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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

Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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Page 1: 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

Page 2: 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

Page 3: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

33

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 4: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

INTRODUCCIÓN

4

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 5: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 6: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 7: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 8: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

INTRODUCCIÓN

PROTECCIÓN DEL ENCAPSULADO

8

Protección mecánica

Protección

ambiental Temperatura

estable

Circuito sobre oblea EncapsuladoProtección

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 9: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

99

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 10: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 11: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

1111

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 12: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 13: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

1313

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 14: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 15: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 16: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 17: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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"

Page 18: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 19: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 20: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 21: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 22: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 23: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 24: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 25: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 26: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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..

Page 27: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 28: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 29: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 30: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 31: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

31

MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

Page 32: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 33: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

33

MODELADO DEL QFN16 (LAYOUT)

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

Page 34: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

34

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

Page 35: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

35

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

Page 36: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 37: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 38: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

3838

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 39: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 40: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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)

Page 41: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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)

Page 42: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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)

Page 43: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

+

Page 44: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 45: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 46: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

4646

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 47: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 48: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 49: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

MEDIDAS

49

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

• LAYOUT FABRICACIÓN PCB • PCB CON LOS COMPONENTES SOLDADOS

Page 50: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 51: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 52: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 53: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 54: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 55: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

5555

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 56: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 57: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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

Page 58: Estudio de la influencia del encapsulado en un 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

Page 59: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

BLOQUE 1

5959

ESTUDIO Y MODELADO DEL ENCAPSULADO

INFLUENCIA DEL ENCAPSULADO SOBRE EL LNA

MEDIDAS

CONCLUSIONES

PRESUPUESTO

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

ESTRUCTURA DEL LNA UTILIZADO

Page 60: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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 €

Page 61: Estudio de la influencia del encapsulado en un LNA para UWB

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