Progetto e simulazione di un VCO per applicazioni WLAN basato sul circuito Boot-Strapped Inductor

Una delle maggiori difficoltà nella realizzazione di un oscillatore completamente integrato, è quello di dover disporre di induttori ad alto fattore di merito Q. Questa caratteristica non può essere ottenuta semplicemente, utilizzando processi standard CMOS, a causa delle correnti di perdita nel substrato (a bassa resistività) ed al limitato spessore delle metallizzazioni utilizzate per la realizzazione delle spire. Una delle possibilità per ovviare a tale problema consiste nell’utilizzazione passi addizionali nel processo tecnologico di fabbricazione. Ovviamente una tale scelta comporta maggiori difficoltà e costi di realizzazione aggiuntivi. Per realizzare prodotti a basso costo si è quindi portati ad utilizzare circuiti attivi che abbiano un comportamento in frequenza il più possibile vicino a quello di un induttore integrato ad alto fattore di merito Q. Una delle soluzioni circuitali a questo problema è il cosiddetto Boot-Strapped Inductor (BSI), originalmente pensato in tecnologia bipolare. Nel lavoro di tesi presentato, si è dapprima studiato, attraverso un modello matematico, il comportamento di una nuova versione del BSI realizzato in tecnologia CMOS. Successivamente facendo uso del BSI si è progettato un oscillatore controllato in tensione (VCO), in grado di produrre oscillazioni nella banda di frequenze tra 5-6 GHz per applicazioni Wireless Local Area Network (WLAN). Lo studio ha permesso di dimostrare la fattibilità di una tale soluzione che sfrutta il BSI per realizzare il circuito LC ad alto fattore di merito. Il VCO progettato soddisfa le specifiche imposte dai principali standard per applicazioni WLAN, quali IEEE 802.11a e HiPerLAN/2 (High Performance Local Area Network), operativi negli Stati Uniti d’America e in Europa, rispettivamente. La soluzione proposta in questo lavoro di tesi, permette di ottenere le migliori prestazioni in termini di rumore di fase (nel peggiore dei casi il phase noise risulta -129 dBc/Hz @1 MHz), che rappresenta il miglior risultato mai raggiunto da nessuna delle soluzioni presenti in letteratura, sia che queste utilizzino circuiti attivi o meno