A CMOS Frequency Synthesizer for Wireless Sensor Network transceivers

In last years the wireless market has rapidly expanded to unimaginable dimensions. Wireless systems are quickly penetrating all aspects of our lives, from job to spare time, evolving from luxury items to indispensable tools. The development of ultra low power devices for wireless communication systems may extend the frontiers of sensor networks to innovative home and automotive applications, advanced healthcare treatments, and complex structures monitoring. These applications have common requirements, such as high nodes autonomy, small physical size, and high reliability. Nowadays, the radio front end is the most critical part of the wireless node since it significantly contributes to the entire system power consumption and greatly affects the overall performance. In particular the frequency synthesizer, used for local oscillator signal generation, is a key block since must guarantee high performance with extremely low current consumption. The work, which is the subject of this thesis, mainly focuses on the design, implementation and experimental characterization of a low power wideband frequency synthesizer usable for Wireless Sensor transceivers.

Negli ultimi anni il mercato dei sistemi wireless è cresciuto immensamente. I sistemi di comunicazione wireless sono penetrati in tutti gli aspetti della nostra vita, dal lavoro al tempo libero, e sono diventati per noi indispensabili. Lo sviluppo di dispositivi a bassissimo consumo di potenza utilizzabili nei sistemi di comunicazione wireless può estendere le frontiere delle reti di sensori verso nuove applicazioni, ad esempio quelle automobilistiche, per la casa, trattamenti medicali avanzati, oppure il monitoraggio di strutture complesse. Queste applicazioni hanno esigenze comuni, come l alta autonomia operativa dei nodi, piccole dimensioni fisiche, e alta affidabilità. Oggigiorno, l'interfaccia di comunicazione radio è la parte più critica nella realizzazione di un nodo wireless poiché contribuisce significativamente al consumo di potenza di tutto il sistema e impatta fortemente sulle prestazioni. In particolare il sintetizzatore di frequenza è un blocco molto critico, poiché deve garantire alte prestazioni mantenendo bassissimi consumi di potenza. Il lavoro oggetto di questa tesi focalizza l'attenzione sulla progettazione, l'implementazione e la caratterizzazione sperimentale di un sintetizzatore di frequenza che garantisce un ampia banda operativa di frequenza e bassissimi consumi di potenza, utilizzabile nelle interfacce a radio frequenza all interno di una rete di sensori.