brasil. Núcleos em anel com fitas amorfas foram construídos para investigar o comportamento de novas configurações de magnetômetros "fluxgates". Os resultados mostraram que é possível diminuir o ruído ajustando o tamanho da janela de amostragem com valores próximos à largura do pulso da corrente de excitação. O estudo da dependência da amplitude dos harmônicos pares com a variação da corrente de excitação mostrou as condições em que o 20 harmônico tem seu maior valor e este deve ser o ponto ajustado para a sua operação. O estudo da excitação direta com a aplicação da corrente na fita amorfa de um núcleo em anel mostrou que se pode produzir um magnetômetro "fluxgate" de segundo harmônico com sensibilidade similar aos magnetômetros com excitação convencional e ainda consumindo menos corrente. Para este estudo foram construídos 20 magnetômetros tipo "fluxgate", portáteis, com núcleo amorfo, para medir as variações do campo magnético nos três eixos ortogonais pertinentes. Foram instalados para coletarem dados no sul do Brasil, formando dois conjuntos bidimensionais com espaçamento de aproximadamente 110 km entre as estações. Durante o mesmo período, outro conjunto composto por 25 magnetômetros fluxgate da Universidade de Flinders, Austrália, foi instalado na mesma região. Os resultados mostraram dados compatíveis e desde então, medidas de Sondagens Magnéticas Profundas têm sido realizadas em todo território brasileiro para reconhecimento de concentração anômala de correntes no interior da Terra.

Esta dissertação apresenta o projeto de um amplificador de baixo ruído (LNA) para aplicação em 2,4 GHz na tecnologia CMOS 0,35 µm. A metodologia baseia-se na obtenção das dimensões dos dispositivos do circuito considerando o consumo de potência e o desempenho em relação ao ruído. Os resultados mostram que a metodologia implementada é eficaz no projeto de um LNA quando se comparam os resultados obtidos nos cálculos com os resultados obtidos no simulador. A expressão de corrente que considera canal curto impõe maior precisão nos resultados, pois se aplica o ajuste de curva com a curva de corrente obtida pelo simulador. Isto permite maior precisão nos resultados dos cálculos de ruído. O fluxo do projeto baseia-se na implementação de dispositivos ideais obtidos de projeto com o propósito de fazer-se comparações dos resultados de cálculos com as simulações, então, usa-se dispositivos reais e ajusta-se o circuito para encontrar melhores desempenhos quanto às especificações. Os resultados mostram a necessidade de ajuste do circuito quando inserido o modelo do indutor para que se consiga desempenhos próximos dos obtidos inicialmente. Em seguida, realiza-se o layout do circuito e sua extração parasitária para fins de fabricação. Verifica-se que a metodologia apresentada é capaz de direcionar a um projeto de um LNA na tecnologia com resultados finais satisfatórios de ganho, ruído e consumo. Assim os resultados esperados são 14,66 dB de ganho, 1,9 dB de fator de ruído e 2,99 mA de consumo de corrente (9,87 mW em 3,3 V de alimentação) ambos no primeiro estágio. / This work presents the design of a low-noise amplifier (LNA) for application at 2.4 GHz using CMOS 0.35 µm technology. The methodology is based on obtaining the dimensions of the devices taking into account of power consumption and performance on noise. Results show that the implemented methodology is efficient in the design of LNAs when it compares results obtained by calculation and simulation. The expression of current that considers short-channel effects increases the precision of results because curve fitting is applied with the current of the simulator. This permits precision on the results of the noise calculation. The design-flow firstly bases on implementation of ideal devices obtained by design on purposes of doing comparisons between calculated and simulated results, then real devices is used and the circuit is fixed to find better performance regarding the specifications. The results showed the necessity of adjusts in the circuit when the inductor is inserted to reach a closer initial performance. Afterwards, the layout of the circuit and its parasitic extraction are worked out for purposes of fabrication. It is verified that this methodology is capable of directing to the design of LNAs using the proposed technology with satisfactory final results of gain, noise and power consumption. Therefore, the expected results are 14,66 dB of gain, 1,9 dB of noise figure, 2,99 mA of current consumption (9,87 mW within 3.3 V of supply voltage) both of them at first stage.

Esta dissertação apresenta o projeto de um amplificador de baixo ruído (LNA) para aplicação em 2,4 GHz na tecnologia CMOS 0,35 µm. A metodologia baseia-se na obtenção das dimensões dos dispositivos do circuito considerando o consumo de potência e o desempenho em relação ao ruído. Os resultados mostram que a metodologia implementada é eficaz no projeto de um LNA quando se comparam os resultados obtidos nos cálculos com os resultados obtidos no simulador. A expressão de corrente que considera canal curto impõe maior precisão nos resultados, pois se aplica o ajuste de curva com a curva de corrente obtida pelo simulador. Isto permite maior precisão nos resultados dos cálculos de ruído. O fluxo do projeto baseia-se na implementação de dispositivos ideais obtidos de projeto com o propósito de fazer-se comparações dos resultados de cálculos com as simulações, então, usa-se dispositivos reais e ajusta-se o circuito para encontrar melhores desempenhos quanto às especificações. Os resultados mostram a necessidade de ajuste do circuito quando inserido o modelo do indutor para que se consiga desempenhos próximos dos obtidos inicialmente. Em seguida, realiza-se o layout do circuito e sua extração parasitária para fins de fabricação. Verifica-se que a metodologia apresentada é capaz de direcionar a um projeto de um LNA na tecnologia com resultados finais satisfatórios de ganho, ruído e consumo. Assim os resultados esperados são 14,66 dB de ganho, 1,9 dB de fator de ruído e 2,99 mA de consumo de corrente (9,87 mW em 3,3 V de alimentação) ambos no primeiro estágio. / This work presents the design of a low-noise amplifier (LNA) for application at 2.4 GHz using CMOS 0.35 µm technology. The methodology is based on obtaining the dimensions of the devices taking into account of power consumption and performance on noise. Results show that the implemented methodology is efficient in the design of LNAs when it compares results obtained by calculation and simulation. The expression of current that considers short-channel effects increases the precision of results because curve fitting is applied with the current of the simulator. This permits precision on the results of the noise calculation. The design-flow firstly bases on implementation of ideal devices obtained by design on purposes of doing comparisons between calculated and simulated results, then real devices is used and the circuit is fixed to find better performance regarding the specifications. The results showed the necessity of adjusts in the circuit when the inductor is inserted to reach a closer initial performance. Afterwards, the layout of the circuit and its parasitic extraction are worked out for purposes of fabrication. It is verified that this methodology is capable of directing to the design of LNAs using the proposed technology with satisfactory final results of gain, noise and power consumption. Therefore, the expected results are 14,66 dB of gain, 1,9 dB of noise figure, 2,99 mA of current consumption (9,87 mW within 3.3 V of supply voltage) both of them at first stage.

Les systèmes de communication mobiles permettent l’utilisation de l’information en environnements complexes grâce à des dispositifs portables qui ont comme principale restriction la durée de leurs batteries. Des nombreux efforts se sont focalisés sur la réduction de la consommation d’énergie des circuits électroniques de ces systèmes, une fois que le développent des technologies des batteries ne avance pas au rythme nécessaire. En outre, les systèmes RF sont généralement conçus pour fonctionner de manière fixe, spécifiés pour le pire cas du lien de communication. Toutefois, ce scénario peut se produire dans une petite partie du temps, entraînant ainsi en perte d’énergie dans le reste du temps. La recherche des circuits RF adaptatifs, pour adapter le niveau du signal d'entrée pour réduire la consommation d'énergie est donc d'un grand intérêt et de l'importance. Dans la chaîne de réception radiofréquence, l'amplificateur à faible bruit (LNA) se montre un composant essentiel, autant pour les performances de la chaîne que pour la consommation d'énergie. Au cours des dernières décennies, des techniques pour la conception de LNAs reconfigurables ont été proposées et mises en oeuvre. Cependant, la plupart d'entre elles s’applique seulement au contrôle du gain, sans exploiter Le réglage de la linéarité et du bruit envisageant l'économie d'énergie. De plus,ces circuits occupent une grande surface de silicium, ce qui entraîne un coût élevé, ou NE correspondent pas aux nouvelles technologies CMOS à faible coût. L'objectif de cette étude est de démontrer la faisabilité et les avantages de l'utilisation d'un LNA reconfigurable numériquement dans une chaîne de réception radiofréquence, du point de vue de la consommation d'énergie et de coût de fabrication. / Mobile communication systems allow exploring information in complex environments by means of portable devices, whose main restriction is battery life. Once battery development does not follow market expectations, several efforts have been made in order to reduce energy consumption of those systems. Furthermore, radio-frequency systems are generally designed to operate as fixed circuits, specified for RF link worst-case scenario. However, this scenario may occur in a small amount of time, leading to energy waste in the remaining periods. The research of adaptive radio-frequency circuits and systems, which can configure themselves in response to input signal level in order to reduce power consumption, is of interest and importance. In a RF receiver chain, Low Noise Amplifier (LNA) stand as critical elements, both on the chain performance or power consumption. In the past some techniques for reconfigurable LNA design were proposed and applied. Nevertheless, the majority of them are applied to gain control, ignoring the possibility of linearity and noise figure adjustment, in order to save power. In addition, those circuits consume great area, resulting in high production costs, or they do not scale well with CMOS. The goal of this work is demonstrate the feasibility and advantages in using a digitally controlled LNA in a receiver chain in order to save area and power. / Os sistemas de comunicação móveis permitem a exploração da informação em ambientes complexos através dos dispositivos portáteis que possuem como principal restrição a duração de suas baterias. Como o desenvolvimento da tecnologia de baterias não ocorre na velocidade esperada pelo mercado, muitos esforços se voltam à redução do consumo de energia dos circuitos eletrônicos destes sistemas. Além disso, os sistemas de radiofrequência são em geral projetados para funcionarem de forma fixa, especificados para o cenário de pior caso do link de comunicação. No entanto, este cenário pode ocorrer em uma pequena porção de tempo, resultando assim no restante do tempo em desperdício de energia. A investigação de sistemas e circuitos de radiofrequência adaptativos, que se ajustem ao nível de sinal de entrada a fim de reduzir o consumo de energia é assim de grande interesse e importância. Dentro de cadeia de recepção de radiofrequência, os Amplificadores de Baixo Ruído (LNA) se destacam como elementos críticos, tanto para o desempenho da cadeia como para o consumo de potência. No passado algumas técnicas para o projeto de LNA reconfiguráveis foram propostas e aplicadas. Contudo, a maioria delas só se aplica ao controle do ganho, deixando de explorar o ajuste da linearidade e da figura de ruído com fins de economia de energia. Além disso, estes circuitos ocupam grande área de silício, resultando em alto custo, ou então não se adaptam as novas tecnologias CMOS de baixo custo. O objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade e as vantagens do uso de um LNA digitalmente configurável em uma cadeia de recepção de radiofrequência do ponto de vista de custo e consumo de potência.