Analysis of energy efficiency in reconfigurable RF receiver systems

Abstract

Resumo: Circuitos comutados com capacitores são largamente empregados devido às características e possibilidade de substituir indutores para redução da área de silício. Os circuitos N-path ganharam destaque na última década, devido as suas características e potencial para substituir transcondutores interdigitais ou filtros de onda acústica SAW/BAW. Os filtros N-path aplicados nas cadeias de recepção de RF proporcionam o desenvolvimento de circuitos como amplificadores de transcondutância de baixo ruído LNTA e os Mixer- First. Estas estruturas apesar do possuírem um potencial promissor, requerem cuidados ao projetista para que se possa obter o melhor desempenho possível. Neste trabalho são apresentadas três principais arquiteturas de receptores de RF, aplicações, normas, e simulações de comparação com três esquemas de transmissão, visando o melhor desempenho energético. A comparação de arquiteturas de receptores é feita com simulações aplicando algoritmo iterativo de alocação de potência e calculando as características dos receptores em cadeia da antena até a conversão abaixadora, onde o sinal é entregue a um controlador automático de tensão VGA e posteriormente a um conversor analógico-digital ADC. A análise de receptores em cadeia, através de três arquiteturas diferentes, com três esquemas de transmissão e combinações entre eles incluindo variação no número de nós ativos permite a escolha da arquitetura mais adequada conforme o requisito do projeto, frequência de operação, largura de banda, linearidade entre outras características desejadas.

Abstract: Switched capacitors circuits are widely used due to the characteristics and possibility of replacing inductors to reduce the silicon area. N-path circuits have gained prominence in the last decade, due to their characteristics and potential to replace interdigital transceptors or SAW / BAW acoustic wave filters. The N-path filters applied in the RF reception chains provide the development of circuits such as LNTA low noise transconductance amplifiers and Mixer-First. These structures, despite having a promising potential, require care to the designer in order to obtain the best possible performance. This work presents three main RF receiver architectures, applications, standards, and comparison simulations with three transmission schemes, aiming at the best energy performance. The comparison of receiver architectures is done with simulations applying an iterative power allocation algorithm and calculating the characteristics of the antenna chain receivers until the downward conversion, where the signal is delivered to an automatic VGA voltage controller and later to an analog converter digital ADC. The analysis of chain receivers, through three different architectures, with three transmission scheme and combinations among themselves including variation in the number of active nodes allows the choice of the most appropriate architecture according to the project requirement, frequency of operation, bandwidth, linearity among other desired characteristics.