Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Este trabalho apresenta o projeto de um conversor digital-analógico (DAC) para ser usado em um transmissor RF no padrão Bluetooth. Um DAC é usado em um transmissor RF por que os sinais processados digitalmente devem ser transmitidos analogicamente para outras estações de rádio. Nesta aplicação especificações do conversor como: frequência de amostragem, resolução, Faixa dinâmica livre de espúrios (SFDR), Relação sinal-ruído (SNR) e não-linearidade integral e diferencial (INL e DNL), são determinadas pelo padrão de modulação do transmissor RF que neste trabalho ´e Bluetooth. Além de baixo consumo de potência e de área, condições necessárias para implementar um sistema portável. A arquitetura current-steering segmentada é adequada para este tipo de aplicação. Esta arquitetura se baseia em um conjunto de fontes de corrente, as quais são comutadas para gerar uma tensão de saída. O projeto das fontes de corrente num DAC current steering determina o comportamento dinâmico e estático. No entanto, na literatura muitos trabalhos não têm uma boa estratégia de projeto. Como uma solução, este trabalho apresenta um estudo das variáveis e uma estratégia para o projeto de um DAC nesta arquitetura. A estratégia de projeto proposta para as fontes de corrente, consiste em um processo iterativo onde as variáveis são ajustadas de maneira simples, cumprindo os requerimentos, minimizando o consumo de potência e atingindo as especificações. Além disso, neste trabalho é incluída uma análise teórica dos requerimentos estáticos e dinâmicos, além de uma nova estratégia para a implementação do layout com a qual se obtém um baixo consumo de área. O DAC foi projeto e implementado em tecnologia CMOS de 0,35?m 4M2P. Alguns resultados obtidos no teste experimental são: área ativa do layout de 200?m×200?m, Corrente de escala completa de 700?A (uma tensão de alimentação de 3,3V), INL=0,3LSB, DNL=0,37LSB, SFDR=58dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 50MHz de frequência de amostragem, SFDR=52dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 10MHz de frequência de amostragem. / This work presents a digital-to-analog converter (DAC) design used in a RF transmitter stage for Bluetooth applications. A DAC is used in a RF transmitter because digitally processed signals must be transmitted as an analog wave to other radio stations. The DAC design must fulfill specifications of: sampling frequency, resolution, Spurious-Free Dynamic Range (SFDR), Signal-to-Noise Ratio (SNR) and Differential and Integral Nonlinearities (DNL, INL). These specifications are determined by the modulation standard of the RF transmission stage which in our work is Bluetooth. Also, low power and reduced area are required conditions to implement portable systems. Current-steering segmented architecture is suitable for this application [1]. It is based on an array of matched current sources that are switched to generate the output voltage. The Current sources design in a current steering DAC determines the converter\'s static and dynamic behavior. However, in the literature many works did not present a good design estrategy. As a solution, this work presents a study of the variables tradeoffs and a simple design strategy for current-steering segmented DAC design. The current source design strategy is based on an iterative scheme which variables are adjusted by a simple way, satisfying the requirements, minimizing.

Este trabalho apresenta o projeto de um conversor digital-analógico (DAC) para ser usado em um transmissor RF no padrão Bluetooth. Um DAC é usado em um transmissor RF por que os sinais processados digitalmente devem ser transmitidos analogicamente para outras estações de rádio. Nesta aplicação especificações do conversor como: frequência de amostragem, resolução, Faixa dinâmica livre de espúrios (SFDR), Relação sinal-ruído (SNR) e não-linearidade integral e diferencial (INL e DNL), são determinadas pelo padrão de modulação do transmissor RF que neste trabalho ´e Bluetooth. Além de baixo consumo de potência e de área, condições necessárias para implementar um sistema portável. A arquitetura current-steering segmentada é adequada para este tipo de aplicação. Esta arquitetura se baseia em um conjunto de fontes de corrente, as quais são comutadas para gerar uma tensão de saída. O projeto das fontes de corrente num DAC current steering determina o comportamento dinâmico e estático. No entanto, na literatura muitos trabalhos não têm uma boa estratégia de projeto. Como uma solução, este trabalho apresenta um estudo das variáveis e uma estratégia para o projeto de um DAC nesta arquitetura. A estratégia de projeto proposta para as fontes de corrente, consiste em um processo iterativo onde as variáveis são ajustadas de maneira simples, cumprindo os requerimentos, minimizando o consumo de potência e atingindo as especificações. Além disso, neste trabalho é incluída uma análise teórica dos requerimentos estáticos e dinâmicos, além de uma nova estratégia para a implementação do layout com a qual se obtém um baixo consumo de área. O DAC foi projeto e implementado em tecnologia CMOS de 0,35?m 4M2P. Alguns resultados obtidos no teste experimental são: área ativa do layout de 200?m×200?m, Corrente de escala completa de 700?A (uma tensão de alimentação de 3,3V), INL=0,3LSB, DNL=0,37LSB, SFDR=58dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 50MHz de frequência de amostragem, SFDR=52dB para um sinal senoidal de saída de 1MHz e 10MHz de frequência de amostragem. / This work presents a digital-to-analog converter (DAC) design used in a RF transmitter stage for Bluetooth applications. A DAC is used in a RF transmitter because digitally processed signals must be transmitted as an analog wave to other radio stations. The DAC design must fulfill specifications of: sampling frequency, resolution, Spurious-Free Dynamic Range (SFDR), Signal-to-Noise Ratio (SNR) and Differential and Integral Nonlinearities (DNL, INL). These specifications are determined by the modulation standard of the RF transmission stage which in our work is Bluetooth. Also, low power and reduced area are required conditions to implement portable systems. Current-steering segmented architecture is suitable for this application [1]. It is based on an array of matched current sources that are switched to generate the output voltage. The Current sources design in a current steering DAC determines the converter\'s static and dynamic behavior. However, in the literature many works did not present a good design estrategy. As a solution, this work presents a study of the variables tradeoffs and a simple design strategy for current-steering segmented DAC design. The current source design strategy is based on an iterative scheme which variables are adjusted by a simple way, satisfying the requirements, minimizing.