521410S ELEKTRONIIKKASUUNNITTELUN JATKOKURSSI

Syksyllä 2012 kurssina luennoidaan  "Tietoliikennepiirien suunnittelu"

Kurssin laajuus: 4 op

Ajoitus: periodeilla 1-2

Luennot :  ti 10-12 ja to 12-14 TS126  (alkaa 4.9.)

   Timo Rahkonen TS203

Laskuharj: luentojen ohessa 

 Harjoitustyö: kurssissa on pieni harjoitustyö, joka voi olla joko simulointitehtävä tai kirjallisuustutkimus.


 

Uutisia:

Example on tapped-c attn

** Luennot aloitetaan 1. periodilla. Materiaalina on luentokalvot, tarvittaessa myös suomenkielinen n. 200-sivuinen moniste, jonka sisältö on hitusen laajempi kuin ehdimme tässä kurssissa käydä läpi.

Luentomatsku on näytillä, ks.alempaa. Viilaan sitä vielä tovin.

Design excircise list is available here .



Tavoitteet

Kurssi painottuu RFIC-henkisiin asioihin. Tärkeimpinä asioina ovat:

- epälineaaristen ja aikavarienttien systeemien lähtöspektrin muodostumisen ymmärtäminen,

- balanssoitujen piirirakenteiden (diff. in/out) analysointi ja ymmärtäminen,

- impedanssigyraation ymmärtäminen

- ja katsaus tehovahvistimiin ja niiden linearisointiin.

Kurssimateriaali

Kurssista on laadittu moniste

Lisämateriaaliksi käy mm.

Toteutus

Kurssi pidetään hitusen suppeampana kuin takavuosina (98-07).

Luentoja 20 h, 2 h/vko + 2h/vko harkoille periodeilla I-II


Kurssissa tehdään joko kirjallisuustutkimus- tai simulointityyppinen harjoitustyö. Töiden aiheet ovat tässä, ja lisää tietoja saa T. Rahkoselta.



 

Ohjelmistoja

Omatoimista kokeilua tukevia piirisuunnitteluohjelmistoja löytyy täältä .

 

 

 

 

Monisteen sisällysluettelo (tästä otetaan subsetti)

1. JOHDANTO 7

1.1 Tietoliikenneteknologian osa-alueet 7

1.2 Trendejä 8

1.3 Informaation siirtoon tarvittava SNR 9

1.4 Modulaatiomenetelmän valinnasta 12

1.5 Signaalien luonteesta 13

1.6 Erilaisten lohkojen ominaisuuksia 17

2. TIETOLIIKENNESOVELLUKSET 19

2.1 Langattoman tiedonsiirron sovellukset 19

2.2 Radiolähetinvastaanottimen vaatimuksia 25

2.3 Langattoman tiedonsiirron rakenteet 29

2.4 Vastaanotinarkkitehtuurit 30

2.5 Lähetinarkkitehtuurit 34

2.6 Multicarrier-lähettimet ja vastaanottimet 36

2.7 Langalliset siirtotiet 38

2.8 Tiedonsiirtotavat lankaverkossa 39

2.9 Standardoituja langallisia yhteyksiä 41

2.10 Optiset sovellukset 43

3. KOHINA, EPÄLINEAARISUUS JA AIKAVARIANTTIUS 45

3.1 Johdantoa 45

3.2 Termistöä 46

3.3 Epälineaarisuuden vaikutuksia 47

3.4 Teho vai amplitudi? 48

3.5 Kohina 49

3.6 Kohinakerroin ja kohinaluku 51

3.7 Kohina useamman asteen kaskadissa 54

3.8 Amplitudi- ja vaihekohina 55

3.9 Epälineaarisuuksien analysoinnista 57

3.10 Spektrien konvoloiminen 58

3.11 Muistiton input-output -polynomi 60

3.12 Epälineaarisuuden vaikutuksia 61

3.13 IIP-käyrien approksimoiminen 71

3.14 IIP-laskut useamman asteen kaskadissa 73

3.15 Muutamia havaintoja lineaarisuudesta 76

3.16 AM/AM- ja AM/PM -särö 77

3.17 Epälineaarisuuksien vaikutus todellisuudessa 79

3.18 Aikavariantit systeemit 84

4. KOMPONENTEISTA JA TEKNOLOGOISTA 87

4.1 Johdanto ja tunnuslukuja 87

4.2 Valmistusteknologioiden vertailua 88

4.3 fT, fmax ja viiveet 92

4.4 Impedanssigyraatio 94

4.5 BJT:n ominaisuuksista 97

4.6 MOSFET:n ominaisuuksista 104

4.7 MESFET, HEMT ja HBT 109

4.8 Integroidut passiivikomponentit 110

4.9 Jakautuneiden suureiden vaikutus 116

4.10 Piirikotelon sähköinen malli 118

4.11 Koteloresonanssien vaimentaminen 119

4.12 I/O-liitynnöistä 121

4.13 Ylijännitesuojaus 123

4.14 Substraatin sähköinen sijaiskytkentä 124

4.15 Substraatin terminen sijaiskytkentä 125

5. VAHVISTINRAKENTEET 127

5.1 Johdanto 127

5.2 Piirirakenteiden yleisiä ominaisuuksia 129

5.3 Biasointitavat 130

5.4 Impedanssisovitus 134

5.5 Sovitusverkoista 137

5.6 Differentiaaliset s-parametrit 138

5.7 Erilaisten asteiden lineaarisuuslaskelmia 141

5.8 Vahvistimien linearisointikeinoja 146

5.9 Kaistanleveyden kasvattamiskeinoja 147

5.10 LNA-rakenteet 148

5.11 Tulo- ja lähtösovitusten merkitys 152

5.12 Säädettävät vahvistimet 153

5.13 Säätövahvistinrakenteita 155

5.14 Rajoitinvahvistimet ja signaalitason ilmaisu 159

5.15 Signaalin tehon mittaaminen 164

5.16 Puskurivahvistimet ja ajurit 165

5.17 Tehovahvistimet 166

5.18 RF-tehovahvistimien linearisointikeinoja 171

5.19 Laajakaistainen optinen tiedonsiirto 173

6. SEKOITTAJAT 175

6.1 Yleistä sekoittajista 175

6.2 Mikseri aikavarianttina systeeminä 177

6.3 Mikserityyppejä 180

6.4 LO-signaalin muoto ja sekoitusvahvistus 182

6.5 LO-signaalin tason vaikutus BJT-mikserissä 183

6.6 Sekoitusvahvistuksen ja kohinaluvun mittaaminen 184

6.7 Diodi- ja transistorisekoittajat 186

6.8 Integroituja sekoittajia 188

6.9 AB-luokan sekoittajia 192

6.10 Muita sekoittajarakenteita 193

6.11 Image reject -sekoittajat 195

6.12 Peilitaajuusvaimennuksen tarkkuus 198

6.13 Muita ongelmia image reject -sekoittajissa 200

6.14 Alinäytteistys (Undersampling) 201

6.15 Digitaalinen alassekoitus (Digital down-conversion) 202

7. OSKILLAATTORIT 203

7.1 Yleistä 203

7.2 Oskillattoreiden ominaisuuksia 204

7.3 Pitkäaikainen stabiilisuus 205

7.4 Oskillaattorityyppejä 207

7.5 Vaihekohina 209

7.6 Jitteri ja jitterin ja vaihekohinan yhteys 213

7.7 Sinioskillaattorien analysointi 215

7.8 Sinioskillaattorien toiminta 217

7.9 Yleisimpiä sinioskillaattoreita 219

7.10 Varaktorirakenteita 220

7.11 Relaksaatio-oskillaattorit ja rengasoskillaattorit 221

8. VAIHE- JA VIIVELUKKORAKENTEET 223

8.1 Vaihe- ja viivelukittu silmukka 223

8.2 Vaihelukon käyttösovelluksia 225

8.3 Vaihelukon osat 226

8.4 PFD:n toiminta ja kohina 230

8.5 Silmukkasuodattimen suunnittelu 231

8.6 PLL:n kohinalähteet 234

8.7 Taajuussynteesi 235

8.8 Tiheä kanavarasteri ja kanavanvaihdon nopeutus 237

8.9 Ajoitusjitteri taajuussyntetisaattorissa 238

8.10 Datan ja kellon regenerointi 239

8.11 Jakajien rakenteita 240

9. MODULAATTORI- JA ILMAISINRAKENTEET 241

9.1 Yleistä 241

9.2 I/Q-modulaattori 242

9.3 Analogiset vaihesiirtimet 245

9.4 Analogisia vaihesiirrinrakenteita 246

9.5 Vaihesiirtimen virityskeinoja 248

9.6 Digitaalisia vaihesiirtimiä 249

9.7 Suora digitaalinen synteesi (DDS) 250

9.8 VCO:n moduloiminen 252

9.9 Kvadratuuri- ja PLL-ilmaisin 253