[ES]: Esta tesis trata del diseño, en tecnologías nanométricas CMOS, de bloques analógicos para aplicaciones de RF, en el que se ha incorporado como base la completa exploración de todas las posibles regiones de inversión en las cuales el transistor puede ser polarizado. La herramienta fundamental ha sido el uso sistemático de la técnica gm/ID sobre los transistores y la descripción del comportamiento real de todos los dispositivos mediante modelos semi-empíricos. Dos circuitos han sido estudiados cuidadosamente en este trabajo: el amplificador de bajo ruido (o LNA) y el oscilador controlado por tensión (o VCO). Para cada uno de estos circuitos, se han elaborado y plasmado en flujos de diseño varias estrategias de diseño óptimo. Mediante el análisis de las variaciones de las características de los circuitos estudiados, como figura de ruido, ganancia en potencia, consumo, en función del parámetro gm/ID de cada transistor, se puede seleccionar la región de inversión óptima, obteniéndose un razonable coste en el diseño de estos bloques, a partir de varias herramientas de cálculo y optimización que se han desarrollado específicamente. Basándonos en las especificaciones de los estándares de comunicación de RF de bajo consumo, se ha diseñado un conjunto de estos circuitos, donde se demuestra la efectividad del método implementado. Dos procesos nanométricos fueron utilizados en las respectivas implementaciones. Los resultados obtenidos mediante simulaciones eléctricas y medidas concuerdan razonablemente con los obtenidos con las herramientas de cálculo. Por último, esta metodología se ha utilizado tanto en el estudio previo como en el diseño final de algunos bloques de RF de un transceptor ZigBee de 2.4 GHz.

[EN]: This thesis deals with the design, in CMOS nanometric technologies, of analog blocks for RF applications, based on the complete exploration of all-inversion-regions in which the MOS transistor is biased. The fundamental tool has been the systematic use of the MOS transistors gm/ID technique and the description of the real behavior of all devices by means of semi-empirical models. In this work, two circuits have been carefully studied: the low noise amplifier (or LNA) and the voltage controlled oscillator (or VCO). For each of these circuits, several optimum design strategies have been elaborated and expressed in design flows. Through the analysis of the variations of the studied circuits features, as noise figure, power gain, consumption, as function of the parameter gm/ID of each transistor, it is possible to select the optimum MOS transistor inversion region. This way it is obtained a reasonable design cost for these blocks, starting from the computation and specifically developed optimization tools. Basing our designs on the low power RF communication standard specifications, a set of these circuits have been designed, where it is shown the effectiveness of the developed method. Two nanometer process were used for the referred circuits implementation. The results obtained from electrical simulations and measurements agree with the ones collected with the computational tools. Finally, this methodology has been used both in previous studies and final design of some of the RF blocks of a 2.4 GHz ZigBee transceiver.

Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE-CNM) del CSIC-España, la Universidad de Sevilla-España y la Universidad de la República-Uruguay, por su apoyo técnico, logístico, y financiero, al Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperación por la financiación de mi beca doctoral MAE-AECID durante estos tres años y al servicio de fabricación de MOSIS. Por otra parte agradezco los siguientes proyectos que han financiado en parte este trabajo de investigación: 1) el gobierno español y los fondos FEDER a través de los proyectos SR2 (TSI-020400-2010-55/Catrene2A105SR2, TSI-020400-2008-71/MEDEA+2A105), TOETS (CATRENE CT302) y TEST(TEC2007- 68072/MIC), 2) el gobierno andaluz con el proyecto ACATEX (P09-TIC-5386), 3) el gobierno uruguayo con los proyectos ANII FCE 2007/501 y PDT 63/361 y 4) el proyecto de cooperación bilateral CSIC-UR 2009UY0019.

Memoria presentada por Rafaella Fiorelli Martegani para optar al grado de Doctora por la Universidad de Sevilla y la Universidad de la República.

Peer Reviewed