Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter

With the expansion of telecommunications and the arrival of new technologies such as 5G and IoT (Internet of Things) as well as the use of SBCs (Single-board Computers), it has become apparent that small computing nodes need to interact with each other over short distances wirelessly and with low-po...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Αποστολίδης, Παναγιώτης
Other Authors: Apostolidis, Panagiotis
Language:English
Published: 2021
Subjects:
Online Access:http://hdl.handle.net/10889/14700
id nemertes-10889-14700
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Behavioral modeling
All digital transmitter
Direct frequency modulation
Ενισχυτές ισχύος
Πομποί
Μετάδοση σήματος
spellingShingle Behavioral modeling
All digital transmitter
Direct frequency modulation
Ενισχυτές ισχύος
Πομποί
Μετάδοση σήματος
Αποστολίδης, Παναγιώτης
Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter
description With the expansion of telecommunications and the arrival of new technologies such as 5G and IoT (Internet of Things) as well as the use of SBCs (Single-board Computers), it has become apparent that small computing nodes need to interact with each other over short distances wirelessly and with low-power consumption. Radio frequencies have been used extensively in many types of wireless communications like mobile communication, Wi-Fi and Bluetooth to name a few. At first, the RF transceiver chain was very analog-intensive. The development of digital communications, allows for some stages to be replaced with their digital implementation. Therefore, the digital baseband signal has superseded its analog counterpart. By introducing this signal to a DAC (Digital-to-Analog Converter), it can be translated in analog baseband, then modulated and amplified to RF frequency bands before being driven to an antenna. Moreover, the merge of digital-to-analog conversion and RF translation in direct digital-to-RF schemes, further reduces the analog components of the transmitter circuitry. Finally, the power amplifier is a high energy consumption component, sometimes adding up to 80\% of the static power consumption of the circuit. Latest designs include switching amplifiers (Class-D amplifiers) that operate as electronic switches rather than linear gain devices in order to reduce the working (ΟΝ) time of the amplifier as much as possible. All the aforementioned design techniques are employed in order to reach a new communication standard with low area, low-power consumption and low noise interference: the all-digital transmitter. This thesis will formulate a behavioral simulation and hardware prototyping for a direct frequency modulation all digital transmitter. The goal is to get performance results pertaining the digital signal output spectrum and phase noise as well as spurious activity. A receiver will also be implemented in order tο have a reference in proper transmission. Ultimately, the transmitter will be synthesized and tested in hardware in an attempt to have a working demo.
author2 Apostolidis, Panagiotis
author_facet Apostolidis, Panagiotis
Αποστολίδης, Παναγιώτης
author Αποστολίδης, Παναγιώτης
author_sort Αποστολίδης, Παναγιώτης
title Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter
title_short Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter
title_full Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter
title_fullStr Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter
title_full_unstemmed Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter
title_sort behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter
publishDate 2021
url http://hdl.handle.net/10889/14700
work_keys_str_mv AT apostolidēspanagiōtēs behavioralandhardwareprototypingofanalldigitaltransmitter
AT apostolidēspanagiōtēs symperiphorakaiprōtypopoiēsēseylikoenosalldigitaltransmitter
_version_ 1771297260185845760
spelling nemertes-10889-147002022-09-05T14:10:46Z Behavioral and hardware prototyping of an all digital transmitter Συμπεριφορά και πρωτυποποίηση σε υλικό ενός all digital transmitter Αποστολίδης, Παναγιώτης Apostolidis, Panagiotis Behavioral modeling All digital transmitter Direct frequency modulation Ενισχυτές ισχύος Πομποί Μετάδοση σήματος With the expansion of telecommunications and the arrival of new technologies such as 5G and IoT (Internet of Things) as well as the use of SBCs (Single-board Computers), it has become apparent that small computing nodes need to interact with each other over short distances wirelessly and with low-power consumption. Radio frequencies have been used extensively in many types of wireless communications like mobile communication, Wi-Fi and Bluetooth to name a few. At first, the RF transceiver chain was very analog-intensive. The development of digital communications, allows for some stages to be replaced with their digital implementation. Therefore, the digital baseband signal has superseded its analog counterpart. By introducing this signal to a DAC (Digital-to-Analog Converter), it can be translated in analog baseband, then modulated and amplified to RF frequency bands before being driven to an antenna. Moreover, the merge of digital-to-analog conversion and RF translation in direct digital-to-RF schemes, further reduces the analog components of the transmitter circuitry. Finally, the power amplifier is a high energy consumption component, sometimes adding up to 80\% of the static power consumption of the circuit. Latest designs include switching amplifiers (Class-D amplifiers) that operate as electronic switches rather than linear gain devices in order to reduce the working (ΟΝ) time of the amplifier as much as possible. All the aforementioned design techniques are employed in order to reach a new communication standard with low area, low-power consumption and low noise interference: the all-digital transmitter. This thesis will formulate a behavioral simulation and hardware prototyping for a direct frequency modulation all digital transmitter. The goal is to get performance results pertaining the digital signal output spectrum and phase noise as well as spurious activity. A receiver will also be implemented in order tο have a reference in proper transmission. Ultimately, the transmitter will be synthesized and tested in hardware in an attempt to have a working demo. Με την επέκταση των τηλεπικοινωνιών και την άφιξη νέων τεχνολογιών όπως το 5G και το IoT (Internet of Things) καθώς και η χρήση των SBCs (Single-board Computers), είναι φανερό ότι μικροΰπολογιστικά συστήματα πρέπει να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ασύρματα σε μικρές αποστάσεις και με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Οι ραδιοσυχνότητες έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε πολλούς τύπους ασύρματων επικοινωνιών, όπως την κινητή τηλεφωνία, το Wi-Fi και το Bluetooth. Αρχικά, οι πομποδέκτες RF ήτανε πλήρως αναλογικοί. Όμως, με την ανάπτυξη των ψηφιακών επικοινωνιών καθίσταται εφικτή η αντικατάσταση ορισμένων αναλογικών σταδίων με αντιστοιχα ψηφιακά. Το ψηφιακό σήμα βασικής ζώνης δηλαδή αντικαθιστά το αναλογικό αντίστοιχό του. Με την εισαγωγή αυτού του σήματος σε ένα DAC (Digital-to-Analog Converter), μεταφράζεται σε αναλογικό, στη συνέχεια διαμορφώνεται και ενισχύεται σε ζώνες συχνοτήτων RF πριν οδηγηθεί στην κεραία. Επιπλέον, η συγχώνευση της μετατροπής ψηφιακού σε αναλογικό και της μίξης σε RF συχνότητες σε απευθείας μετάφραση ψηφιακού σε RF, μειώνει περαιτέρω τα αναλογικά στοιχεία του κυκλώματος πομπού. Τέλος, σημειώνεται ότι ο ενισχυτής ισχύος είναι ένα στοιχείο υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, που μπορεί να προσθέσει έως και 80% της στατικής κατανάλωσης ισχύος του κυκλώματος. Οι πιο σύγχρονοι σχεδιασμοί περιλαμβάνουν ενισχυτές μεταγωγής (ενισχυτές Class-D) που λειτουργούν ως ηλεκτρονικοί διακόπτες αντί για γραμμικούς ενισχυτές, προκειμένου να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο ο χρόνος λειτουργίας (ΟΝ) του ενισχυτή. Όλες οι προαναφερθείσες τεχνικές σχεδιασμού χρησιμοποιούνται για την επίτευξη ενός νέου προτύπου επικοινωνίας με χαμηλή έκταση, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μειωμένο θόρυβο: τον all digital transmitter. H εργασία πραγματεύεται την προσομοίωση συμπεριφοράς αυτού του πομπού παράλληλα με την πρωτοτυποποίησή του σε υλικό για την τεχνική της άμεσης διαμόρφωσης συχνότητας. Στόχος είναι η λήψη αποτελέσματων απόδοσης που αφορούν στο φάσμα εξόδου του ψηφιακού σήματος και στο θόρυβο φάσης, καθώς και στην ύπαρξη spurs, ενώ παράλληλα σχεδιάζεται ένας δέκτης σε λογισμικό για τον έλεγχο της ορθότητας μετάδοσης. Τέλος, ο πομπός συντίθεται και δοκιμάζεται σε υλικό σε μια προσπάθεια σχεδιασμού μιας ολοκληρωμένης συσκευής. 2021-03-19T06:57:01Z 2021-03-19T06:57:01Z 2021-03-17 http://hdl.handle.net/10889/14700 en application/pdf