Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB
-
Upload
rfic-iuma -
Category
Investor Relations
-
view
169 -
download
0
Transcript of Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB
Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Electrónica
Tutores: Dr. Francisco Javier del Pino Suárez
Dr. Sunil Lalchand Khemchandani
Autor: D. Krisnaya Orbaiceta Ezcurra
Titulación: Sistemas Electrónicos
Fecha: Junio de 2012
Estudio de la influencia del encapsulado
en un LNA para UWB
BLOQUE 1
22
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
BLOQUE 1
33
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
INTRODUCCIÓN
4
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
INTRODUCCIÓN
5
Bandas ISM (2.45 GHz)
79 canales 1 MHz
Velocidades de transmisión de hasta 400-500 Mbps
Hasta 24 Mbps
Hasta 250 kbps
Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN)
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
ESTÁNDAR ECMA-368 Ó ISO/IEC 26907
6
CARACTERÍSTICAS DEL ESTANDAR
• ESPECTRO DE 3,1 A 10,6 GHz
• EN 14 BANDAS DE 528 MHz
• MODULACIÓN QPSK-OFDM 128
• TASA DE DATOS DE 53,3 A 480 MBPS
• FRECUENCIA CENTRAL DE LA BANDA = 2904+528*NB, NB=1...14 (MHz)
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
INTRODUCCIÓN
7
DIAGRAMA RX/TX DE UWB
SINTETIZADORBANDA BASE
MAC
FILTRO
INICIAL
LNAINTERRUPTOR
RX/TX
AP
CAG
FILTRO FI
FILTRO FI
CAD
CDA
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
INTRODUCCIÓN
PROTECCIÓN DEL ENCAPSULADO
8
Protección mecánica
Protección
ambiental Temperatura
estable
Circuito sobre oblea EncapsuladoProtección
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
BLOQUE 1
99
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
OBJETIVOS
10
• ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE UN
LNA REALIMENTADO DE ULTRA BANDA ANCHA PARA UWB
(ESTÁNDAR ECMA-368 Ó ISO/IEC 26907 ) .
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
BLOQUE 1
1111
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
12
AMPLIFICADOR CON REALIMENTACIÓN ACTIVA
LENVi
Q2
VCC
RB
RF
RL
Q1
LB
Vo
Vs
RS
~
CC
Q1 Q2 RL RF RB LB LEN
VALOR 36 μm2 1.6 μm2 271.212 Ω 271.212 Ω 1631.58 Ω 6 nH 0.5 nH
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
Tecnologia S21 (dB) NF (dB) BW3dB (GHz) IIP3 (dBm) Vcc (V) ITOTAL (mA) PDC (mW) Área efectiva con pads (mm2)
0.35um SiGe
BiCMOS15 < 3.8 0.1-6.5 0.24 3.3 5.1 16.8 0.1
BLOQUE 1
1313
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
14
FUNCIONES DEL ENCAPSULADO
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• SUMINISTRA PROTECCIÓN
• MECÁNICA
• AMBIENTAL
• MANTIENE LA TEMPERATURA DEL CHIP DENTRO DE UN RANGO
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
15
CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
•POR EL TIPO DE MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN
PLÁSTICOS
CERÁMICOS
• FORMA DE FIJAR EL ENCAPSULADO A LA PCB
ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN
ENCAPSULADOS DE MONTAJE SUPERFICIAL
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
16
CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN: SUS PINES ATRAVIESAN LA PLACA PCB (PRINTED
CIRCUIT BOARD)
• ENCAPSULADOS DE INSERCIÓN DIVIDIDOS POR SUS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Pin de inserción
PCB
DESIGNACIÓN
PINES A UN SOLO LADO
(SIP, ZIP)
(Single In-Line Package,Zigzag In-Line Package)
PINES A AMBOS
LADOS
(DIP)
(Dual In-Line Package)
TIPO MATRIZ
(PGA)
(Pin grid array)
SIN PINES
(LCC, PLCC)
(Leadless chip carrier)
FIGURA
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
17
CLASIFICACIÓN DE LOS ENCAPSULADOS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• ENCAPSULADOS DE MONTAJE SUPERFICIAL O SMD
• ENCAPSULADOS SMD DIVIDIDOS POR TIPO DE PATILLA
DESIGNACIÓN
TIPO GULL-WING
PINES A DOS LADOS (SOP, TSOP)(Small Outline Package, Thin Small Outline
Package)
PINES ACUATRO LADOS (QFP, TQFP)(Quad Flat Package, Thin Quad Flat Package)
TIPO J-LEAD
PINES A DOS LADOS (SOJ)(Small Outline J-Lead)
PINES A CUATRO LADOS (QFJ)(Quad Flat J-Lead)
LEADLESS CHIP CARRIER
PINES A DOS LADOS (DFN)(Dual Flat No-Lead)
PINES A CUATRO LADOS (QFN)(Quad Flat No-Lead Package)
TIPO MATRIZ
(BGA, SPGA)
(Ball Grid Array, Staggered pin grid array)
FIGURA
PCB
Pin tipo "Gull-wing" o "ala
de gaviota"
PCB
Pin tipo "Leadless"
("Internos")
PCB
Pine tipo "J-lead"
PCB
Pin tipo "BGA"
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
18
INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• PARA REALIZAR LA UNIÓN EXISTEN TRES TÉCNICAS O MÉTODOS
WIRE-BONDING
TAB “TAPE AUTOMATIC BONDING”
FLIP-CHIP
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
19
INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
ENCAPSULADO
SUSTRATO
CHIP
Bondpad
Bondpin
Hilo conductor
• WIRE-BONDING
• UNIÓN DE LOS PADS CON LOS PINES A TRAVÉS DE UN HILO CONDUCTOR DELGADO (ORO O
ALUMINIO)
• SE REALIZA APLICANDO ULTRASONIDOS Y CALOR
• LA UNIÓN DEBE SER FUERTE MECÁNICAMENTE Y HOMOGENEA
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
20
INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y EL CHIP
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• TAB “TAPE AUTOMATIC BONDING”
• UNIÓN DE LOS PADS Y LOS PINES MEDIANTE UNAS DELGADAS PISTAS DE METAL DEPOSITADAS EN
UNA CINTA DE POLÍMERO
BUMP
SUSTRATO
CHIPBump
PCB
• FLIP-CHIP
• EL CHIP SE SUELDA DIRECTAMENTE A UNAS PISTAS CONDUCTORAS (EN EL SUSTRATO LAMINADO)
MEDIANTE BUMPS QUE SE DEPOSITAN SOBRE LAS OBLEAS EN SUS ETAPAS FINALES
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
21
FACTORES PARA UNA BUENA ELECCIÓN DEL ENCAPSULADO
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• HAY QUE ESCOGERLO DEPENDIENDO DE LA APLICACIÓN A LA QUE VA DESTINADO
• TAMAÑO DEL CHIP
• NÚMERO DE PINES
• DISIPACIÓN DEL CALOR QUE DEBE POSEER EL CHIP
• FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO
• MATERIAL DEL ENCAPSULADO (PLÁSTICO O CERÁMICO)
• INTERCONEXIÓN ENTRE EL CHIP Y EL ENCAPSULADO (WIRE-BONDING, FLIP-CHIP, TAB)
• INTERCONEXIÓN ENTRE EL ENCAPSULADO Y LA PCB (INSERCIÓN O SMD)
• GEOMETRÍA (FOOTPRINT) DEL ENCAPSULADO SEGÚN LOS ESTÁNDARES
• PRODUCCIÓN EN SERIE
• COSTE
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
22
CARACTERÍSTICAS DEL QFN16
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• EL QFN EMPLEADO (PARA EL LNA) ES DE 16 PATILLAS, DE 5X5 mm DE LADO Y UNA ALTURA DE 0,8 mm
• LAS PATILLAS SON DEL TIPO LEADLESS (SIN PINES)
• EN LA PARTE INFERIOR POSEE UN PLANO PARA CONECTARLO A MASA QUE A SU VEZ NOS INDICA
CUAL ES LA PATILLA 1 MEDIANTE UNA MARCA EN UNA DE SUS ESQUINAS
• EMPLEA EL MÉTODO DEL WIRE-BONDING
• EL ENCAPSULADO ES DE PLÁSTICO Y LO PROPORCIONA LA FUNDIDORA VIRTUAL EUROPRACTICE
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
23
REGLAS DE ENCAPSULADO (QFN)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• HAY UNAS REGLAS ESTABLECIDAS POR EL FABRICANTE EN LO QUE SE REFIERE A DISTANCIAS,
TAMAÑOS MÍNIMOS Y MÁXIMOS TANTO DE BONDPAD, BONDPINES Y DEL CONEXIONADO DE AMBOS
BondpadBondpin
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
24
PARTES DEL ENCAPSULADO CON EL CHIP
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
ENCAPSULADO
PIN
PCB
PIN
BONDPIN
BONDWIRE BONDPAD DADO DE SI O CIRCUITO
VIA SUSTRATO PLANO PARA CONEXIÓN A GND
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
25
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
ENCAPSULADO
PIN
PCB
PIN
BONDPIN
BONDWIRE BONDPAD DADO DE SI O CIRCUITO
VIA SUSTRATO PLANO PARA CONEXIÓN A GND
PARTES DEL ENCAPSULADO CON EL CHIP
26
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
SIMULADOR EM UTILIZADO
MOMENTUM: MÉTODO DE LOS MOMENTOS (MOM) 2.5D – BOBINAS, ELEMENTOS MULTICAPA…
EMDS: MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS (FEM) 3D – ENCAPSULADOS, BONDWIRES…
EMPRO: MÉTODO DE LAS DIFERENCIAS FINITAS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO (FDTD) 3D –ANTENAS, ETC..
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
27
MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
GND
BOARD (500 um, Er = 4.7)
COND (43 um, PC, strip)
BOUND (PC, strip)
DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)
COND2 (2 um, PC, strip)
PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC)
PCVIA2 (PC)
PCVIA3 (PC)
FREE SPACE(open boundary)
BOARD FR4- Cond: Top side layer.- Board: Core material.- PCVIA1: GND vias.- GND: Botton plane.
Lowe QFN (Lower Lead at board level).
Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).
CHIPSPACE- Cond2: Bonding start.- Diel2: Silicon chip.- Bound: PC material to connect siliconchip substrate to "cond" when necessary.
QFN
16
X16
X16
PC: Perfect conductor.
DIEL
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
28
MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
GND
BOARD (500 um, Er = 4.7)
COND (43 um, PC, strip)
BOUND (PC, strip)
DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)
COND2 (2 um, PC, strip)
PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC)
PCVIA2 (PC)
PCVIA3 (PC)
FREE SPACE(open boundary)
BOARD FR4- Cond: Top side layer.- Board: Core material.- PCVIA1: GND vias.- GND: Botton plane.
Lowe QFN (Lower Lead at board level).
Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).
CHIPSPACE- Cond2: Bonding start.- Diel2: Silicon chip.- Bound: PC material to connect siliconchip substrate to "cond" when necessary.
QFN
16
X16
X16
PC: Perfect conductor.
DIEL
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
29
MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
GND
BOARD (500 um, Er = 4.7)
COND (43 um, PC, strip)
BOUND (PC, strip)
DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)
COND2 (2 um, PC, strip)
PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC)
PCVIA2 (PC)
PCVIA3 (PC)
FREE SPACE(open boundary)
BOARD FR4- Cond: Top side layer.- Board: Core material.- PCVIA1: GND vias.- GND: Botton plane.
Lowe QFN (Lower Lead at board level).
Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).
CHIPSPACE- Cond2: Bonding start.- Diel2: Silicon chip.- Bound: PC material to connect siliconchip substrate to "cond" when necessary.
QFN
16
X16
X16
PC: Perfect conductor.
DIEL
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
30
MODELADO DEL QFN16 (SUSTRATO)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
GND
BOARD (500 um, Er = 4.7)
COND (43 um, PC, strip)
BOUND (PC, strip)
DIEL2 (Eps = 12.9, LossTan = 0.0016)
COND2 (2 um, PC, strip)
PCVIA1 (PC) PCVIA1 (PC)
PCVIA2 (PC)
PCVIA3 (PC)
FREE SPACE(open boundary)
BOARD FR4- Cond: Top side layer.- Board: Core material.- PCVIA1: GND vias.- GND: Botton plane.
Lowe QFN (Lower Lead at board level).
Upper QFN (Upper Lead)(Bonding end).
CHIPSPACE- Cond2: Bonding start.- Diel2: Silicon chip.- Bound: PC material to connect siliconchip substrate to "cond" when necessary.
QFN
16
X16
X16
PC: Perfect conductor.
DIEL
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
31
MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
32
MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
Jedec Bondwire Shape Bondwire
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
33
MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
34
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
35
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
36
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
SIMULACIONES (PINES Y BONDING)
• UNA VEZ CREADO EL SÍMBOLO, INSERTAMOS EL COMPONENTE (VISTA “LOOK ALIKE VIEW”) EN UN
NUEVO DISEÑO SCHEMATIC, AÑADIMOS LOS TERM (PORT IMPEDANCE TERMINATION) A 50Ω Y
SIMULAMOS LOS PARÁMETROS S Y LOS PARÁMETROS Y DE 0Hz A 15GHz
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
37
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
PROBLEMAS SURGIDOS DURANTE EL MODELADO
• MODELADO DEL SUSTRATO
• DISPOSICIÓN DEL BONDING VERTICAL
BLOQUE 1
3838
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
39
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES
PAD_ESD PAD_ESD
PAD
PAD
LNA INPin+Bonding
LNA OUTPin+Bonding
VCCPin+Bonding
GNDPin+Bonding
LNA
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
40
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
SIMULACIONES• LNA CON PADS DE ALIMENTACIÓN Y PINES+BONDING EN ALIMENTACIÓN Y ENTRADA LNA
0,1 1 100
5
10
15
20
LNA
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
S2
1 (d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 100
2
4
6
8
10
12
14
16 LNA
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
NF
(d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 10-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10 LNA
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
S11
(d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 10-50
-40
-30
-20
-10
0
10
LNA
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS, PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
S2
2(d
B)
Frecuencia (GHz)
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
41
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
SIMULACIONES• LNA CON PAD_ESD A LA ENTRADA, PADS Y PINES MÁS BONDING EN ALIMENTACIÓN Y ENTRADA
PAD_ESD
PAD
PAD
LNA INPin+Bonding
VCCPin+Bonding
GNDPin+Bonding
ETAPASIGUIENTE
LNA0,1 1 10
0
5
10
15
20
LNA
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
S2
1 (d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 100
2
4
6
8
10
12
14
16 LNA
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
NF
(d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 10-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
LNA
S11
(d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 10-50
-40
-30
-20
-10
0
10 LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
LNA
S2
2(d
B)
Frecuencia (GHz)
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
42
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
SIMULACIONES• LNA CON ALIMENTACIÓN: PADS, PINES Y BONDING, ENTRADA: PAD_ESD
LN
A
PAD+ESD
PAD
PAD
VCCPin+Bonding
GNDPin+Bonding
ETAPASIGUIENTE
ENTRADA
0,1 1 100
5
10
15
20
LNA
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PAD_ESD
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
S2
1 (d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 100
2
4
6
8
10
12
14
16
LNA
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PAD_ESD
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
NF
(d
B)
Frecuencia (GHz)
0,1 1 10-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10 LNA
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PAD_ESD
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
S11
(d
B)
Frecuencia (GHz)0,1 1 10
-50
-40
-30
-20
-10
0
10 LNA
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PAD_ESD
LNA+ALIMENTACION:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING
LNA+ALIMENTACIÓN:PADS,PINESyBONDING
+ENTRADA:PINESyBONDING,PAD_ESD
S2
2(d
B)
Frecuencia (GHz)
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
43
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
SIMULACIONES
•EL PICO NO DESEADO APARECE CON EL PADS_ESD DE ENTRADA AL LNA Y EL PIN MÁS EL
BONDING DE ALIMENTACIÓN
PAD_ESD
A LNA_INENTRADASEÑAL
VCC
GND
+
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
44
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
SIMULACIONES• LNA CON PADS, PADS_ESD Y PINES MÁS BONDING EN ALIMENTACIÓN, ENTRADA Y SALIDA
PAD+ESD
PAD
PAD
LNA INPin+Bonding
VCCPin+Bonding
GNDPin+Bonding
PAD+ESDLNA OUT
Pin+BondingLNA
0,1 1 10
-30
-20
-10
0
10
20
S2
1 (d
B)
Frecuencia (GHz)
LNA
LNA+Encapsulado
0,1 1 100
5
10
15
20
25
NF
(d
B)
Frecuencia (GHz)
LNA
LNA+Encapsulado
0,1 1 10-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
S11
(d
B)
Frecuencia (GHz)
LNA
LNA+Encapsulado
0,1 1 10-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
S2
2 (
dB
)
Frecuencia (GHz)
LNA
LNA+Encapsulado
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
45
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
SOLUCIONES PROPUESTAS
• PARA SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS ANTERIORES
MÚLTIPLES BONDINGS EN PARALELO
QUITAR LOS PADS_ESD O USAR OTROS QUE NO INFLUYAN
MODIFICAR LA BOBINA LEN DEL AMPLIFICADOR
BLOQUE 1
4646
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
MEDIDAS
47
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• PARA LLEVAR A CABO LAS MEDIDAS FUE NECESARIO REALIZAR UNA PCB
H
HuT
K
Pla n o m a sa s
ER, MUR, SUBST
Con d, Rou g h
SUSTRATO (FR-4)
MSub
MSUBMSub1H=1.538 mmEr=4.84Mur=1Cond=4.1e7Hu=3.9e+34 milT=35.00 umTanD=0.019Rough=0 mm
APLICACIÓN LINECALC
MEDIDAS
48
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• PISTAS UNA VEZ CALCULADAS Y SU LAYOUT
OBTENEMOS LOS PARÁMETROS S
MEDIDAS
49
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• LAYOUT FABRICACIÓN PCB • PCB CON LOS COMPONENTES SOLDADOS
MEDIDAS
50
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• EQUIPO DE MEDIDAS
1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN HEWLETT PACKARD E3620A
1 ANALIZADOR DE REDES (VNA) AGILENT 8720E
KIT DE CALIBRACIÓN AGILENT 85052D 3.5MM
2 DC-BLOCK BLK-18
CABLES DE RF SUCOFLEX 104A
CODOS DE INTERCONEXIONADO
CABLES DE ALIMENTACIÓN Y ADAPTADORES SMA-BNC
MEDIDAS
51
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• PARÁMETROS S
GND
IN
RF WIRE
VNA
RF WIRE
GN
D
OUT
DC-BLOCK
POWER SUPPLY
DC WIRES
PROBE GSG
GND VCC
DC-BLOCK
MEDIDAS
52
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• PARÁMETROS S21
0,1 1 10-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20S
21
(dB
)
Frecuencia (GHz)
Medida del S21
Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB
MEDIDAS
53
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• PARÁMETROS S12 , S11 Y S22
0,1 1 10
-20
-15
-10
-5
0
5
10
S11
(d
B)
Frecuencia (GHz)
Medida del S11
Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
Bonding Mod Fab+Pistas PCB
0,1 1 10-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
S2
2 (
dB
)
Frecuencia (GHz)
Medida del S22
Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB
0,1 1 10
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
S12
(d
B)
Frecuencia (GHz)
Medida del S21
Bonding Modelo ADS+Pistas PCB
Bonding Modelo Fabricante+Pistas PCB
MEDIDAS
54
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
• FACTORES QUE AFECTAN A LA MEDIDA
SUSTRATO DE LA PCB FR-4 NO ES EL MÁS INDICADO PARA CIRCUITOS RF
DESPERFECTOS DE FABRICACIÓN EN LAS PISTAS DE LA PCB
CONECTORES Y ESTAÑO DE LA SOLDADURA
CABLES Y LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN
SEÑALES PARÁSITAS DE RF
PLL QUE COMPARTE SUSTRATO CON EL LNA
BLOQUE 1
5555
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
CONCLUSIONES
56
• SE HAN ADQUIRIDO LOS CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE LOS SISTEMAS RF Y EL USO
DEL ADS Y CADENCE.
• SE HA APRENDIDO A SIMULAR CON EL SIMULADOR ELECTROMAGNÉTICO EMDS
• SE HA MODELADO EL BONDING Y EL PIN DEL ENCAPSULADO QFN16 EN ADS,
COMPROBANDO QUE EL MODELO OBTENIDO ES MEJOR QUE EL FACILITADO POR EL
FABRICANTE
• SE HA REALIZADO UNA PCB Y SE HA MEDIDO EN EL EN EL SERIVICIO DE ESTACIÓN
DE PUNTAS DEL IUMA , TENIENDO QUE APRENDER A UTILIZAR LOS DISTINTOS
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
• SE HA COMPROBADO LA INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO EN EL LNA
• SE ESTUDIARON LAS POSIBLES SOLUCIONES PARA EVITAR QUE EL ENCAPSULADO
AFECTE NEGATIVAMENTE AL LNA
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
CONCLUSIONES
57
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
UN LOGRO A DESTACAR ES QUE SE HA CONSEGUIDO
PUBLICAR UN ARTÍCULO DE CONGRESO
INTERNACIONAL BASADO EN ESTE TRABAJO.
EL TITULADO “ANALYSIS OF PACKAGE EFFECTS ON
AN UWB FEEDBACK LNA”
EN EL XXVI CONFERENCE ON DESIGN OF CIRCUITS
AND INTEGRATED SYSTEMS 2011 (NOVEMBER 2011,
ALBUFEIRA PORTUGAL)
EN EL QUE SE PRESENTARON LOS RESULTADOS
OBTENIDOS SOBRE LA INFLUENCIA DEL
ENCAPSULADO EN EL LNA PARA UWB
CONCLUSIONES
58
• A LO LARGO DEL PROYECTO SE HAN PRESENTADO UNA SERIE DE INCONVENIENTES
QUE AFECTAN AL LNA A LA HORA DE ENCAPSULARLO
• ESTUDIO DE LAS POSIBLES SOLUCIONES PROPUESTAS
• IMPLEMENTACION DE LAS SOLUCIONES
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
• LÍNEA FUTURA
BLOQUE 1
5959
ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO
INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA
MEDIDAS
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO
PRESUPUESTO
60
CONCLUSIONES
PRESUPUESTO
DESCRIPCIÓN GASTOS
Costes de ingeniería 20.089,44 €
Costes de amortización 414,82 €
Costes de fabricación 3.567,80 €
Otros costes 174 €
PRESUPUESTO FINAL 24.246,06 €
TOTAL (I.G.I.C 5%) 25.458,36 €
Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Electrónica
Estudio de la influencia del encapsulado
en un LNA para UWB
Tutores: Dr. Francisco Javier del Pino Suárez
Dr. Sunil Lalchand Khemchandani
Autor: D. Krisnaya Orbaiceta Ezcurra
Titulación: Sistemas Electrónicos
Fecha: Junio de 2012