Microwave Schaltungsdesign

Schaltungsentwurf vollintegrierter analoger Frontends zur Anwendung in THz-Kommunikations- und Radarsystemen

Offene studentische Arbeiten

Motivation:

Integrierte Leistungsdetektoren ermöglichen die Überwachung und Regelung der Performance eines analogen Tx/Rx-MMICs im laufenden Betrieb. Niedrige Leistungspegel im Bereich der THz-Frequenzen erschweren die integrierte Leistungsmessung erheblich.

Ziele:

- Entwicklung und Evaluierung von Schaltungskonzepten für Leistungsdetektoren im THz-Frequenzbereich (~ 220-330 GHz)
- Schaltungsentwicklung und Layout verschiedener Detektor-Konzepte in einer III-IV Halbleitertechnologie

Aufgaben:

- Evaluierung vorhandener Entwürfe
- Entwicklung neuer Konzepte
- Circuit-level Simulationen mit ADS
- 3D Feld-Simulationen mit CST/Momentum
- MMIC Layout mit Cadence
- Literaturrecherche

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Motivation:

Die stetig wachsende Bedarf an immer höheren Datenraten in drahtlosen Kommunikationssystemen erfordert die Erschließung neuer Frequenzbereiche. Die Entwicklung analoger Tx- / Rx-Frontends im THz-Frequenzbereich (~ 220 – 330 GHz) stellt dabei große Herausforderungen an das Schaltungsdesign der einzelnen Komponenten.

Ziele:

- Entwicklung und Evaluierung verschiedener Schaltungstopologien für Mischer, Frequenzmultiplizierer oder Verstärker im THz-Frequenzbereich (~ 220-330 GHz)
- Circuit Design und Layout der Konzepte in einer III-IV Halbleitertechnologie

Aufgaben:

- Evaluierung vorhandener Entwürfe
- Entwicklung neuer Konzepte
- Circuit-level Simulationen mit ADS
- 3D Feld-Simulationen mit CST/Momentum
- MMIC Layout mit Cadence
- Literaturrecherche

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Nowadays at times of 5G, IoT and autonomous driving systems and subsystems are becoming more and more important in the mmW-range. In order to shrink the size of those systems Globalfoundriesdelivers with his 22nm process a cutting-edge technology and is leading in performance in the CMOS domain.Core of this thesis is an integrated design of a low-noise amplifier for an ultra-wideband (up to 90GHz) receiver.

Goals of this work:

- design of a low-noise amplifier
- evaluation of different topologies
- investigation of the limits of this technology
- is the system performance reachable?

Your are perfectly suited if:
- you are interested in integrated circuit-design
- you have a good knowledge in the RF/mmWdomain
- you have already experience with developing tools like Cadence or ADS

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Nowadays at times of 5G, IoT and autonomous driving systems and subsystems are becoming more and more important in the mmW-range. In order to shrink the size of those systems Globalfoundriesdelivers with his 22nm process a cutting-edge technology and is leading in performance in the CMOS domain.

Core of this thesis: DECIDE YOURSELF!

The topic of this thesis is totally up to you. You can design one or more components of a whole Transceiver system. Investigate the technology limits and decide witch topology of a mixer, power amplifier, low-noise amplifier, switch, multiplier is most suitable to achieve the best system performance!

Goals of this work:

- design of at least one transceiver component
- make a system evaluation
- evaluation of different topologies (active and passive)
- investigation of the limits of this technology
- is the system performance reachable?


Your are perfectly suited if:

- you are interested in integrated circuit-design
- you have a good knowledge in the RF/mmWdomain
- you have already experience with developing tools like Cadence or ADS

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Nowadays at times of 5G, IoT and autonomous driving systems and subsystems are becoming more and more important in the mmW-range. In order to shrink the size of those systems Globalfoundriesdelivers with his 22nm process a cutting-edge technology and is leading in performance in the CMOS domain.

Core of this thesis is an integrated design an ultra-wideband mixer (up to 90GHz).

Goals of this work:

- design of a mixer
- evaluation of different topologies (active and passive)
- investigation of the limits of this technology
- is the system performance reachable?

Your are perfectly suited if:

- you are interested in integrated circuit-design
- you have a good knowledge in the RF/mmW domain
- you have already experience with developing tools like Cadence or ADS

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Charakteristisch für eine konventionelle Mikrostreifenleitung ist u. a. eine homogene GND Metallfläche. Um die elektrischen Eigenschaften einer solchen Leitung zu beeinflussen, können in die ebene GND-Fläche bestimmte Muster in der Metalisierung eingeführt werden. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass periodische Schlitze in einem bestimmten Abstand die Leitung auf mehreren Weisen positiv beeinflussen.

Goals of this work:

- wissenschaftliche Analyse bestimmter Muster in der GND-Fläche
- Optimierung bestimmter elektrischer Eigenschaften
- Aufsetzen einer full 3D-EM Simulation (Abb. 3)
- Modellierung einer Mikrostreifenleitung für den Entwurf in ADS

Das Einbringen bestimmter Muster in der GND-Fläche stellt dabei in einerIII-V-Technologie eine große Besonderheit dar!

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Motivation:
Laut dem Cisco Annual Internet Report1
steigen die Datenrate und der gesamte
Datenverkehr weiter an und erhöhen damit
die Nachfrage nach Komponenten mit
höherer Bandbreite und ungenutzten
Trägerfrequenzen. Neben den Schaltungen
wird für den MMIC eine on-Chip Antenne
benötigt um eine verlustarme Verbindung
mit anderen Systemen zu ermöglichen

Ziele:
- Breitband AoC (Antenna-on-Chip)
- Breitband BALUN
Aufgaben:
- Literaturrecherche
- 3D Feldsimulation (CST Studio)

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Motivation:
Laut dem Cisco Annual Internet Report1
steigen die Datenrate und der gesamte
Datenverkehr weiter an und erhöhen damit
die Nachfrage nach Komponenten mit
höherer Bandbreite und ungenutzten
Trägerfrequenzen. Obwohl MMICs im mm-
Wave-Bereich existieren, fehlt noch immer
eine kostengünstige Packaging-Lösung.
Eine mögliche Lösung ist die direkte
Integration des Chips auf die Platine. Da
Drahtbonden kompliziert wird, ist ein
vollständiger Übergang zu Flipchip
erforderlich.

Ziele:
- DC Flipchip Übergang zur Platine
+ Kondensator
- ZF (0-60 GHz) Übergang zur Platine
- HF (70-300 GHz) Übergang zur Platine
- Einfluss der Platine (obere GND Plane)
auf passive Strukturen (Leitungen,
Koppler) auf dem Chip
- Multilayerkonzepte

 

Aufgaben:
- Literaturrecherche
- 3D Feldsimulation (CST Studio)
- Platinen Design

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Dieses Bild zeigt  Benjamin Schoch
M.Sc.

Benjamin Schoch

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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