Este trabalho apresenta o projeto de um bloco LNA-Misturador dentro de um mesmo circuito integrado para aplicações em um receptor Bluetooth 2;45GHz. Uma estratégia de projeto bem clara, concisa e com uma boa base física e matemática foi desenvolvida para auxiliar o processo de projeto de um bloco LNA-Misturador, composto por um LNA cascode em cascata com um misturador de chaveamento de corrente com entradas simples e degeneração indutiva nas fontes dos estágios de transcondutância. Esta estratégia foi adaptada de trabalhos apresentados na literatura. A estratégia de projeto proposta considera o compromisso entre ruído, linearidade, ganho, dissipação de potência, casamento de impedâncias e isolamento de portas, usando as dimensões dos dispositivos e condições de polarização como variáveis de projeto. Com base nesta estratégia se obteve um bloco LNA-Misturador que atinge algumas especificações propostas. Um bloco LNA-Misturador foi projetado e fabricado em uma tecnologia CMOS 0;35µm para validar a estratégia de projeto proposta. Além disso, para atingir os objetivos, durante o desenvolvimento deste trabalho foi dada atenção especial no projeto dos indutores. Foi projetado, fabricado e medido um chip de teste. Para tal fim foram aplicadas técnicas e estruturas de de-embedding nas medidas para conseguir resultados mais confiáveis. Os resultados experimentais obtidos para os indutores e os resultados preliminares do bloco LNA-Misturador s~ao satisfatórios de acordo com as especificações e os esperados das simulações. No entanto, os indutores integrados degradam significativamente o desempenho do bloco LNA-Misturador. Se forem usados processos de fabricação nos quais os indutores apresentem melhor desempenho, os resultados do bloco LNA-Misturador aplicando a estratégia de projeto desenvolvida neste trabalho podem ser melhorados. Finalmente, é importante ressaltar que a estratégia de projeto proposta neste trabalho já está sendo usada e adaptada em outros projetos com o propósito de melhorar os resultados obtidos, e conseguir auxiliar o processo de projeto deste tipo de blocos. / This work presents a fully integrated LNA-Mixer design for a Bluetooth receiver application at 2:45GHz. A concise design strategy with good physics and mathematics basis was developed to assist the design process of a LNA-Mixer block, formed by a cascode LNA in cascade to a single balanced current commutation Mixer with inductive degeneration. This strategy was adapted from literature and considers the trade-offs between noise, linearity, gain, power dissipation, impedance matching and ports isolation, using the device dimensions and bias conditions as design variables. Based on this strategy, the proposed LNA-Mixer design specifications were achieved. To validate the proposed design strategy, the LNA-Mixer were fabricated in a 0:35µm CMOS process. Furthermore, to achieve the specifications, during the development of this work a special attention to the RF CMOS inductors was given. A test chip was designed, fabricated and measured applying de-embedding structures to obtain more reliable results. The experimental results obtained for the inductors and the preliminary results for the LNA-Mixer are satisfactory compared to the specifications and as expected from simulations. However, the integrated inductors degrade the performance of the block significantly and if a manufacturing process in which the inductor has better performance is used, the resulting LNA-Mixer design applying the strategy developed in this work can be improved. Finally, it is important to highlight that the design strategy proposed in this work is already being used and adapted in other designs in order to improve the results, and to assist the design process of such blocks.

Este trabalho apresenta o projeto de um bloco LNA-Misturador dentro de um mesmo circuito integrado para aplicações em um receptor Bluetooth 2;45GHz. Uma estratégia de projeto bem clara, concisa e com uma boa base física e matemática foi desenvolvida para auxiliar o processo de projeto de um bloco LNA-Misturador, composto por um LNA cascode em cascata com um misturador de chaveamento de corrente com entradas simples e degeneração indutiva nas fontes dos estágios de transcondutância. Esta estratégia foi adaptada de trabalhos apresentados na literatura. A estratégia de projeto proposta considera o compromisso entre ruído, linearidade, ganho, dissipação de potência, casamento de impedâncias e isolamento de portas, usando as dimensões dos dispositivos e condições de polarização como variáveis de projeto. Com base nesta estratégia se obteve um bloco LNA-Misturador que atinge algumas especificações propostas. Um bloco LNA-Misturador foi projetado e fabricado em uma tecnologia CMOS 0;35µm para validar a estratégia de projeto proposta. Além disso, para atingir os objetivos, durante o desenvolvimento deste trabalho foi dada atenção especial no projeto dos indutores. Foi projetado, fabricado e medido um chip de teste. Para tal fim foram aplicadas técnicas e estruturas de de-embedding nas medidas para conseguir resultados mais confiáveis. Os resultados experimentais obtidos para os indutores e os resultados preliminares do bloco LNA-Misturador s~ao satisfatórios de acordo com as especificações e os esperados das simulações. No entanto, os indutores integrados degradam significativamente o desempenho do bloco LNA-Misturador. Se forem usados processos de fabricação nos quais os indutores apresentem melhor desempenho, os resultados do bloco LNA-Misturador aplicando a estratégia de projeto desenvolvida neste trabalho podem ser melhorados. Finalmente, é importante ressaltar que a estratégia de projeto proposta neste trabalho já está sendo usada e adaptada em outros projetos com o propósito de melhorar os resultados obtidos, e conseguir auxiliar o processo de projeto deste tipo de blocos. / This work presents a fully integrated LNA-Mixer design for a Bluetooth receiver application at 2:45GHz. A concise design strategy with good physics and mathematics basis was developed to assist the design process of a LNA-Mixer block, formed by a cascode LNA in cascade to a single balanced current commutation Mixer with inductive degeneration. This strategy was adapted from literature and considers the trade-offs between noise, linearity, gain, power dissipation, impedance matching and ports isolation, using the device dimensions and bias conditions as design variables. Based on this strategy, the proposed LNA-Mixer design specifications were achieved. To validate the proposed design strategy, the LNA-Mixer were fabricated in a 0:35µm CMOS process. Furthermore, to achieve the specifications, during the development of this work a special attention to the RF CMOS inductors was given. A test chip was designed, fabricated and measured applying de-embedding structures to obtain more reliable results. The experimental results obtained for the inductors and the preliminary results for the LNA-Mixer are satisfactory compared to the specifications and as expected from simulations. However, the integrated inductors degrade the performance of the block significantly and if a manufacturing process in which the inductor has better performance is used, the resulting LNA-Mixer design applying the strategy developed in this work can be improved. Finally, it is important to highlight that the design strategy proposed in this work is already being used and adapted in other designs in order to improve the results, and to assist the design process of such blocks.

Ce travail de recherche a été principalement motivé par les avantages importants apportés par la technologie UTBB FDSOI aux applications analogiques et RF de faible puissance. L'objectif principal est d'étudier le comportement dynamique du transistor MOSFET du type UTBB FDSOI et de proposer des modèles prédictifs et des recommandations pour la conception de circuits intégrés RF, en mettant un accent particulier sur le régime d'inversion modérée. Après une brève analyse des progrès réalisés au niveau des architectures du transistor MOSFET, un état de l’art de la modélisation du transistor MOSFET UTBB FDSOI est établi. Les principaux effets physiques impliqués dans le transistor à double grille avec une épaisseur du film de 7 nm sont passés en revue, en particulier l’impact de la grille arrière, à l’aide de mesures et de simulations TCAD. La caractéristique gm/ID en basse fréquence et la caractéristique ym/ID proposée pour la haute fréquence sont étudiées et utilisées dans une conception analogique efficace. Enfin, le modèle NQS haute fréquence proposé reproduit les mesures dans toutes les conditions de polarisation y compris l’inversion modérée jusqu’à 110 GHz. / This research work has been motivated primarily by the significant advantages brought about by the UTBB FDSOI technology to the Low power Analog and RF applications. The main goal is to study the dynamic behavior of the UTBB FDSOI MOSFET in light of the recent technology advances and to propose predictive models and useful recommendations for RF IC design with particular emphasis on Moderate Inversion regime. After a brief review of progress in MOSFET architectures introduced in the semiconductor industry, a state-of-the-art UTBB FDSOI MOSFET modeling status is compiled. The main physical effects involved in the double gate transistor with a 7 nm thick film are reviewed, particularly the back gate impact, using measurements and TCAD. For better insight into the Weak Inversion and Moderate Inversion operations, both the low frequency gm/ID FoM and the proposed high frequency ym/ID FoM are studied and also used in an efficient first-cut analog design. Finally, a high frequency NQS model is developed and compared to DC and S-parameters measurements. The results show excellent agreement across all modes of operation including very low bias conditions and up to 110 GHz.