Foram avaliadas as classes de amplificadores de potência para a implementação de um transmissor com freqüência de portadora de 915 M Hz usando tecnologia 0, 35 µm da AMS. Visto que a modulação usada na implementação do transmissor é de envoltória constante, e a eficiência é um requisito crítico desta implementação, os amplificadores chaveados são a melhor escolha. Entre as classes disponíveis para os amplificadores chaveados foi escolhido o classe E por ter uma implementação em eletrônica integrada mais simples. A desvantagem dos amplificadores classe E é a tensão Vds máxima que o
NMOS pode experimentar. Esta tensão em tecnologias submicron pode ser destrutiva para o transistor MOS.
A teoria do amplificador de potência classe E foi desenvolvida e suas equações de projeto deduzidas. As especificações de projeto para o amplificador de potência foi extraída da norma IEEE 802.15.4. Foram feitas duas implementações do amplificador, uma integrada, e outra, discreta. A implementação discreta foi realizada com o propósito de validar a metodologia de projeto utilizada na implementação integrada. A implementação integrada, com potência de saída de 250 mW, tensão de alimentação de 2 V, freqüência de transmissão de 915 MHz, e fator de qualidade da rede passiva de saída de 5, foi realizada utilizando a tecnologia de fabricação 0,35 µm, processo c35b4, da Austriamicrosystems. O impacto das não idealidades dos componentes passivos foi avaliado no caso da implementação integrada, em especial a degradação do desempenho causado pelos parasitas dos indutores integrados. Também foi projetada e simulada a topologia do pseudo-classe E que foi usada como bloco de interface entre a modulação OQPSK e o amplificador de potência.
Dois fluxos de projeto para amplificador foram seguidos. Em um dos fluxos foi usado as ferramentas de EDA da Mentor Graphics. Em outro fluxo, foram usadas somente ferramentas gratuitas. O leiaute do amplificador foi feito nas ferramentas IC Station da
Mentor Graphics e no Electric. O projeto, simulação e desenho dos indutores foi feito no Asitic, importado para o Electric e em seguida, importado para o IC Station. Como os
valores de indutância dos indutores integrados foram relativamente altos, suas resistências séries ficaram da ordem de dezenas de ohms. Isto degradou significativamente a eficiência do amplificador.
Foram desenhados algumas estruturas isoladas para teste e caracterização em sílicio. Estas estruturas foram: um transistor interdigitado com dimensões físicas de W = 2400
µm e L = 0, 35 µm, um capacitor de RF e um indutor multi-camadas.
No projeto do amplificador de potência classe E foram usadas as equações de projeto deduzidas a partir das hipóteses de que o indutor choke é infinito, e o transistor de potência NMOS é considerado uma chave ideal. Para ajustar as curvas Vde Id do transistor
metodologia pode ser seguida usando somente simulador spice.
4.2
Sugestões para trabalhos futuros
Para validar o fluxo de projeto usando ferramentas gratuitas é preciso testar e caracterizar, em silício, os amplificadores projetados. Deve-se portanto, montar a jiga de testes enquanto o chip está em processo de fabricação. Uma placa de circuito impresso deve ser desenhada para receber o amplificador. Deve-se estimar as perdas nos cabos. É possível melhorar o projeto dos indutores caracterizando o indutor isolado desenhado no
die. Pode-se também usar algum eletromagnetic solver para o projeto destes dispositivos.
Alguns destes programas que resolvem as equações de Maxwell são: HFSS, CST, Sonnet. Deve-se usar também, se disponível, pads de RF, porque estes apresentam capacitância para o subtrato mais baixa do que os pad-limited pads usados neste trabalho.
Para melhorar a eficiência do amplificador de potência pode-se considerar mudar a especificação. Se for usado uma freqüência de 2, 4 GHz os valores de indutância requeridos para a rede passiva de saída serão menores, logo o número de espiras também será reduzido, diminuindo a resistência série dos indutores. A resistência série dos indutores é o efeito parasita que mais degrada a performance do amplificador. Nesta freqüência seria importante blindar os indutores com plano de terra (PGS, do inglês Patterned Ground
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