Sejak kemunculan industri Objek Rangkaian Internet (IoT) kebelakangan ini, permintaan pasaran kepada litar bersepadu dalam sistem komunikasi yang berkapasiti penghantaran data yang lebih tinggi dan penggunaan kuasa yang lebih rendah semakin meningkat. Oleh sebab itu, reka bentuk Penguat Kuasa (PA) Frekuensi Radio (RF) menjadi semakin mencabar dan penting. Dalam tesis ini, 0.18 um PA CMOS untuk 2.45 GHz aplikasi IoT telah dibentangkan. Rekabentuk PA terdiri daripada dua peringkat iaitu peringkat pemandu dan peringkat utama. Kedua-dua peringkat ini direka dalam konfigurasi peringkat tunggal yang terdiri daripada satu transistor di setiap peringkat. Dalam sudut prestasi, PA mampu menyampaikan keuntungan kuasa yang lebih daripada 20 dB dari operasi frequensi 2.4 GHz kepada 2.5 GHz. Kuasa pengeluaran maksimum yang dicapai oleh PA adalah 13.28 dBm. Oleh sebab sasaran PA itu adalah untuk diguna pada pemancar Bluetooth Tenaga Rendah (BLE), PA yang direka bentuk harus mencapai sekurang-kurangnya kuasa pengeluaran 10 dBm untuk menghantar isyarat dalam piawaian BLE. PA mempamerkan titik pemintasan pengeluaran tahap ketiga (OIP3) yang agak stabil pada 18 dBm sebelum kuasa pengeluaran PA mencapai 10 dBm. PA menunjukkan puncak kecekapan kuasa tambahan (PAE) sebanyak 17.82 % pada kuasa pengeluaran ialah 3 dBm. Oleh itu, PA direka mempamerkan pengeluaran yang lurus sehingga kuasa pengeluaran mencapai 10 dBm tanpa mengorbankan kecekapan dengan kadar yang tinggi. Pada operasi frequensi 2.45 GHz, PA mempamerkan nilai kestabilan,k-faktor melebihi 1. Oleh itu, PA mampu beroperasi dalam rantau stabil tanpa syarat. Selain itu, PA menunjukkan prestasi parameter-S yang baik iaitu π11 mencapai sebanyak -10.36 dBm dan π22 mencapai -10.38 dBm. Prestasi PA ini dicapai dengan menggunakan kuasa elektrik sebanyak 1.8 V.
_______________________________________________________________________________________________________
Due to the emerging of the Internet of Things (IoT) industry in recent years, the demand for the higher integration of wireless communication system with higher data rate of transmission capacity and lower power consumption has increases tremendously. The design of Radio Frequency (RF) Power Amplifier (PA) is getting more challenging and crucial. In this work, a 0.18 um CMOS PA for 2.45 GHz IoT application is presented. The designed PA consists of two stages, which are the driver stage and output stage. Both driver stage and output stage utilise single stage common source transistor configuration. In the view of performance, the PA is able to deliver more than 20 dB gain in the frequency range of 2.4 GHz to 2.5 GHz. The maximum output power achieved by PA is 13.44 dBm. As the PA designed is targeted for Bluetooth Low Energy (BLE) transmitter, a minimum of 10 dBm output power should be achieved by PA to transmit the signal in BLE standard. The PA exhibits a nearly constant Third-order Output Intercept Point (OIP3) of 18 dBm before PA goes into saturated after 10 dBm output power. The PA shows a peak Power Added Efficiency (PAE) of 17.61 % at 13.24 dBm output power. Therefore, the designed PA exhibits good linearity up to 10 dBm output power without sacrificing much on the efficiency. At the operating frequency of 2.45 GHz, the PA exhibits stability k-factor, πΎπ value of more than 1 and thus the said PA is considered as unconditionally stable. Besides, the PA shows s-parameters performance of -7.91 dBm for π11 and -11.07 dBm for π22. These performances of PA are achieved with input power supply of 1.8 V.
0.18 um CMOS power amplifier for 2.45 GHz IoT application / Ang Wei Keat