Low Noise Amplifier integrato in tecnologia CMOS 90nm per radiometria ambientale.

La Terra è un sistema molto complesso (dal punto di vista dei fattori fisici, chimici, biologici che vi avvengono) e l’uomo ne ha una conoscenza limitata e per certi aspetti inadeguata alle sue necessità. Si pensi ad esempio all’inadeguatezza di fornire attendibili previsioni metereologiche oltre un limitato arco temporale e al di sotto di una certa risoluzione spaziale. Da ciò nasce la necessità del “telerilevamento” , cioè una tecnica che permette di rilevare a distanza (“remote sensing”) le caratteristiche ed i parametri di entità, come ad esempio i corpi solidi, i gas, i fluidi, ecc.) mediante sensori non a contatto diretto con tali entità e spesso a grandi distanze da esse. Le applicazioni del telerilevamento, oltre agli aspetti scientifici, riguardano importanti domini applicativi ed operativi che includono fra gli altri le previsioni metereologiche ed il monitoraggio ambientale. In particolare il monitoraggio ambientale ha assunto, negli ultimi anni, rilevanza sempre crescente grazie anche all’utilizzo sempre più spinto delle nuove tecnologie. Infatti, un fattore chiave per avere delle previsioni e dei rilevamenti affidabili è la disponibilità di una rete di sensori molto fitta e ben distribuita sul territorio. Alcuni dei maggiori problemi alla realizzazione pratica di questo obiettivo erano rappresentati dal costo, dall’ingombro, dal consumo e dalla necessità di taratura e manutenzione continue dei sensori attualmente disponibili. Tali problemi sarebbero superabili con l’impiego di sensori la cui parte attiva fosse realizzata su un singolo chip. L’obiettivo di questo lavoro, nell’ambito del PRIN2005, è dimostrare che le attuali tecnologie microelettroniche basate sul Silicio (Si) sono mature per la realizzazione di un radiometro a microonde single-chip. Nel dettaglio, nell’ambito del progetto “Radiometro Integrato al Silicio per la Prevenzione di Incendi e la Salvaguardia Civile ed Ambientale”, si è svolta un’analisi preliminare del front-end a microonde single-chip e si è progettato lo stadio di amplificazione a basso rumore (LNA) a 13GHz in tecnologia CMOS 90nm, prestando particolare attenzione alle problematiche inerenti il calcolo della temperatura di corpo nero equivalente. Dopo aver definito le specifiche del blocco LNA si sono considerati i problemi legati alla progettazione a basso rumore e gli effetti di canale corto non più trascurabili con tale tecnologia. Si è scelta la soluzione doppio stadio cascole completamente differenziale che ha permesso di raggiungere il miglior compromesso tra guadagno di potenza, cifra di rumore (NF) e immunità ai disturbi a modo comune. Si è così ottenuto un guadagno di potenza di circa 24dB, una NF di 2.4dB e un consumo di 9mW. Tali valori risultano migliori alla maggior parte delle realizzazioni presenti in letteratura