Concepção otimizada de circuitos integrados analógicos e RF

Descrição

O presente projeto reflete a continuidade de atividades de pesquisa na área de concepção de circuitos integrados analógicos e RF desenvolvidas pelos integrantes do laboratório RFWild. O principal eixo de atuação são os circuitos integrados RF/micro-ondas, em que há foco na otimização de circuitos tais como osciladores, amplificadores com baixo ruído e misturadores, seja em termos das figuras de mérito ligadas ao ruído eletrônico seja em termos de eficiência energética. Temos uma forte colaboração internacional com o laboratório TIMA-UGA (Grenoble, França) na área de circuitos osciladores operando na faixa de micro-ondas, e com o laboratório Xlim (Limoges, França) na área de caracterização de dispositivos e osciladores com alta eficiência energética. Esta cooperação se mantém ativa por intermédio de coorientações de alunos de graduação e pós-graduação e coautoria em artigos, além de estadias de professores pesquisadores em instituição parceira (França e Brasil). Além disso, iniciamos em 2025 uma colaboração com o Laboratório LRF da UFSC, na área de osciladores com alta eficiência energética. Propõe-se neste projeto a investigação de 3 circuitos distintos, ambos inseridos no eixo temático supracitado e com planos de trabalho específicos associados. O primeiro objeto de estudo é um oscilador controlado por tensão (VCO, do inglês Voltage Controlled Oscillator) operando na faixa de micro-ondas. Neste projeto, propomos a pesquisa de uma nova topologia de VCO visando a otimização de sua Figura de Mérito (FoM, do inglês Figure of Merit) com ênfase no desempenho em termos de ruído de fase. A topologia foi proposta recentemente como desdobramento de um trabalho em colaboração com laboratório TIMA-UGA. A julgar por resultados simulados preliminares, a topologia proposta atingirá níveis de FoM compatíveis com o estado da arte. O segundo objeto de estudo é um circuito oscilador com alta eficiência DC-to-RF (relação entre a potência do sinal AC na saída do oscilador e a potência DC consumida). Este tópico é a extensão de um trabalho em colaboração com o XLIM que culminou em uma recente apresentação em conferência (novembro de 2024). Em aplicações tais como transmissão de energia sem-fio (no inglês, Wireless Power Transfer – WPT), o método de projeto tradicional que visa minimizar o ruído de fase do oscilador dá lugar a métodos que visam maximizar a eficiência energética do circuito, e incorporam técnicas (e ferramentas) próprias à área do projeto de amplificadores de potência. Por conta da característica muito peculiar dos circuitos osciladores, no que diz respeito a serem circuitos autônomos (em que há sinal AC em sua saída a despeito da ausência de terminal/sinal de entrada), as metodologias de projeto de amplificadores de potência têm de ser adaptadas, e não foram encontradas metodologias suficientemente claras, adaptáveis a diferentes contextos e que ainda se baseiem em tratamento (semi-) analítico. O objetivo neste caso é dar continuidade à proposição de uma (nova) metodologia de projeto de oscilador com alta eficiência DC-to-RF, trabalho que vem sendo conduzido em colaboração com a UFSC. Por último, o terceiro objeto de estudo é um sintetizador RF baseado em VCO e controle de malha travada em fase (PLL, do inglês Phase-Locked Loop). Neste item, busca-se a otimização do ruído de fase do sintetizador com o uso de diferentes opções de oscilador a cristal controlado em temperatura (TCXO, do inglês Temperature Controlled Crystal Oscillator) e filtro passa-baixa na malha de realimentação. Apesar de estarmos abrindo novas frentes de investigação, osciladores microondas já fazem parte do histórico de pesquisas no Laboratório RFWild, de forma que o presente projeto estende os trabalhos já desenvolvidos. Já dispomos das licenças de software para o projeto de circuitos integrados, de forma que acreditamos ter o know-how e infraestrutura necessários ao desenvolvimento do projeto. Além disso, já dispomos dos componentes discretos (e com terminal de substrato separado) para a parte experimental dos protótipos discretos.